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摘要：本文就使用盘根填料与密封材料在9FR（A）型系列熔炼设备上先后应用情况，简单从原理、各自优缺点等进行了总结比较。鉴于注入式软填料在实际应用中取得良好效果，是替代盘根的一种比较理想的密封材料。
关键词：盘根；注入式软填料；应用
中图分类号： X713 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.21.009
9FR（A）型系列熔炼设备是利用畜禽屠宰企业废弃的羽毛、蹄角等由角蛋白构成的废弃物，加工生产饲料蛋白产品的设备。主设备蒸煮罐为特种设备——带夹层和通气转子的符合GB150-1998《钢制压力容器》标准的压力容器设备（如图1）。
该设备采用了高温高压水解法，通过向蒸煮罐间接通入蒸汽，在一定压力和温度下，物料经过一段时间在蒸煮罐内水解，彻底破坏角蛋白质稳定的空间结构，水解成块状蛋白质凝胶，粉碎烘干后，变成畜禽可消化吸收的蛋白。在同一设备内可完成对物料的水解——灭菌——粉碎——干燥等过程。
1填料（盘根）密封工作原理
由于其采用的加工方法和设备结构决定了设备的密封是实现工艺要求保证产品质量的关键。设备原来采用传统的盘根填料密封结构如图1-1（a）所示。填料密封由填料2装于填料盒1内，通过填料压盖3将填料压紧在轴的表面。 盘根填料是弹塑性体，这种填料密封形式，是凭借“迷宫效应”和“滑动轴承效应”的综合。对此两种效应的原理在此不再阐述。
通过对填料盒内填料受力分析，有助于了解这种密封的特点。拧紧压盖螺栓产生填料对轴的压紧力。当填料受到轴向压紧后，由于产生形变产生沿轴向和径向受力变化。压紧力由于摩擦力沿轴向逐渐减少；同时，所产生的径向压力使填料紧贴于轴表面从而阻止介质外漏。径向压紧力的分布如图1-1（b）所示，其由外端（压盖）向内端，先是急剧递减后趋平缓，介质压力的分布如图1-1（c）所示，由内端逐渐向外端递减。理论上当外端介质压力为零时，则没有泄漏，大于零时有泄漏。
2填料（盘根）密封使用中的问题
填料密封在安装盘根及使用中需要涂抹或注入一定的润滑脂，填料压盖螺栓保证松紧适度，在设备升温升压及保压水解阶段，应达到无液气泄漏的效果。也就是说，传统的填料有一定的泄漏，需要操作工人在设备上不间断的巡视，发现有液气泄漏需要及时压紧填料压盖。设备一般采用石墨盘根。生产过程中有时会出现设备刚开始运行时轴密封状况良好，但用不了多久，便出现频繁出现泄漏，频繁调整压盖，有时工作不到6～8小时，填料就已磨损至压紧压盖也无法密封的状况；严重时还会出现轴套干磨的状况，并且填料更换不便，需停气停机维修，造成损失较大。
通过分析总结，使用盘根密封的突出特点是价格廉、安装易、维护简，同时也存在很多问题：自动补偿能力差，为避免出现泄漏，需要经常紧固调整；由于摩擦阻力大，盘根自身的磨损较快，需要经常更换；轴表面的磨损严重，散热性差；因摩擦而引起的功率损耗比较严重；对轴的振动和偏摆比较敏感，经常因振动等原因导致泄漏；各类设备所需的盘根种类和规格不一，库存量较大。
3新型填料（注入式软填料）密封的原理
注入式软填料在国内应用出现在21世纪初，是一种黑色胶状物，并且无规格限制。它由PTFE（聚四氟乙烯）、KEVLAR纤维、高纯的石墨、有机密封剂等材料按比例组成。运行过程中，注入式软填料会粘住内侧轴的外表面和外侧的填料盒内壁。与盘根填料相比，相对运动出现在填料内部，会发生低摩擦的内部层状剪切是注入式软填料的基本特性，摩擦产生在材料内部的“旋转层”与“静止层”，而不是轴杆的外表面和填料盒的内壁，可有效避免普通填料所产生的磨损问题，见图2。
注入式软填料具有以下特点：
密封效果好，选择适合型号的注入式软填料，在填料的许用范围内可实现完全无泄漏的效果；维护及安装都很简单，还可以进行不停机维护；填料与轴外表面和填料盒内表面无相对运动，对轴外表面和填料盒内表面无磨损；与普通盘根与轴的摩擦损耗相比，注入式软填料填料层间摩擦系数很小，节能；库存低，适用于各种轴径和密封腔。
4新型填料（注入式软填料）密封的改装及使用效果
根据注入式软填料的使用特点，需要对原有的填料盒进行简单的改造。在原填料盒壳体上部中点处，钻出Φ12毫米的小孔攻丝后装上注入式软填料的专用接头即完成改造 ，见图1-1（d）。
在填料盒的最里端先装入一圈石墨填料，之后在填料盒的最外端装入石墨填料，再安装好填料压盖。填料盒的中间腔体内用专用工具充满注入式软填料4的胶状物。此时编织环或石墨盘根所起作用主要为防止呈胶状物的注入式软填料4从填料盒的结构缝隙中挤出。
经过一段时间使用，对比传统盘根密封在以下方面取得明显效果：
维护工作量明显减少。盘根密封每天都需对盘根加以紧固调整，甚至要停机更换。而新型填料密封仅需偶尔维护，甚至在不停机时都可以进行维护。
密封性能良好。使用盘根密封每天都需要维护。改造后，经过一年多观察未发现明显泄漏。
改造前的9FR（A）5000型设备，在使用盘根密封时，水解工作电流达58～60安，而改用新型填料后，工作电流降低到50～52安，节电效果明显。
新型填料的工作原理决定了对轴实现真正的零磨损。对轴杆外表面严重磨损（但满足强度要求），已不适用盘根密封的情况，使用新型填料，设备可以正常使用。
盘根使用时，因磨损只能进行更换，而新型填料可重复使用，且备品为单一黑色胶泥状物体，可适用于各种轴径和密封腔以及大部分介质，相较使用盘根密封可大幅度降低库存。
5结语
注入式软填料密封，它相较于盘根密封具有密封性能好、维护保养方便、使用寿命长、节能降耗、维修成本低等优点，在9FR（A）型系列熔炼设备应用中取得良好效果，是替代盘根的一种比较理想的密封材料。
参考文献
[1]胡黄卿.软填料密封常用材料及其选择[J].机械研究与应用，2004，（01）.
[2]褚志勇，陈士军.软填料密封系统在循环水泵中的应用[J].冶金动力，2006，（04）.
作者简介：龙东海，本科学历，长春市农业机械研究院，正高级工程师，研究方向：农业机械及农业废弃资源综合利用。
关键词：盘根；注入式软填料；应用
中图分类号： X713 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2015.21.009
9FR（A）型系列熔炼设备是利用畜禽屠宰企业废弃的羽毛、蹄角等由角蛋白构成的废弃物，加工生产饲料蛋白产品的设备。主设备蒸煮罐为特种设备——带夹层和通气转子的符合GB150-1998《钢制压力容器》标准的压力容器设备（如图1）。
该设备采用了高温高压水解法，通过向蒸煮罐间接通入蒸汽，在一定压力和温度下，物料经过一段时间在蒸煮罐内水解，彻底破坏角蛋白质稳定的空间结构，水解成块状蛋白质凝胶，粉碎烘干后，变成畜禽可消化吸收的蛋白。在同一设备内可完成对物料的水解——灭菌——粉碎——干燥等过程。
1填料（盘根）密封工作原理
由于其采用的加工方法和设备结构决定了设备的密封是实现工艺要求保证产品质量的关键。设备原来采用传统的盘根填料密封结构如图1-1（a）所示。填料密封由填料2装于填料盒1内，通过填料压盖3将填料压紧在轴的表面。 盘根填料是弹塑性体，这种填料密封形式，是凭借“迷宫效应”和“滑动轴承效应”的综合。对此两种效应的原理在此不再阐述。
通过对填料盒内填料受力分析，有助于了解这种密封的特点。拧紧压盖螺栓产生填料对轴的压紧力。当填料受到轴向压紧后，由于产生形变产生沿轴向和径向受力变化。压紧力由于摩擦力沿轴向逐渐减少；同时，所产生的径向压力使填料紧贴于轴表面从而阻止介质外漏。径向压紧力的分布如图1-1（b）所示，其由外端（压盖）向内端，先是急剧递减后趋平缓，介质压力的分布如图1-1（c）所示，由内端逐渐向外端递减。理论上当外端介质压力为零时，则没有泄漏，大于零时有泄漏。
2填料（盘根）密封使用中的问题
填料密封在安装盘根及使用中需要涂抹或注入一定的润滑脂，填料压盖螺栓保证松紧适度，在设备升温升压及保压水解阶段，应达到无液气泄漏的效果。也就是说，传统的填料有一定的泄漏，需要操作工人在设备上不间断的巡视，发现有液气泄漏需要及时压紧填料压盖。设备一般采用石墨盘根。生产过程中有时会出现设备刚开始运行时轴密封状况良好，但用不了多久，便出现频繁出现泄漏，频繁调整压盖，有时工作不到6～8小时，填料就已磨损至压紧压盖也无法密封的状况；严重时还会出现轴套干磨的状况，并且填料更换不便，需停气停机维修，造成损失较大。
通过分析总结，使用盘根密封的突出特点是价格廉、安装易、维护简，同时也存在很多问题：自动补偿能力差，为避免出现泄漏，需要经常紧固调整；由于摩擦阻力大，盘根自身的磨损较快，需要经常更换；轴表面的磨损严重，散热性差；因摩擦而引起的功率损耗比较严重；对轴的振动和偏摆比较敏感，经常因振动等原因导致泄漏；各类设备所需的盘根种类和规格不一，库存量较大。
3新型填料（注入式软填料）密封的原理
注入式软填料在国内应用出现在21世纪初，是一种黑色胶状物，并且无规格限制。它由PTFE（聚四氟乙烯）、KEVLAR纤维、高纯的石墨、有机密封剂等材料按比例组成。运行过程中，注入式软填料会粘住内侧轴的外表面和外侧的填料盒内壁。与盘根填料相比，相对运动出现在填料内部，会发生低摩擦的内部层状剪切是注入式软填料的基本特性，摩擦产生在材料内部的“旋转层”与“静止层”，而不是轴杆的外表面和填料盒的内壁，可有效避免普通填料所产生的磨损问题，见图2。
注入式软填料具有以下特点：
密封效果好，选择适合型号的注入式软填料，在填料的许用范围内可实现完全无泄漏的效果；维护及安装都很简单，还可以进行不停机维护；填料与轴外表面和填料盒内表面无相对运动，对轴外表面和填料盒内表面无磨损；与普通盘根与轴的摩擦损耗相比，注入式软填料填料层间摩擦系数很小，节能；库存低，适用于各种轴径和密封腔。
4新型填料（注入式软填料）密封的改装及使用效果
根据注入式软填料的使用特点，需要对原有的填料盒进行简单的改造。在原填料盒壳体上部中点处，钻出Φ12毫米的小孔攻丝后装上注入式软填料的专用接头即完成改造 ，见图1-1（d）。
在填料盒的最里端先装入一圈石墨填料，之后在填料盒的最外端装入石墨填料，再安装好填料压盖。填料盒的中间腔体内用专用工具充满注入式软填料4的胶状物。此时编织环或石墨盘根所起作用主要为防止呈胶状物的注入式软填料4从填料盒的结构缝隙中挤出。
经过一段时间使用，对比传统盘根密封在以下方面取得明显效果：
维护工作量明显减少。盘根密封每天都需对盘根加以紧固调整，甚至要停机更换。而新型填料密封仅需偶尔维护，甚至在不停机时都可以进行维护。
密封性能良好。使用盘根密封每天都需要维护。改造后，经过一年多观察未发现明显泄漏。
改造前的9FR（A）5000型设备，在使用盘根密封时，水解工作电流达58～60安，而改用新型填料后，工作电流降低到50～52安，节电效果明显。
新型填料的工作原理决定了对轴实现真正的零磨损。对轴杆外表面严重磨损（但满足强度要求），已不适用盘根密封的情况，使用新型填料，设备可以正常使用。
盘根使用时，因磨损只能进行更换，而新型填料可重复使用，且备品为单一黑色胶泥状物体，可适用于各种轴径和密封腔以及大部分介质，相较使用盘根密封可大幅度降低库存。
5结语
注入式软填料密封，它相较于盘根密封具有密封性能好、维护保养方便、使用寿命长、节能降耗、维修成本低等优点，在9FR（A）型系列熔炼设备应用中取得良好效果，是替代盘根的一种比较理想的密封材料。
参考文献
[1]胡黄卿.软填料密封常用材料及其选择[J].机械研究与应用，2004，（01）.
[2]褚志勇，陈士军.软填料密封系统在循环水泵中的应用[J].冶金动力，2006，（04）.
作者简介：龙东海，本科学历，长春市农业机械研究院，正高级工程师，研究方向：农业机械及农业废弃资源综合利用。