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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(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各類泵、攪拌機(jī)、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(jìn)步，高參數(shù)工況成為主流，傳統(tǒng)的填料密封難以達(dá)到需要的密封要求，而機(jī)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。
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(dá)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(yùn)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(kuò)張形變，通過改變填料密封的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)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。
自適應(yīng)回彈填料密封結(jié)構(gòu)，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(jìn)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(dá)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，杭州那泰有限元分析公司重點(diǎn)對自適應(yīng)回彈填料密封的受力進(jìn)行有限元分析。
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(jìn)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(qiáng)了密封效果。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。
石墨填料彈性模量為1.3×109Pa，泊松比為0.49；軸采用45鋼，腔體為鑄鐵，開口環(huán)為65Mn彈簧鋼，三者為彈性模量為2×1011Pa，泊松比為0.3，石墨填料與腔體、軸和開口環(huán)的摩擦系數(shù)為0.15。面接觸使用接觸向?qū)В佑|單元和目標(biāo)單元自動生成，一共5對接觸面。
自適應(yīng)回彈填料密封為軸對稱結(jié)構(gòu)，采用軸對稱有限元分析法，分析填料沿徑向的應(yīng)力分布狀況。自適應(yīng)回彈填料密封有限元分析以石墨填料圈和開口環(huán)及之間的接觸面分析為主，所以僅建立軸、腔體的局部模型。自適應(yīng)回彈填料密封軸對稱模型取其中一個密封圈進(jìn)行分析，直接施加均布力于密封圈與壓蓋的接觸面上。
對軸進(jìn)行軸向約束，腔體全約束，施加均布載荷于密封圈與壓蓋的接觸面上。在沒有開口環(huán)的情況下，施加10MPa的力，通過有限元分析，得到的曲線，這和傳統(tǒng)密封理論相符。
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