化工泵填料密封的主要参数计算
化工泵填料密封的主要参数计算
主要参数
(1)填料函的主要结构尺寸
填料函结构尺寸主要有填料厚度、填料总长度(或高度)、填料函总高度等，如图5-6所示.
化工泵 填料函尺寸的确定一般有两种方法：一是以轴(或杆)的直径d直接选取填料的厚度B，见表5-2再由介质压力按表5-3来确定填料的环数，它们所根据的是有关的标准或者企业标准;二是依据一些相关的经验公式来确定，如
填料厚度B 机器 B=(1.5～2.5)d0.5
阀门 B=(1.4～2.0) d0.5
填料函内径D D=(d+2B)
填料函总高度H 机器 H=(6～8)B+h+2B
阀门H=(5～8)B+2B
式中 h—封液环高度，h=(1.5～2)B。
离心泵填料函内壁的表面粗糙度Ra<1.6弘m，轴(杆)的表面粗糙度Ra<0.4弘m，除金属填料外，轴(杆)表面的硬度>1 80 HBS。
表5-2 填料厚度与轴径的关系
轴径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 填料环数与介质压力的关系
介质压力/MPa ≤3.5 >3.5～7.0 >7.0～1 4 >14
填料环数 4 6 8 1 0
需要强调的是，填料环数过多和填料厚度过大，都会使填料对轴或轴套表面产生过大的压紧力，并引起散热效果的降低，从而使密封面之间产生过大的摩擦和过高的温度，并且其作用力沿轴向的分布也会越不均匀，导致摩擦面特别是轴或轴套表面的不均匀磨损，同时填料也可能烧损，如果密封面间的润滑液膜也因此而被破坏，磨损就会随之加速，后造成密封的过早失效，也会给后面的检修、安装、调整等工作带来很大的不便。如前所述，实际起密封作用的仅仅是靠近压盖的几圈填料，因此除非密封介质为高温、高压、腐蚀性和磨损性，一般4～5圈填料已足够了。
(2)压紧载荷与压盖螺栓尺寸
①填料的压紧载荷确定 如图5-7所示，填料受到压盖轴向压紧后，填料即行压缩而向内端移动。在填料接触的长度方向取填料微元，其长度为dz，填料微元受力有：轴向压力Px和Px+dpx，径向压力Py和摩擦力F1和F2。力的平衡方程式为
F1+F2+π(R2-r2)dpx=0 (5-1)
轴向压力Px和径向压力Py存在下列关系
Py=kpx (5-2)
式中 k一侧压系数(又称柔软系数)，它是径向压力py与轴向压力Px的比值。
设填料内、外表面与轴表面和箱体内壁面之间的
摩擦因数为f，介质压力为pi，则将F1=2πrfpy dx,F2=2πRfpy dx与式(5-2)一起代入式(5—1)得
由密封要求，x=L处(即内端填料处)径向压力Py=Pi，并积分
又R-r=B，则
式中Px-在x轴向任意长度上的轴向压力，Pa;
k-侧压系数;
pi-介质压力，Pa;
f-填料与轴及填料函内壁摩擦因数;
R，f-填料函内径与轴径。m;
B-填料厚度，m;
L-填料长度，m。
在压盖端部处，x=0，故压盖施加的压力Pg(单位为Pa)
这就是说，压盖的压紧力与介质内压力成正比，且与填料的摩擦因数、侧压系数、填料长度、厚度等有关，为使密封效果良好，填料的摩擦因数应小，侧压系数大，填料长度
可小，厚度(径向厚度)大等，并要求压盖压紧力小。在保证密封效果下，Pg越小越好。
应当指出，以上是填料装填正常时径向压力的分布情况。当填料装填不好时，将大大改变此压力的分布状况。同时，在填料工作一段时间后，由于润滑剂流失，填料体积变小。压紧力松弛，径向压力的分布曲线会变得平缓。
常用填料与钢轴的干摩擦因数如表5-4所示，侧压系数如表5—5所示。
表5-4 常用填料的干摩擦因数
材料名称 摩擦因数 材料名称 摩擦因数
石棉0.25～0.4
尼龙0.3～0.5,
橡胶0.05～0.1
皮革0.2～0.4
毛毡 0.3～0.5.0.15
柔性石墨0.22
碳纤维浸渍四氟0.13～0.15，四氟纤维浸渍四氟0.15～O.20，石棉浸渍四氟0.19～0.24
①表示有润滑剂的情况。
表5-5 常用填料的侧压系数材料PTFE浸渍
的石棉填料浸润滑脂的填料石棉编织浸渍金属箔包石棉类柔性石墨侧压系数忌0.6 6～0.8 10.6～0.80.8～0.90.9～1.00.28～0.54
由式(5—4)计算出压盖对软填料的压紧压力P9后，即可求出截断沿轴及填料函内壁面的泄漏通道所需的螺栓压紧载荷F’(单位为N)
F’=Pg π(R2-r2) (5-5)
另一方面，装填料时将填料压实以防止软填料渗漏所需要压紧载荷P(单位为N)
F”=π(R2一r2)Y (5-6)
式中 y—软填料的压紧比压，Pa。柔性石墨软填料Y=3.5×106 Pa，石棉类软填料Y=4.0×106 pa，天然纤维类软填料y=2.5×106 Pa o
②压盖螺栓尺寸的确定 shou先要确定螺栓的载荷F，即取F，、r中的较大者，则压盖螺栓的螺纹根径db(单位为mm)
式中 n—螺栓数目，一般为2～4个;
[δ]—螺栓材料的许用应力，MPa。
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