机械设备用软填料密封径向压力分布的计算与分析

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1、万方数据大庆石油学院学报JOURNALOFDAQINGPETR01．EUMINSTITUTE第33卷第4期2009年8月V01．33No．4Aug．2009机械设备用软填料密封径向压力分布的计算与分析张广成，郑卫巧，焦桂涛(大庆石化公司矿区事业服务部，黑龙江大庆163714)接耍：推导了机械设备用软填料密封径向压力分布的理论计算公式，并进行了分析和讨论，结果表明，填料密封的侧压因数不但与填料性质有关，还与填料密封的结构有关．合理的填料腔结构可以改善径向压力的分布；圆锥形软填料密封的径向压力分布较为合理．且随着锥角的增加。径向压力分布的均匀

2、化程度增强，若密封机内流体压力相同的情况下，圆锥形软填料密封比圆柱形所需压盖压力小，这样既可减轻填料对轴的磨损，也能延长填料的1二作寿命．关键词：圆柱形软填料；圆锥形软填料；径向压力分布中圈分类号：TH703文献标识码：A文章编号：1000—1891(2009)04—0084一04软填料密封又称压盖填料密封，俗称盘根(Packing)，是世界上使用最早的一种密封装置。在机械设备中，机器的旋转、往复和螺旋运动的密封广泛采用圆柱形填料腔结构密封型式．多年来，人们对填料密封的研究，大都集中在填料材料方面[1_2]，研制出许多新型材料，以改善密封

3、条件，提高密封填料的寿命。人们认为填料密封的寿命、侧压因数、径向压力等重要参数只与密封填料的自身性质有关，而没有研究与填料腔结构的关系[3-5]．为了较全面地研究填料密封的密封机理，寻求改善填料腔和轴的受力状况的方法，提高密封性能，笔者拟在填料密封结构上进行理论探索，研究机械设备用软填料密封径向压力的分布．1圆柱形软填料密封径向压力分布在圆柱形软填料密封中，机内流体泄露的途径有沿轴与填料、腔壁与填料之间的缝隙穿过填料而泄漏，见图1．当软填料受到压盖压紧后，将发生轴向和径向变形并与轴和填料腔内壁紧密接触，当接触压应力大于(或等于)机内流体压

4、力时，达到密封目的．为确定压紧应力的分布，在离压盖端面z处取微元，该微元厚度为dx，内、外半径分别为，．和R．微元受到轴向压紧应力民和仃。+d以，径向压力西和摩擦力dFR与dF，的作用．其中dFR为填料腔内壁对填料微元体的摩擦力，摩擦因数为厂R，dFR一2nRfR·dx·西；dF，为轴表面对填料微元体的摩擦力，摩擦因数为fr，dF，=2nrf,d，·crr．微元体的轴向平衡方程式为l轴：2．轴套；3填料压盏4．ff真料腔体图1圆柱形软填料密封安装示意矾(R2一，)一7【(以+da=)(R2一,-2)一2xRfR·dx·crr一27【rf，

5、·dxo，=0，‘(7r=幻。，式中：壶为侧压因数(柔性因数)，忌小于或等于1．式(2)代入式(1)得收稿日期：2009一03—12；审稿人：张建中；编辑：王文礼作者简介：张广成(1970一)，男，工程师，主要从事化工机械设备方面的研究．·84·(1)(2)万方数据第4期张广成等：机械设备用软填料密封径向压力分布的计算与分析．鲁一2是警芋如．㈤·dzK。一r为保证密封，要求z一1处，crr≥p(机内流体压力)．取西f，：。一户，并对式(3)两边积分(z—z，crr-，p／k)得r鲁--2k警芋f如朋tn等一警芋c～，，以一扣e2将‘h'．

6、’(4)当厶=fr一，时，以为以一知嚣“。"．(4a)由式(4)和(4a)可知，随着z的增加，以递减．在z一0(即压盖处)时，以为最高值，此即压盖压紧压力，有如I，．o一71户e2妒7‘R_一．(4b)由式(4b)可见，压盖压紧压力与机内流体压力成正比，并且当填料侧压因数、填料厚度(R一，．)越小，而填料长度、摩擦因数越大时，压盖的压紧力也越大．由式(4口)可得径向力：，crr=户e2略．(5)由此可见，不论径向压力crr还是轴向压紧力口，，均是按指数规律由填料内端逐渐向外端递增．而泄漏流体的压力分布则按对数曲线或抛物线(取决于机内流体种

7、类)规律由填料内端逐渐向外端递减(见图1)，压紧力没有很好地发挥作用．2圆锥形软填料密封的受力分析圆锥形填料密封安装示意见图2，其密封原理与圆柱形填料密封相同，不同之处在于填料腔内壁为圆锥形，装入的填料内侧为圆柱形与轴相接触，外侧为圆锥形与腔内壁相接触．假设轴向压力均匀地作用在填料截面上，见图3(a)，为计算方便，以2个集中力Qo和Q表示，见图3(b)．由图3(a)可见，在距离填料腔底部z的微元dx上，作用的力有：轴向压力以，以+d以；填料与轴的径1．轴；2填料压盏3．填料腔体图2圆锥形软填料密封安装示意向接触压力Q；；填料与填料腔的径向

8、接触压力Qo；填料与轴之间的摩擦力^、填料与填料腔之间的摩擦力fo；填料径向变形受到内部约束而产生的径向剪切应力Q：，Q+dQ．径向压力‘61为Qf一是∥，，Qo一是。以，式中：七，为填料与轴