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    填料密封類產品選用指導
    發布時間:2010-12-03 08:43:23 瀏覽次數:9416

    (一)密封件是機械設備的基礎件之一,絕大多數機械設備都離不開密封件及相應的密封技術。對于多數機械設備,密封技術雖不是主體技術,但往往是決定設備質量和技術水平的關鍵技術,不能設想一臺高新技術的設備存在明顯的跑冒滴漏現象。密封件作為重要的功能基礎件,對機械設備高效、長期、穩定、安全運行起著保證作用,并且具有盲目泄漏、節約能源、控制污染的重要功能。改革開放以來,我國經過20多年的發展及技術引進,在密封技術,材料及密封件上形成了一定的生產能力與規模。在產品的數量和質量上基本滿足國內機電工業對密封件的需求。但由于我國密封產業發展起步晚,基礎差,使我國在密封技術上與國際先進水平相比仍落后10年左右。我國轎車用轉向、減震、制動及發動機油封等密封件基本信賴進口,大型冶金、能源設備密封件也主要靠進口。當然,在改期開放中我國也自創了一些新型的密封技術及產品,比如柔性石墨紡織填料就是我車自行研制的在國際上領先的技術及產品。由于密封技術及產品質量的差距,致使我國一些機電設備產品的通用性指標偏低,能耗偏高。1996年估測,我國國產新轎車200萬輛要多耗潤滑油19.4萬t,潤滑脂4.12萬t。因此我國密封產業也面臨巨大的發展前景及商機。僅汽車工業一項,2005年我國產量將達500萬輛以上,所需各種密封件15億件左右,其中冷卻永泵密封500萬套,如果產品質量達到國際先進水平,那么面臨的將是世界6000萬輛汽車的巨大市場。我國密封產業起步晚,正在迅速發展之中,難免有許多不規范之處。密封產業的發展目前急需規劃、協調及信息的溝通。中國化工裝備總公司組織編輯的《中國密封產品手冊》在這方面無疑是跨進了一大步。

    (二)本篇為填料密封。填料密封是一種最古考的密封形式,其應用歷史可能追溯到千年以上,但形成一種產品廣泛應用還是在18世紀工業革命以后。填料密封主要用作動密封,各種泵閥的轉軸密封及往復運動軸密封都離不開填料。一些靜密封場合也且用填料密封。通常所指密封填料包括編織填料及壓制成型的塑性填料。而一般書刊中所說的成型填料密封件則指的是以橡塑密封產品中,不屬于本篇范圍。紡織填料也有稱通用填料的。其主要原料為各種纖維及箔,經絞合成各種形式編織成一定規格截面的條帶狀。使用時根據設備的填料函(密封腔)尺寸選用合適規格截面的填料,按合適的切口方式截取一定長度填在填料函中,因此通用性較強。編織填料使用時密封間隙較大,需要在壓緊壓蓋時仔細調整間隙。塑性填料除少數場合采用所謂綿狀填料,即將混合好的填料粉直接填入填料函靠壓蓋壓緊成型,多數是按密封函及軸的尺寸壓制成填料環裝填。壓制填料的原料一般采用石棉/橡膠沉積原料或聚四氟乙烯等塑料及金屬填料,用柔性石墨帶材壓制的填料環是目前性能最好的泵閥用填料,對核能及其他高技術產業的泵閥只能選用柔性石墨填料。填料采用的原料,纖維類的有棉、麻、石棉、聚四氟乙烯等高分子纖維、碳纖維及金屬纖維(絲)等;箔帶類有高分子材料、柔性石墨及金屬箔(鉛、錫、鋁、銅等)。多數的填料都是采用的復合型材料,如我國自有知識產權的柔性石墨編織填料,就是以各種纖維(棉、碳纖維、金屬絲等)增強的柔性石墨線(捻)編織而成。國內常用的石棉紡織填料,也多數浸有橡膠、聚四氟乙烯、石墨等。金屬填料也多數與石棉/橡膠等包裹層復合。在書刊中一般將金屬填料單列為一種填料類型,實際上其基本制備工藝也是編織或壓制,只是主體原料采用金屬。金屬填料通常使用于高溫高壓的工況,有些場合可以用柔性石墨填料取代。在手冊中金屬填料產品列入的很少,可能是由于用量不大,制備工藝比較復雜,所以專業密封件制造廠甚少生產,在一些大型設備企業自產自用。

    (三)隨著技術的進步,在動密封領域出現了機械密封等更先進的密封方式。但填料密封雖然是最原始的密封方法,但迄今仍廣泛應用,其原因在于其原料廣泛,加工簡單,成本低,并且使用操作簡單,密封可靠。隨著新材料的使用其應用范圍還在不斷擴大,一些高溫(≥400℃)、高pv值(≥10MPa·m·s-1)的場合,填料仍然有很好密封效果。對于不同的設備及工況條件,在選擇和使用填料密封時必須注意以下的一些相關性能:填料的塑性:填料密封要求在軸向壓緊填料時,填料在徑向變形與軸緊密接觸,從而產生徑向緊壓力。只有在徑向壓緊力大于(至少等于)被密封介質的內壓力時才能保證密封效果。徑向壓緊力與所加油向壓緊力的比值即填料的柔軟性系數K,K一般小于或等于顯然K值越大,達到同樣密封效果所需加在壓蓋上的壓緊力越小。一般的加有潤滑脂的填料由于填料K值的測量比較困難,可以利用填料材料的壓縮率和回彈率來大致判斷,壓縮率和回彈率高的材料,其填料的柔軟性系數一般也較高。填料壓緊后的彈性:這對于設備裝備時軸存在小的偏心時仍能保證密封很重要。有的書刊上稱之為浮動彈性,這可能填料材料的回彈率來近似表示。填料的化學穩定性:在服役期內,填料不被介質腐蝕、泡漲,不污染介質,不造成密封面的腐蝕。填料材料及潤滑劑與介質的化學適應性,在書刊中都有介紹。通常炭-石墨材料、聚四氟乙烯等高分子材料一般具有很好的耐酸堿性,金屬類材料抗酸性差,石棉等無機礦物材料通常為硅酸鹽類物質,對堿性人質的抵抗能力差。必須指出填料-介質系統對密封界面造成的電化學腐蝕在一些高精度設備中值得注意。石墨由于其高度的化學穩定性,在電化學系統中一般處在陰極狀態,從而使密封界面或設備構件受到陽極氧化腐蝕。國外已經有緩蝕型柔性石墨商品牌號,通常在石墨中添加鉬酸鹽、磷酸鹽等緩蝕劑,可以大大降低密封界面的電化學腐蝕。國內緩蝕型柔性石墨技術已經在國家八五攻關項目中完成,但尚未商品化生產。自潤滑性能:填料密封主要用于轉軸、往復軸的密封,密封面的潤滑對降低摩擦系數、減少能耗、減小磨損很重要。由于一般填料密封設計比較簡單,很少可以后續添加潤滑劑,所以填料通常應具有自潤滑功能。聚四氟乙烯及石墨填料,具有很好的自潤滑性能,聚四氟乙烯對鋼的摩擦系數一般在0.1以下,柔性石墨為0.05~0.15,在填料密封中使用效果很好。棉麻、石棉類對鋼的摩擦系數在0.5~0.7,金屬類填料為0.3~0.4。因此這一類填料都要預先浸漬潤滑劑或浸漬聚四氟乙烯、涂敷石墨等。

    (四)密封的目的是堵塞泄漏。填料密封發生的泄漏主要是界面泄漏,編織填料則往往還存在滲透泄漏。界面泄漏主要是填料與運動軸之間的界面發生泄漏。填料與填料函的界面是靜密封界面,一般填料尺寸合適,使用得當不會發生可察覺的泄漏。滲透泄漏則是編織原料纖維或箔片之間的界面間隙,因連通形成泄漏通道所致。所以編織填料通常都應進行浸漬處理,浸漬的目的不僅是改善潤滑條件,而且浸漬物可以堵塞、截斷滲透泄漏通道。填料的壓蓋擰緊作軸向壓縮時產生變形,貼緊軸面并產生徑向壓力,填料中的潤滑劑被擠出在界面形成油膜。界面的接觸是不均勻的,接觸點與非接觸點因相對運動而形成不規則的迷宮,即迷宮效應。這兩種效應是填料密封的機理。所以,要取得良好的填料密封效果,在設備運行中需要維持好軸承效應和迷宮效應。這通常是要保持良好的潤滑和必需的壓緊力。在材料選擇上,自潤滑好的填料能取得很好的密封效果,如柔性石墨、聚四氟乙烯等。柔性石墨不僅具有優異的自潤滑性,而且它本身特殊的固/氣兩相結構非常適宜作密封材料。其特殊的氣相結構是均勻、微小的密封氣孔,它不僅不會形成泄漏通道,而且使材料具有優越的壓縮性和回彈性,從而保證了優良的密封特性。0.125mm厚的柔性石墨薄膜,其氦氣的透過率僅為2×10-4cm3·s-1,在真空技術中也常采用柔性石墨密封。為了保證填料密封的潤滑,一般填料常浸漬潤滑劑,在使用過程中潤滑劑逐漸消耗,不僅潤滑性能降低,而且填料體積會減小使壓緊力下降,因此填料密封應定期擰緊壓蓋保證壓緊力及潤滑。對要求高的填料密封,填補函應考慮有添加潤滑劑的設計。在使用過程中,填料會有磨損,磨損與壓緊力及潤滑狀態有關。通?繅荷w的一端因壓緊力較大,磨損較大,不正確的裝填會導致快速磨損。過度磨損會導致密封失效,應及時更換填料。填料及填料函的尺寸與軸的尺寸及介質壓力有關,可以根據經驗及書刊的參考圖表選取。對要求高的設備,填料函的設計還應考慮冷卻系統。填料的裝填必須用專用工具及按照操作規程,不合理的裝填是密封失效的主要原因之一。

    (五)密封技術及材料的落后必然制約機械設備的質量。我國改革開放以來密封技術及材料已經有了長跑的進步。跑冒滴漏問題已經有了重大的改善,過去車輛“停下來一大片、跑起來一條線”的現象已基本杜絕。但總體來說,我國密封技術及材料的水平還落后于世界先進水平。在新材料的研制和應用上,在滲漏的定量測試技術上,在密封材料及制品的規范化和系列化上以及涉及密封領域的技術引進、信息網絡等,這許多方面的工作有待業內人士、企業及科研院所、高校的努力及有關部位的組織,協調。我們相信隨著我國加入WTO,我國機電產品進一步面向全球市場,我國的密封技術和材料會有更大的進步和發展。

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