針對傳統(tǒng)填料密封結(jié)構(gòu)剛性不足和徑向力與壓蓋距離呈指數(shù)規(guī)律遞減的現(xiàn)象，開發(fā)了一種自適應(yīng)回彈填料密封，即在填料中增加開口空心金屬環(huán)作為支撐件。通過有限元分析得出此密封結(jié)構(gòu)彌補了傳統(tǒng)填料密封的缺點，增加了石墨填料密封耐高壓的效果，同時可以增加徑向力，降低預(yù)緊力，在某些工況下可以取代機械密封。

　　1、前言

　　填料密封是在軸與殼體之間用彈塑性材料或具有彈性結(jié)構(gòu)的元件堵塞流體泄漏通道的軸封裝置。因其加工簡單、成本低、使用操作方便等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于各類泵、攪拌機、管線膨脹節(jié)、換熱器浮頭等設(shè)備的軸封和閥桿的密封。但是隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展進步，高參數(shù)工況成為主流，傳統(tǒng)的填料密封難以達到需要的密封要求，而機械密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝技術(shù)水平要求較高，且制造加工要求和成本高，在使用時受到限制，所以開發(fā)一種自適應(yīng)性回彈填料密封。

　　2、密封結(jié)構(gòu)及原理

　　現(xiàn)在普遍采用的填料密封，需施加較大的預(yù)緊力才能達到密封效果，這樣就增大了填料圈對軸的摩擦力和反向扭矩，影響了軸的正常運轉(zhuǎn)，同時對應(yīng)的填料腔尺寸較大，難以適用于結(jié)構(gòu)要求緊湊的場所。自適應(yīng)回彈填料密封結(jié)構(gòu)，通過在石墨填料圈中增加開口環(huán)來產(chǎn)生收縮、擴張形變，通過改變填料密封的結(jié)構(gòu)，增強石墨填料圈的回彈性能，改善填料密封的徑向壓力分布，降低預(yù)緊力，減小軸與填料之間的摩擦力，提高軟填料密封使用壽命。

　　2.1、密封結(jié)構(gòu)

　　自適應(yīng)回彈填料密封結(jié)構(gòu)如圖1 所示，外部是石墨填料圈，在填料圈的內(nèi)部設(shè)有環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)有開口金屬環(huán)。使用時，自適應(yīng)回彈填料密封置于密封腔內(nèi)并套裝在軸上，由于其上的開口金屬環(huán)具有良好的回彈能力和抗老化的性能，能承受高壓，加上填料圈的作用，可對軸的外圓面和密封腔的內(nèi)圓面進行有效地密封，填料圈的數(shù)量可大大減少，只需施加較小的預(yù)緊力，就能達到密封效果，減小了對軸的摩擦力和反向扭矩，并能減小填料腔的尺寸，適用于結(jié)構(gòu)要求緊湊和高壓的工況場所，本文重點對自適應(yīng)回彈填料密封的受力進行分析。

圖1 自適應(yīng)回彈填料密封基本結(jié)構(gòu)

　　2.2、結(jié)構(gòu)原理

　　工作時，內(nèi)置有開口環(huán)的石墨填料圈套裝于軸上，通過密封壓蓋壓緊。壓緊過程中，作用在石墨填料圈上的力傳遞到開口環(huán)之上，開口環(huán)向內(nèi)進行收縮，產(chǎn)生形變并產(chǎn)生反向作用力。隨著壓緊力的增加此反作用力也增加，特別是由于開口環(huán)的開口方向背離軸方面，所產(chǎn)生的反作用力使石墨填料向徑向及軸向分布，使得徑向壓緊力增加，加強了密封效果。真空技術(shù)網(wǎng)(http://203scouts.com/)認為由于采用了此結(jié)構(gòu)使得在較小的預(yù)緊力就能產(chǎn)生較大的密封壓緊力，減小了石墨填料對軸的摩擦力和反向扭矩，使得相應(yīng)驅(qū)動裝置的驅(qū)動力矩減小，降低了驅(qū)動能耗。

　　5、結(jié)論

　　(1) 開口金屬環(huán)具有良好的回彈能力，增強了石墨填料密封的整體機械性能；

　　(2) 通過增加開口環(huán)，可以增加徑向力，降低了預(yù)緊力，減小了對軸的摩擦力和反向扭矩，并能減小填料腔的尺寸，可適用于結(jié)構(gòu)要求緊湊和高壓的工況場所。