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12FLUIDMACHINERYVo1．41，No．2，2013文章编号：1005—0329(2013)02—0012—03泵用编织填料动密封性能试验研究刘洁。王强(华东理工大学，上海200237)摘要：泵轴的高速旋转对填料产生的不平衡振动和剧烈摩擦，使填料与动轴之间产生偏心间隙并加剧了填料的磨损，形成了密封流体的间隙泄漏，导致密封失效。本文针对泵轴转速n、流体介质压力P对填料动密封性能及变化特征的影响，选取4种编织填料产品在填料动密封实验台上进行了动密封性能试验研究。关键词：编织填料；动密封；摩擦磨损；泄漏率中图分类号：TH136；TH3文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．02．003ExperimentalStudyonDynamicalSealingofBraidedPackingforPumpLIUJie，WANGQiang(EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China)Abstract：Thehigh—speedrotationofpumpshaftcausedunbalancevibrationandfiercefriction，whichexacerbatedthewearofthepacking，andresultedinsealfailure．TheeffectofthepumpshaftspeednandthefluidmediumpressurePonpackinghasbeenverifiedbythedynamicalsealingexperimentoffourbraidedpackingproducts．Keywords：braidedpacking；dynamicalsealing；frictionandwear；leakagerate1前言2动密封试验工程设计与应用中，通常将泵、阀设备的填料2．1试验装置密封分属为2种不同特性的密封技术。阀门填料按《机械设计手册》，参照填料动密封的实密封基本属静态和微动态密封，按传统密封设计际使用要求设计了填料动密封实验台，如图1所理论，只要软填料的压缩柔弹侧应力大于密封流示。体压力就能保证其密封的可靠性⋯。泵用填料密封虽具有静态软填料压缩柔弹侧应力密封这一共性特征，但高速旋转的泵轴对填料产生的不平衡振动和剧烈摩擦，使填料与动轴之间产生偏心间隙并加剧了填料的磨损，从而形成了密封流体的间隙泄漏，最终导致密封失效。影响填料动密封性能因素很多，其中设备的动态因素对填料动密封性能的影响尤为显著，但此方面实验研究报道尚少。因此，为探讨动泵轴转速、流体介质压力P对填料动密封性能(摩擦力矩、磨损量、泄漏稳压罐高压氮气瓶率)及变化特征的影响，本文选取4种编织填料产品在填料动密封实验台上进行动密封性能试验图1填料动密封实验台示意研究。由可控硅直流调速装置调控动轴的转速。收稿日期：2012—12—10修稿日期：2012—12—27 2013年第41卷第2期流体机械13由压力控制系统(高压氮气瓶、氮气减压阀及稳线如图3，填料的磨损量对比结果如图4。压罐)控制流体压力。由Jw—lA扭矩仪读出总摩擦力矩总，然后用密封的大套筒换下填料1O密封部分，再测出与前工况相同的轴承和机械宣●密封的摩擦力矩机"则填料动密封的摩擦力邑矩：M=总一机世填料的磨损量G是由装填前的填料总量G．O03O6O减去动密封试验1h后的填料总量G磨后，即：时间(min)G=G总一G磨后填料动密封的泄漏量用10ml量筒度量，电子图3编织填料动密封摩擦力矩变化曲线表计时。2．2试验参数8试验介质为水，试验参数见表1。表1试验参数@参数数值4介质压力(MPa)0．30．61．21．82．5轴转速(r／min)600900145019502950O填料预紧力初始泄漏率<0．5—1m~min时的ClC2FlF2预紧力，试验过程中不再预紧试件试验时间摩擦磨损试验为lh；动密封试验为5h图4编织填料磨耗量对比2．3试验试件及填料装填结构3．2动密封性能试件尺寸：+55mm×+35mm×10mm，试件动密封性能试验是在流体压力P、动轴转速编号：C为浸聚四氟乙烯乳液碳纤维编织填料；二因素条件下，测定4种编织填料动密封流体c：为浸聚四氟乙烯乳液予氧丝碳纤维编织填料；泄漏率。F为膨体聚四氟乙烯编织填料；F：为填充石墨四(1)流体压力与动密封泄漏率关系氟生料带编织填料。相同转速(1450r／min)、不同流体压力条件填料装填结构见图2。其中装填填料为同种下，填料动密封泄漏率与流体压力关系曲线如图填料，装填圈数为5圈。5所示。3一嫘图2填料装填结构示意O流体压力(nPa)3试验结果与分析图5填料动密封泄漏率一流体压力曲线3．1摩擦磨损性能(2)动轴转速与动密封泄漏率关系试验在流体压力为1．2MPa、动轴转速为相同流体压力(1．2MPa)、不同转速条件下，2950r／min的条件下，测定了4种编织填料动密封填料动密封泄漏率与动轴转速关系曲线如图6所摩擦力矩和磨损量。填料动密封摩擦力矩变化曲示。 14FLUIDMACHINERYVo1．41，No．2，2013(4)图3—6结果表明，不同材质、不同结构一一uv_【三瓣嘿性能的编织填料其动密封效果有明显的差别。编630织填料C、F。具有的高强度、高弹性结构性能对于动轴的振动和摩擦具有一定的减缓作用，从而降低了填料动密封的间隙泄漏。4结论O1500转速(r／min)(1)泵轴运动特性对编织填料的动密封性能起着决定性作用。试验结果表明，编织填料较适图6填料动密封泄漏率一动轴转速关系曲线合用于低转速动设备密封；3．3结果分析(2)合理选用优异的材质和结构性能的编织(1)摩擦磨损性能试验结果表明填料动密封填料可以改善填料的动密封性能；的摩擦行为基本符合摩擦学规律_3j。由图3可见(3)建议在工程应用中，开发和使用组合密编织填料在动密封启动初始时，填料摩擦处于润封结构填料，提升软填料的动密封综合性能，保证滑不良状态，呈现出高摩擦启动力矩。随着动轴填料动密封的可靠性和稳定性]。的运转，填料中的润滑材料如聚四氟乙烯及浸渍乳液，迅速发生了氟分子转移并在动轴表面形成参考文献氟分子转移膜，填料与动轴的摩擦得以改善，摩擦力矩逐渐降低并趋于平稳。[1]郝木明，顾永泉．填料密封可靠性和稳定性的理论图3同时给出不同材质的填料的不同润滑特分析和实验研究[J]．流体工程，1991，(8)：6一l3，性。F、F：为氟材料材质的填料，表现出其具有65．优异的润滑性。以浸渍氟材料的C、C碳纤维类[2]闻邦椿．机械设计手册[M]．北京：机械工业出版填料，因其膜转移量有限，润滑性能随时间延长而社，2010．变差，并逐渐呈现出本体材料的较高摩擦性，其动[3]薛群基，赵家政．摩擦学研究中的固体表面[J]．固体润滑，1981，(1)：38-45．密封摩擦曲线高于F、F：曲线。[4]孟剑，葛京鹏，郝木明．内压自紧式软填料密封组件(2)磨损试验结果如图4。高强度的碳纤维的特性分析及结构设计[J]．水泵技术，2000，(4)：填料c和高弹性能的膨体聚四氟乙烯填料F都9—12，25．表现出优良的耐磨性能。四氟生料带编织填料[5]张向钊．提高密封性能的新型密封填料[J]．流体机F材质强度极低，其磨损量高达7．9g／h，表现出械，1999，(7)：30—31，37．低的密封磨损寿命。[6]杨书益，李振环，汪卫国，等．组合式密封填料的性(3)填料动密封性能与密封的动态特性因素能研究及应用[J]．流体工程，1989，(10)：6-11．即流体压力、动轴转速等密切相关。图5表明，填[7]李小瓯，盛业涛，邢金龙，等．一种变压力机械密封料动密封的泄漏率L与流体压力P、动轴转速n的研制[J]．流体机械，2010，38(12)：30-32，55．成线性关系。在动轴转速不变的条件下，流体压[8]俞树荣，曹兴岩，丁雪兴，等．非接触动密封螺旋槽气膜刚度数值模拟与分析[J]．流体机械，2012，39力的变化对填料动密封影响较小，密封泄漏曲线(4)：24-28．变化幅度较为平缓，表现了编织填料对流体压力[9]王和慧，卢均臣，关凯书，等．带接管组合法兰的强有较好的承载能力J。图6表明，在流体压力不度和密封有限元分析[J]．压力容器，2012，39(2)：变的条件下，动轴速度的变化对填料动密封性能26．33．具有强烈的影响，动轴高转速时的流体泄漏率是动轴低转速时的流体泄漏率的5倍之多。试验进一步验证填料在高速密封状态中，动轴运动速度作者简介：刘洁(1978一)，女，工程师，主要研究方向为计算所形成的偏心间隙和磨损间隙是导致填料动密封机应用及密封技术，通讯地址：200237上海市梅陇路130号华理的流体泄漏和密封失效的关键因素。苑5号301室。