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摘要：介绍了风机用分瓣环填料密封的原理，阐述了填料函及分半密封环的设计特点。通过试验数据分析，该密封满足风机泄漏量的要求，并在现场运行效果良好。
关键词：填料密封；填料函；分瓣密封环
引言
在现代工业中，越来越重视安全生产和节能环保，因此，风机轴封-密封的性能是衡量风机安全可靠性的重要指标之一，特别是在使用有毒、有害、易燃及易爆等气体的场合更是如此。目前，风机的轴封结构形式多样，有“干气”密封、机械密封、分瓣环式填料密封、梳齿密封和迷宫密封等。“干气”密封造价高，系统复杂，机械密封必须有液体润滑。由于低压风机造价较低，这些因素限制了它们在低压风机中的应用，而梳齿密封、迷宫密封又因为泄漏量大而无法满足输送特种气体风机对密封性能的要求，为解决这一问题，国外的低压风机应用分瓣环式填料密封正逐步流行，本文介绍了为低压风机研制分瓣环填料密封的过程。由于目前国内这种填料密封型式在风机旋转轴密封的应用较少，也缺乏这方面的理论研究。而压缩机活塞杆往复运动密封中多有应用，且有一定理论基础，所以在研制过程中着重参考压缩机填料密封理论以及以往这方面的经验进行设计，最终在实际应用中，这种密封的密封效果及寿命均很理想，造价也较合适，能够满足有阻封气体的输送特种气体的低压风机要求。
1 分瓣环填料密封的原理
分瓣环填料密封主要由分瓣密封环、弹簧和填料函组成，利用阻塞与节流的原理，以降低气体的泄漏量[1] ，见图1。分瓣环填料密封存在3个泄漏点：第一，密封环与轴之间的间隙；第二，密封环分开处自身间隙；第三，密封环与填料函接触面间隙。密封环与旋转轴之间的摩擦，使密封环内孔磨损，增大与轴的间隙，通常在密封环外圈用拉伸弹簧箍紧，使其预紧在轴上，以便密封环内圈磨损后能自动补偿，阻止气体沿轴向泄漏，后两个泄漏点的间隙则由零件的加工工艺保证接触面的贴合，减小气体泄漏的间隙。
分瓣密封环结构很多，分为平面密封环和锥面密封环等[1] ，目前风机用填料密封最常见的是平面三瓣密封环结构，见图2。所有这些结构形式均可以在外圈装拉伸弹簧，起到自动补偿间隙的功能。
2 分瓣环填料密封的设计分析
目前，我们研制了一套风机用分瓣环填料密封装置，该风机是PTF装置上的RPF鼓风机，其具体工作参数见表1。
针对以上风机的工作特点，填料密封由5组平面三瓣密封环组成，在填料函的中部采用气体阻塞密封系统，保证风机输送介质不外漏，见图3。
2.1 分瓣密封环设计
2.1.1 材料选用
密封环与旋转轴套之间产生摩擦，密封环内孔出现磨损并会产生很大摩擦热，直接影响使用寿命，基于这些工作特征，分瓣密封环选用呋喃树脂浸渍石墨材料，它具有良好的自润滑性、低的摩擦系数和耐温性能，且导热性好且具有低的线膨胀系数，易于加工。这些特点很好的满足了密封环性能要求。
2.1.2 分瓣密封环设计
根据以往实际应用经验,该密封环选用平面三瓣密封环结构b（如图2），密封环的两侧端面以及分瓣面均是气体泄漏的重要部位，因此它们平面度的设计要求尤为严格；在密封环的外圈需设计沟槽，以安装拉伸弹簧，该弹簧的作用除了把密封环箍在轴套上外，尚给轴套以0.03~ 0.08MPa的比压，以获得密封所需的预紧力；为防止密封环的旋转，在密封环与填料函接触的一侧端面设计一个防转销孔。
根据密封环对轴套的比压公式计算密封环的各主要尺寸，比压公式为
材料切变模量，MPa；弹簧选用不锈钢丝，查手册[2]G=71×103MPa；计算得
2.2 填料函设计
2.2.1 材料选用
填料函直接与风机输送介质和阻封气体接触，这里的介质没有强的腐蚀性，填料函的金属件采用不锈钢材质。
由于风机运行时会有很大温升，分瓣密封环与轴之间也会产生很大的摩擦热，为保证填料函辅助密封圈不会高温失效，这里采用耐高温氟橡胶材质。
2.2.2 结构设计
各组填料函采用轴向串联叠加形式，通过两个螺柱将各组填料轴向压紧并固定，各组填料函间采用销钉防止径向转动，这种结构在分瓣密封环的更换维修时极为方便，只要松开螺柱即可更换任意一组密封环。
各组填料函之间联接处在整个密封装置中也是一个重要的泄漏点，为保证密封的可靠性，在各组填料函接触处采用橡胶O形圈静密封形式。
3 分瓣环填料密封的泄漏量试验
试验系统见图4，该试验是在密封静止状态下，通过测阻封气体进口处气体流量的方法从而达到了密封泄漏量的测量目的，这里的阻封气体为空气，调节储气罐的压力，得到不同气体压力情况下密封的泄漏量数据，具体结果见表2。
从试验结果可以看出，该分瓣环填料密封的泄漏量较小，完全满足风机泄漏量的要求。并且该套密封装置现已装机现场运转近1年时间，使用效果良好。
参 考 文 献
［1］ 黄振华，方先清，白蔚君.压缩机与风机密封[M]. 机械工业出版社，1988，11.
［2］ 吴宗泽.机械设计师手册（下册）[M].2002，1：2100-2129.
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