复合型泥状填料密封结构的制作方法

1.本实用新型涉及密封材料与结构技术领域，尤其是涉及一种复合型泥状填料密封结构。


背景技术：

2.泥状填料是一种新型的动密封原件。2010年5月出版的《第十二届国际摩擦密封材料技术交流暨产品展示会论文集》公开了作者为王仕江的《新型动密封元件
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泥状填料》，其中对泥状填料进行了介绍：泥状填料是用高等级的合成纤维加各种油、脂和粘胶混合而成的胶泥状物质，是纤维和粘胶的特殊混合物，使用时需要通过高压枪注入设备填料函内。其基本密封原理是：泥状填料在使用过程中，其中间的纤维和轴之间由于运动产生的剪切力使得纤维随着轴的运转逐渐缠绕在轴上，开始形成一个旋转层，随着旋转层的逐渐增大，距离轴越远，轴的旋转对纤维产生的剪切力就越小，纤维缠绕轴的能力就越差，最终纤维在远离轴一定距离后，不再缠绕轴，从而形成一个分界层，在分界层的外部，纤维和填料函的内壁保持相对静止，而在分界层靠近轴的部分，泥状填料随着轴一起运转。分界层的形成使得填料不再直接摩擦轴及填料函的内壁，而是在泥状填料内部之间旋转，这样就避免了对轴及填料函内壁的磨损。由于泥状填料的粘性特点，使得每一次随着轴的运动形成分界层之后，分界层两端都会自动粘合，使得分界层形成具有不重复性，这样分界层就不仅仅是一个面，而是一个区域，在这个区域内，纤维纵横交错，形成一层一层的微小分界层，正是这些微小的分界层，像一个迷宫一样，这种特殊结构产生的效果使得流体介质被密封在由填料端环和泥状填料形成的分界层中，从而实现真正意义上的零泄漏。由于采用的原料摩擦系数低，在填料内部摩擦运动产生的热量远远小于编织填料对轴摩擦产生的热量，摩擦做功越少，能量消耗就越少，因此这种泥状填料的使用寿命也大大延长，电机能量的消耗也大大减少。此后，中国专利文献cn102410215a于2012年4月11日公开了“旋转泵用层状剪切式密封填料及其制备方法”，将无石棉矿物纤维、石墨、润滑脂投入到高速搅拌机进行混合，然后充分搅拌；将无石棉矿物纤维、石墨、润滑脂的混合物进行揉合处理；将揉合处理完成的混合物投入到柱塞式挤出设备的行腔里进行挤出，挤出后即出成品旋转泵用层状剪切式密封填料。中国专利文献cn102433100a于2012年5月2日公开了“一种旋转泵用层状剪切式密封填料及其制备方法”，将植物纤维投入到梳绒机进行梳绒，使其呈蓬松的绒絮状；将润滑脂与无机填料进行去水处理，然后再将润滑脂与无机填料进行混合，然后投入到搅拌机中进行充分搅拌；将植物纤维投入到搅拌机中与润滑脂、无机填料进行混合处理，混合均匀后即出成品旋转泵用层状剪切式密封填料。
3.本领域已经有将泥状填料应用在动密封结构中的小规模应用。通过这些小规模应用结果的反馈，发现尚存在如下问题：泥状填料的流动性决定了其变形程度，变形程度的好坏决定了其密封效果。流动性强、变形程度好的泥状填料，虽然可以提供好的密封效果，但是反过来也会带来易挤出、易损耗的问题。而为了防止挤出损耗问题，势必要降低泥状填料的流动性，可这样又会导致旋转轴转动阻力变大，能量损耗增加。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本实用新型提供一种复合型泥状填料密封结构，在保持良好的密封效果的前提下，既不会出现泥状填料易挤出、易损耗的问题，又能保持旋转轴在较小的转动阻力下转动。
5.为了实现发明目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种复合型泥状填料密封结构，包括旋转轴，旋转轴外套设有填料函，填料函内填充有泥状填料，填料函的外侧端开口以填料压盖封闭，填料函内填充的泥状填料按照流动性区分至少为2类，流动性强的第一泥状填料位于中部，流动性弱的第二泥状填料分别紧贴的设于第一泥状填料的内、外端。
7.本方案的复合型泥状填料密封结构，在填料函内填充有泥状填料。泥状填料按照流动性区分至少为2类，第一泥状填料流动性强，位于中部，第二泥状填料流动性弱，分为内外两段，分别紧贴的位于第一泥状填料的两端。在这样的结构中，填料函的前端和后端填充的是流动性弱的第二泥状填料，中段填充的是流动性强的第一泥状填料，两种泥状填料分别侧重于承担不同的功能：流动性弱的第二泥状填料在两端负责防挤出，流动性强的第一泥状填料负责降低旋转轴的转动阻力。由于泥状填料随旋转轴转动时仅产生周向运动的固有特性，在填充完全后，第一泥状填料和第二泥状填料不会越过公共界面进入对方内部而导致混合，因此无论旋转轴如何转动，第一泥状填料和第二泥状填料始终保持固有的位置，始终承担起各自不同的功能。因此，使用本方案在保持良好的密封效果的前提下，既不会出现泥状填料易挤出、易损耗的问题，又能保持旋转轴在较小的转动阻力下转动。如有必要，本领域技术人员还可以引用更多种泥状填料，根据流动性依次排列，将流动性最好的置于轴向的中部，将流动性差的在轴向上由中部向端部依次布置。
8.作为优选，填料函的内侧端与位于内侧的第二泥状填料的内侧端之间设有端环；填料压盖的内侧端与位于外侧的第二泥状填料的外侧端之间设有端环。在填料函的内、外两端使用端环，可以通过端环的挤压变形，进一步消除填料函内、外侧端的间隙，避免泥状填料的挤出。
9.作为优选，所述端环的材质为聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有自润滑环绕补偿性优良的特点，作为端环使用可以有效降低摩擦力，保持旋转轴在较小的转动阻力下转动。
10.端环的具体结构有多种，此处列示其中两种：作为优选之一，所述端环内嵌设有可沿径向伸缩的弹簧，端环的外侧面上设有o型圈安装槽，o型圈安装槽内嵌设有o形密封圈。可参见中国专利文献cn201531600u中给出的具体结构。
11.作为优选之二，所述端环的截面内设有密封的弹性空腔，弹性空腔的形状为v字形，v字形的中轴线沿端环的轴向延伸；弹性空腔上下腔面之间的间距，在v字形的上端大，在v字形的下端小。也可以在端环的截面内设有密封的弹性空腔，弹性空腔的形状为v字形，v字形的中轴线沿端环的轴向延伸，弹性空腔上下腔面之间的间距，在v字形的上端大，在v字形的两个下端小（以v字形倒置为例）。在轴向受压时端环可以沿径向有效扩张，从而引导端环提高密封效果。
12.作为优选，所述端环材质的聚四氟乙烯中添加有导热石墨。通过添加适量的导热石墨，可以提高端环材质的导热效果，避免聚四氟乙烯纤维受热卷曲而导致密封失效。
13.作为优选，填料函的侧壁上设有填料加注孔。填料加注孔的内侧端对应第一泥状
填料所在区域。当需要补充第一泥状填料时，可以通过填料加注孔使用加注装置进行加注。加注装置为现有技术。
14.作为优选，第一泥状填料与旋转轴接触的接触面的轴向长度大于第二泥状填料与旋转轴接触的接触面的轴向长度。第一泥状填料与旋转轴接触的接触面的轴向长度越大，旋转轴的转动阻力越小。在保证密封效果的前提下，可以尽量增加第一泥状填料与旋转轴接触的接触面的轴向长度。
15.作为优选，其泥状填料的填充方法包括如下步骤：
16.a1，将内侧端的端环从填料函的外侧端开口置入填料函内；
17.b1，将预制成环形的第二泥状填料从填料函的外侧端开口置入填料函内；
18.c1，将预制成环形的第一泥状填料从填料函的外侧端开口置入填料函内；
19.d1，重复步骤b1；
20.e1，将内侧端的端环从填料函的外侧端开口置入填料函内；
21.f1，以填料压盖封闭填料函的外侧端开口，并施加轴向预紧力。对于上述结构，本方案给出了如何将不同流动性泥状填料分层填充进填料函内的方式。可以充分利用泥状填料的可塑性，将每一层泥状填料根据填料函的尺寸预先成型成合适的环形，然后将内侧端的端环、环形的第二泥状填料、环形的第一泥状填料、环形的第二泥状填料、外侧端的端环依次放入填料函内，使这5个结构在填料函内分别预定位，然后以填料压盖封闭填料函的外侧端开口，最后通过螺纹紧固等方式对填料压盖施加向填料函内侧方向的预紧力，以保持填料函内泥状填料的适当压力。本领域技术人员可根据密封对象的压力、泥状填料的流动性、工作环境客观条件等因素调整预紧力的大小。本方法的优势是填充速度快，效率高。
22.作为优选，填料函的侧壁中部设有填料加注孔。填料加注孔开设于填料函的侧壁中部，作用有二，一是在初始安装时可以通过填料加注孔向填料函内加注泥状填料，二是在后期使用时通过填料加注孔调节填料函内泥状填料的压力，以适应不同的工作环境和不同的密封要求。对于连续使用的设备装置而言，本方案无需停机拆解密封结构即可进行调节，尤其具有积极意义。填料加注孔配设有孔塞等封闭结构，当加注完毕后，可以用孔塞将填料加注孔封闭。
23.作为优选，针对设置有填料加注孔的复合型泥状填料密封结构而言，其泥状填料的填充方法包括如下步骤：
24.a2，将内侧端的端环从填料函的外侧端开口置入填料函内；
25.b2，转动旋转轴，同时通过填料加注孔将第二泥状填料注入填料函内，使第二泥状填料形成位于旋转轴中部的圆筒型；
26.c2，持续转动旋转轴，同时通过填料加注孔将第一泥状填料注入填料函内，将填料函内的第二泥状填料在轴向上一分为二，并将两部分的第二泥状填料持续向两端挤；
27.d2，当填料函被泥状填料填满后，停止第一泥状填料的加注；
28.e2，封闭填料加注孔，以填料压盖封闭填料函的外侧端开口，并施加轴向预紧力。对于设置有填料加注孔的结构，本方案也给出了如何将不同流动性泥状填料分层填充进填料函内的方式。先将内侧端的端环放入填料函的内侧端，然后通过填料加注孔先向填料函内注入第二泥状填料，边加注边转动旋转轴，利用泥状填料固有的表面张力，使第二泥状填料在填料函内形成一个内侧裹握旋转轴、外侧紧贴填料函内侧壁的环形结构，填料加注孔
的开口就位于该环形结构的轴向中部。之后再继续将第一泥状填料通过填料加注孔注入填料函，注入的同时依然需要转动旋转轴。由于填料加注孔内侧端开口于第二泥状填料形成的环形结构中，因此第一泥状填料的注入动作使第二泥状填料在周向上被割开，并随着注入的第一泥状填料越来越多，第二泥状填料被分为两部分，分别被挤向轴向的两端。随着第一泥状填料的不断注入，中间的第一泥状填料体积越来越大，两端的第二泥状填料不断向端部平移，直至填料函被填充满。最后封闭填料加注孔，然后以填料压盖封闭填料函的外侧端开口，并施加预设的轴向预紧力即可。本方法的优势是第一泥状填料和第二泥状填料为无间隙安装，填充效果好。
29.本实用新型的有益效果是：在保持良好的密封效果的前提下，既不会出现泥状填料易挤出、易损耗的问题，又能保持旋转轴在较小的转动阻力下转动。
附图说明
30.图1是本实用新型的实施例1的结构示意图；
31.图2是本实用新型的实施例2的结构示意图；
32.图3是一种端环的剖面示意图；
33.图4是另一种端环的剖面示意图。
34.图中：1旋转轴，2填料函，21填料加注孔，3填料压盖，4紧固螺栓，5端环，51弹簧，52o形密封圈，53弹性空腔，61第一泥状填料，62第二泥状填料。
具体实施方式
35.为使本实用新型技术方案实施例目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施例的技术方案进行清楚地解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，而不是全部实施例。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
36.实施例1：如图1所示，一种复合型泥状填料密封结构，包括旋转轴1，旋转轴1外套设有填料函2，填料函2内的左端为内侧端，内侧端仅保留供旋转轴通过的通孔，右端为外侧端，外侧端为开放端。填料函2的内侧端紧贴的安装有端环5，外侧端也安装有端环5，端环5的截面尺寸与填料函2的截面尺寸相当。内、外两个端环5之间填充有泥状填料，外侧的端环5右侧以填料压盖3封闭，并通过紧固螺栓4实现紧固。
37.填料函2内填充的泥状填料按照流动性区分为2类，流动性强的第一泥状填料61位于中部，流动性弱的第二泥状填料62分别紧贴的设于第一泥状填料61的内、外端，因此填料函2内从左到右依次排列为：端环5、第二泥状填料62、第一泥状填料61、第二泥状填料62、端环5。其中，第一泥状填料61与旋转轴1接触的接触面的轴向长度大于第二泥状填料62与旋转轴1接触的接触面的轴向长度。
38.本例中，端环5的材质为含5%导热石墨的聚四氟乙烯，并内嵌设有可沿径向伸缩的弹簧51，端环5的外侧面上设有o型圈安装槽，o型圈安装槽内嵌设有o形密封圈52。具体可参见中国专利文献cn201531600u中给出的具体结构。内侧端端环5的弹簧51开口向左，外侧端端环5的弹簧51开口向右。端环5的具体结构参见图3。
39.本例的复合型泥状填料密封结构，其泥状填料的填充方法包括如下步骤：
40.a1，将内侧端的端环5从填料函2的外侧端开口置入填料函2内；
41.b1，将预制成环形的第二泥状填料62从填料函2的外侧端开口置入填料函2内；
42.c1，将预制成环形的第一泥状填料61从填料函2的外侧端开口置入填料函2内；
43.d1，重复步骤b1；
44.e1，将外侧端的端环5从填料函2的外侧端开口置入填料函2内；
45.f1，以填料压盖3封闭填料函2的外侧端开口，并通过紧固螺栓4施加轴向预紧力。
46.实施例2：如图2所示，为另一种复合型泥状填料密封结构，在填料函2的侧壁中部设有填料加注孔21，填料加注孔21配设有封盖。
47.本例中，端环5的结构如图4所示，截面内设有密封的弹性空腔53，弹性空腔53的数量为上下布置的2个，形状为倒置的v字形，v字形的中轴线沿端环5的轴向延伸。弹性空腔53上下腔面之间的间距，在v字形的上端大，在v字形的下端小。
48.余同实施例1。
49.本例的复合型泥状填料密封结构，其泥状填料的填充方法包括如下步骤：
50.a2，将内侧端的端环5从填料函2的外侧端开口置入填料函2内；
51.b2，转动旋转轴1，同时通过填料加注孔2）将第二泥状填料62注入填料函2内，使第二泥状填料62形成位于旋转轴1中部的圆筒型，内侧壁裹握旋转轴1，外侧壁紧贴填料函2内壁；
52.c2，持续转动旋转轴1，同时通过填料加注孔21将第一泥状填料61注入填料函2内，将填料函2内的第二泥状填料62在轴向上一分为二，并将两部分的第二泥状填料62持续向两端挤；
53.d2，当填料函2内被泥状填料填满后，停止第一泥状填料61的加注；
54.e2，使用封盖封闭填料加注孔21，以填料压盖3封闭填料函2的外侧端开口，并通过紧固螺栓4施加轴向预紧力。
55.本例的复合型泥状填料密封结构，在使用一段时间后，可以打开填料加注孔21，注入适量的第一泥状填料61，即可补偿日常使用时泥状填料的磨损。也可以在工况、密封要求发生显著改变时，抽取或加注第一泥状填料61，以调节密封效果。