CN105422861A - 一种内置增强环的填料密封结构 - Google Patents

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Abstract

一种内置增强环的填料密封结构，轴杆穿过填料壳，填料壳与轴之间的环状间隙构成填料函，所述填料函内填充有防止流体从封液区向大气区域泄漏的组合填料，且填料函的上端开口处设有向下压紧组合填料的压盖，所述组合填料包括沿轴向设置在填料函中间的石墨层和设置在石墨层上下两面的盘根层；所述石墨层包括若干层石墨环和设置在相邻石墨环之间的刚性增强环，石墨环和增强环紧密贴合，所述增强环的横截面呈三角形，上下两石墨环的形状与增强环的形状相配合。

Description

一种内置增强环的填料密封结构
技术领域
本发明涉及一种内置增强环的填料密封结构。
背景技术
压缩填料密封也称为盘根(packing)密封、压盖填料(glandpacking)密封。其密封结构简单、材料来源广泛、安装维护方便、价格低廉，因而被广泛用于离心泵、真空泵、搅拌机、反应釜和船舶螺旋桨等转轴密封，柱塞泵、往复式压缩机、制冷剂的往复运动轴密封，以及各种阀门阀杆的旋动密封等。
填料是一种可压缩性密封材料，填料密封是将填料装于填料函内，通过压盖将填料压实过程中沿径向胀开后贴紧轴表面来阻止介质外漏达到密封效果的。因此，轴表面的接触应力大小及分布是决定压缩填料密封性能的关键因素。但是由于轴表面摩擦力和微观缺陷的存在，其与填料只能是部分贴合、部分不接触，类似迷宫。当带压介质通过轴表面时，介质被多次节流，凭借“迷宫效应”而达到密封。同时，填料与轴表面的贴合、摩擦，类似于滑动轴承，在低应力区或未接触部分可以保持较厚的油膜，使其有少量液体进行润滑，从而保证一定的密封寿命，即所谓的“轴承效应”。因此，良好的填料密封是迷宫密封和轴承效应的综合体。
另一方面，由于轴表面摩擦力的存在，致使压紧力沿轴向逐渐减小，因此产生的径向压紧力由外端(压盖一侧)向内端呈下降趋势且内侧填料的压实程度远不如外侧。当盘根的截面形状为矩形时，填料沿径向的变形与整体结构基本相似，极易引起密封不实造成泄漏，为此亟待改进和完善。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种内置增强环的填料密封结构。
本发明的技术方案是：
一种内置增强环的填料密封结构，轴杆穿过填料壳，填料壳与轴之间的环状间隙构成填料函，所述填料函内填充有防止流体从封液区向大气区域泄漏的组合填料，且填料函的上端开口处设有向下压紧组合填料的压盖，所述组合填料包括沿轴向设置在填料函中间的石墨层和设置在石墨层上下两面的盘根层；
所述石墨层包括若干层石墨环和设置在相邻石墨环之间的刚性增强环，石墨环和增强环紧密贴合，所述增强环的横截面呈三角形，上下两石墨环的形状与增强环的形状相配合。
进一步，所述盘根层由因科镍金属丝编制而成。
进一步，所述增强环由耐腐蚀性材料制成。
再进一步，安放有增强环的石墨环上设有V形安装槽。
本发明的有益效果是：
由于增强环可视为不可压缩的刚性体，V形安装槽附近的石墨环会优先沿径向胀开，优化了增强环和石墨环结合面的受力分布情况，在提高局部径向接触应力的同时，增强了组合填料由外端向内端传递预紧压力的能力，从而可以进一步提高填料的密封性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明、V形石墨环组合填料和平口石墨环组合填料的泄漏率与轴杆往复运动的循环次数的关系图。
图3是本发明、V形石墨环组合填料和平口石墨环组合填料的轴杆表面摩擦力与轴杆往复运动的循环次数的关系图。
具体实施方式
实施例1：
参照附图1，一种内置增强环的填料密封结构，轴杆穿过填料壳，填料壳与轴之间的环状间隙构成填料函，所述填料函内填充有防止流体从封液区向大气区域泄漏的组合填料，且填料函的上端开口处设有向下压紧组合填料的压盖，所述组合填料包括沿轴向设置在填料函中间的石墨层2和设置在石墨层上下两面的盘根层1；
所述石墨层2包括若干层石墨环21和设置在相邻石墨环21之间的刚性增强环22，石墨环21和增强环22紧密贴合，所述增强环22的横截面呈三角形，上下两石墨环21的形状与增强环22的形状相配合。
所述盘根层1由因科镍金属丝编制而成。
所述增强环22由耐腐蚀性材料制成。
安放有增强环22的石墨环上设有V形安装槽。
增强环22由惰性好、耐蚀性强的刚性材料制成，可以减缓增强环22与石墨环22发生电化学腐蚀。
如图1所示，石墨层2包括3层石墨环21和2层增强环22，中间的石墨环21沿轴向的两个表面上均设有V形安装槽，2个增强环22分别安置在V形安装槽内。所述盘根层为因科镍(inconel)金属丝编织，初始密度为1.8g/cm3；石墨环的初始密度为1.5g/cm3；组合填料的内外径尺寸分别为30mm和45.6mm。V形安装槽的角度为90°(即增强环2的横截面为直角三角形)，增强环22厚度为2.5mm。
将盘根层1和石墨层安放到填料函内后，装上压盖，预紧组合填料至所需密封比压；V形安装槽附近便优先沿径向胀开，优化了石墨环21和增强环22的结合面处的受力分布情况，在提高局部径向接触应力的同时，增强了组合填料由外端(即压盖端)向内端传递预紧压力的能力，从而可以进一步提高填料的密封性能。
对比例1：
V形石墨环组合填料，除未设置增强环22外，其他均与本发明相同。
对比例2：
平口石墨环组合填料，除未设置增强环22且石墨环上未设置V形安装槽(即石墨环22的横截面均为矩形)外，其他均与本发明相同。
实验时，本发明、对比例1和对比例2的压盖端均采用30MPa的轴向压紧应力，轴杆往复运动的行程为80mm、线速度为6.4mm/s、运行周次为1000次。
实验结束后，得到(流体从液封区域向大气区域泄漏的)泄漏率与轴杆往复运动的循环次数的关系如图2所示，从图中可以看出：本发明的泄漏率低于对比例1和对比例2，则本发明的密封性能明显优于V形石墨环组合填料和平口石墨环组合填料。
图3是本发明、对比例1和对比例2在工作过程中轴杆表面摩擦力与轴杆往复运动的循环次数的关系图。从图3中可以看出：本发明的轴杆表面摩擦力介于平口石墨环组合填料和V形石墨环组合填料之间，表明本发明内置的增强环提高了组合填料由外端(即压盖侧)向内端传递预紧压力的能力，使得底层的组合填料在预紧时就能被压密实；此外，尽管内置增强环后摩擦力略有上升，但是在整个运行周期内摩擦力始终比较稳定。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种内置增强环的填料密封结构，轴杆穿过填料壳，填料壳与轴之间的环状间隙构成填料函，所述填料函内填充有防止流体从封液区向大气区域泄漏的组合填料，且填料函的上端开口处设有向下压紧组合填料的压盖，其特征在于：所述组合填料包括沿轴向设置在填料函中间的石墨层和设置在石墨层上下两面的盘根层；
所述石墨层包括若干层石墨环和设置在相邻石墨环之间的刚性增强环，石墨环和增强环紧密贴合，所述增强环的横截面呈三角形，上下两石墨环的形状与增强环的形状相配合。
2.如权利要求1所述的一种内置增强环的填料密封结构，其特征在于：所述盘根层由因科镍金属丝编制而成。
3.如权利要求2所述的一种内置增强环的填料密封结构，其特征在于：所述增强环由耐腐蚀性材料制成。
4.如权利要求3所述的一种内置增强环的填料密封结构，其特征在于：安放有增强环的石墨环上设有V形安装槽。
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