摘要：为确保填料密封的可靠性及长周期运行，通过对填料密封性能、密封原理的研究，结合检修过程中获得的经验，总结出一套合理的填料密封安装技术并加以应用。
关键词：填料密封；安装；滑阀
1 前言
填料密封又称压紧密封，是一种传统的接触式密封。通过密封压盖轴向压紧填料，填料轴向压缩变形沿径向内外扩胀，从而产生径向力，使填料同时压紧在轴和填料函的表面上，阻止介质泄漏。
填料密封相对与其他机械密封而言，结构简单，更换比较方便。填料密封的应用广泛，主要用于过程机械设备运动部分的密封，炼厂目前在往复式机泵、往复式压缩机以及阀门中应用较多，但填料密封在工作过程中，相对与机械密封来说运行周期较短、密封效果不佳。本文通过对填料密封原理的介绍及安装技术的研究，极大提高了密封的可靠性和运转周期。
2 密封原理简介
填料密封是通过填料受压缩变形产生的径向力来实现密封的，所以，介质压力与填料径向力的大小是影响泄漏的关键。填料需要经过预紧，才能保证工作时的性能。
2.1 预紧状态
当填料处于预紧状态，即介质压力为零时，填料的受力状态如图所示：
图2—3 正常工作状态的填料 图2—4 发生泄漏的填料示意图
如图2—4所示。通过示意图可以发现，填料函内部前段填料的密封作用完全失效，没有对泄漏的介质起到节流、降压的作用。因此，选择合适的填料，并且填料密封压盖提供足够的轴向力，是保证填料密封性能的关键。
要保证每道填料密封的有效性，就需要满足填料与轴、填料与填料函受挤压产生的径向应力大于介质压力。得出
σg≥P·exp（βL）/K （式2—2）
也就是说，轴向力只有满足式2—2的条件，才能保证密封的可靠性。
3 填料的磨损及安装改进方法
3.1 磨损
由于摩擦产生的磨损一个突出问题。除了填料磨损外，转轴或往复运动的连杆也同样会发生磨损。磨损与填料和轴的耐磨性、接触线速度、润滑、冷却及安装状况等较多因素有关。
由图2—2的填料径向分布图可以看出，填料对轴的压紧力自靠近压盖端到远离压盖端逐渐减少，与压盖直接相邻的1~2圈，其压紧力比平均压紧力要高很多，导致摩擦力增大。因此，此处的磨损特别严重，以致出现凹槽。此时压紧比压迅速增大，进一步加剧磨损，引起密封失效。
3.2 改进方法
传统安装方式会导致不正常的磨损，盲目增加密封压盖紧固螺栓的扭矩不是解决问题的根本办法。通过对填料密封性能、密封原理的研究，对传统的填料密封安装技术进行改进。改进的主要方法就是：第一，根据现场使用工况选择合适尺寸、材质优良的填料；第二，根据填料函及轴颈等尺寸，计算在工作压力P下，压盖需要提供的轴向力；第三，安装填料时，从装入第一圈填料开始，利用专用的工器具，按照计算得出的力矩进行紧固；第四，按上述方法，依次逐圈压紧填料，最后压紧压盖。
通过这种填料装配方法，可以使压紧力沿轴向分布尽可能均匀，保证每圈填料的密封性能。同时，磨损也相对均匀。
4 实际应用
4.1 滑阀密封简介
滑阀在炼油催化装置作为催化剂循环流程中的关键设备之一，滑阀的阀杆在工作中相对于阀体都作往复运动，阀杆泄漏问题经常出现在长周期运行的后期或者检修结束的初期。前者出现的原因是长周期运行中，阀杆的密封系统材料失效或者在使用中维护不当，后者主要为检修施工质量差或者检修选用配件质量差所致。
4.2 填料材质的选择
柔性石墨填料是一种新型的填料，它具有密封性、自润滑性好，耐腐蚀，耐高低温和温度变化影响较小，适用于高温或低氯含量的场合，常用于高压蒸汽、水和油品介质以及对填料有较高要求的密封介质。除发烟硫酸、浓硝酸等强氧化介质外，柔性石墨能耐一切介质。使用温度在-200～600℃，适用于公称压力不高于32MPa的工况条件，提供无泄漏操作，有高的热传导性和长久的使用寿命。
4.3 工作填料的安装
采用逐圈压紧的方式安装工作填料，首先要确定阀门填料函压盖螺栓的载荷。确定预紧载荷的方法有两种：一是控制填料压缩量法，即预先确定达到密封效果填料的压缩量，不同材质的填料数值也不一样，且当系统压力提高时，压缩量要相应增加；二是压盖螺栓转矩法，这是比较精确的一种方法。螺栓转矩与填料尺寸、螺栓尺寸、系统压力和螺栓数量有关，并且螺栓与螺母必须处于洁净和良好的润滑状态。
根据厂家提供的滑阀填料压盖拧紧力矩设计值，使用扭矩扳手，并制作与石墨填料内外径相同的加长压紧套，通过紧固螺栓带动压盖压紧填料，保证填料所受到的力都不小于设计值。压制完成后，松开填料压盖，继续放入一圈填料，按照相同的力矩进行紧固，直至所有填料安装完毕。通过这样的安装方式，确保每一圈填料都受到了比较均匀的轴向压紧力，使每一圈填料的密封性能都得到了保证。在两套催化装置特阀的检修中广泛应用后，取得了非常理想的效果。
5 结束语
本文通过对填料密封原理的研究，并且结合多年的检修经验，主要对以往填料的安装方式进行了技术上的革新。填料的安装不再盲目的靠增加压紧力，而是通过逐圈压紧的方式，保证了密封的可靠性，更重要的是提高了设备的使用周期，对装置的平稳运行提供了有力的保障，值得大力推广。
参考文献：
[1]成大先，机械设计手册.第2卷，化学工业出版社.2002
[2]魏龙，密封技术.化学工业出版社.2010
[3]顾永泉，密封填料侧压系数的确定.石油大学学报.1991
论文作者:高红帅
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/18
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