化工泵填料密封的主要參數計算

　　主要參數

　　(1)填料函的主要結構尺寸

　　填料函結構尺寸主要有填料厚度、填料總長度(或高度)、填料函總高度等，如圖5-6所示.

　　化工泵 填料函尺寸的確定一般有兩種方法：一是以軸(或桿)的直徑d直接選取填料的厚度B，見表5-2再由介質壓力按表5-3來確定填料的環數，它們所根據的是有關的標準或者企業標準;二是依據一些相關的經驗公式來確定，如

　　填料厚度B 機器 B=(1.5～2.5)d0.5

　　閥門 B=(1.4～2.0) d0.5

　　填料函內徑D D=(d+2B)

　　填料函總高度H 機器 H=(6～8)B+h+2B

　　閥門H=(5～8)B+2B

　　式中 h—封液環高度，h=(1.5～2)B。

　　離心泵填料函內壁的表面粗糙度Ra<1.6弘m，軸(桿)的表面粗糙度Ra<0.4弘m，除金屬填料外，軸(桿)表面的硬度>1 80 HBS。

　　表5-2 填料厚度與軸徑的關系

　　軸徑d/mm ≤16 >16～25 >25～50 >50～90 >90～150 >150

　　填料厚度8/mm 3 5 6.5 8 10 12.5

　　表5-3 填料環數與介質壓力的關系

　　介質壓力/MPa ≤3.5 >3.5～7.0 >7.0～1 4 >14

　　填料環數 4 6 8 1 0

　　需要強調的是，填料環數過多和填料厚度過大，都會使填料對軸或軸套表面產生過大的壓緊力，并引起散熱效果的降低，從而使密封面之間產生過大的摩擦和過高的溫度，并且其作用力沿軸向的分布也會越不均勻，導致摩擦面特別是軸或軸套表面的不均勻磨損，同時填料也可能燒損，如果密封面間的潤滑液膜也因此而被破壞，磨損就會隨之加速，后造成密封的過早失效，也會給后面的檢修、安裝、調整等工作帶來很大的不便。如前所述，實際起密封作用的僅僅是靠近壓蓋的幾圈填料，因此除非密封介質為高溫、高壓、腐蝕性和磨損性，一般4～5圈填料已足夠了。

　　(2)壓緊載荷與壓蓋螺栓尺寸

　?、偬盍系膲壕o載荷確定 如圖5-7所示，填料受到壓蓋軸向壓緊后，填料即行壓縮而向內端移動。在填料接觸的長度方向取填料微元，其長度為dz，填料微元受力有：軸向壓力Px和Px+dpx，徑向壓力Py和摩擦力F1和F2。力的平衡方程式為

　　F1+F2+π(R2-r2)dpx=0 (5-1)

　　軸向壓力Px和徑向壓力Py存在下列關系

　　Py=kpx (5-2)

　　式中 k一側壓系數(又稱柔軟系數)，它是徑向壓力py與軸向壓力Px的比值。

　　設填料內、外表面與軸表面和箱體內壁面之間的

　　摩擦因數為f，介質壓力為pi，則將F1=2πrfpy dx,F2=2πRfpy dx與式(5-2)一起代入式(5—1)得

　　由密封要求，x=L處(即內端填料處)徑向壓力Py=Pi，并積分

　　又R-r=B，則

　　式中Px-在x軸向任意長度上的軸向壓力，Pa;

　　k-側壓系數;

　　pi-介質壓力，Pa;

　　f-填料與軸及填料函內壁摩擦因數;

　　R，f-填料函內徑與軸徑。m;

　　B-填料厚度，m;

　　L-填料長度，m。

　　在壓蓋端部處，x=0，故壓蓋施加的壓力Pg(單位為Pa)

　　這就是說，壓蓋的壓緊力與介質內壓力成正比，且與填料的摩擦因數、側壓系數、填料長度、厚度等有關，為使密封效果良好，填料的摩擦因數應小，側壓系數大，填料長度

　　可小，厚度(徑向厚度)大等，并要求壓蓋壓緊力小。在保證密封效果下，Pg越小越好。

　　應當指出，以上是填料裝填正常時徑向壓力的分布情況。當填料裝填不好時，將大大改變此壓力的分布狀況。同時，在填料工作一段時間后，由于潤滑劑流失，填料體積變小。壓緊力松弛，徑向壓力的分布曲線會變得平緩。

　　常用填料與鋼軸的干摩擦因數如表5-4所示，側壓系數如表5—5所示。

　　表5-4 常用填料的干摩擦因數

　　材料名稱 摩擦因數 材料名稱 摩擦因數

　　石棉0.25～0.4

　　尼龍0.3～0.5,

　　橡膠0.05～0.1

　　皮革0.2～0.4

　　毛氈 0.3～0.5.0.15

　　柔性石墨0.22

　　碳纖維浸漬四氟0.13～0.15，四氟纖維浸漬四氟0.15～O.20，石棉浸漬四氟0.19～0.24

　　①表示有潤滑劑的情況。

　　表5-5 常用填料的側壓系數材料PTFE浸漬

　　的石棉填料浸潤滑脂的填料石棉編織浸漬金屬箔包石棉類柔性石墨側壓系數忌0.6 6～0.8 10.6～0.80.8～0.90.9～1.00.28～0.54

　　由式(5—4)計算出壓蓋對軟填料的壓緊壓力P9后，即可求出截斷沿軸及填料函內壁面的泄漏通道所需的螺栓壓緊載荷F’(單位為N)

　　F’=Pg π(R2-r2) (5-5)

　　另一方面，裝填料時將填料壓實以防止軟填料滲漏所需要壓緊載荷P(單位為N)

　　F”=π(R2一r2)Y (5-6)

　　式中 y—軟填料的壓緊比壓，Pa。柔性石墨軟填料Y=3.5×106 Pa，石棉類軟填料Y=4.0×106 pa，天然纖維類軟填料y=2.5×106 Pa o

　　②壓蓋螺栓尺寸的確定 shou先要確定螺栓的載荷F，即取F，、r中的較大者，則壓蓋螺栓的螺紋根徑db(單位為mm)

　　式中 n—螺栓數目，一般為2～4個;

　　[δ]—螺栓材料的許用應力，MPa。