乳化液泵站填料密封试验分析

　　填料密封在高压液流冲击、 柱塞往复运动摩擦等引起的周期性交变载荷作用下，使填料密封材质产生较快的磨耗， 致使填料密封使用寿命大大缩短，造成停车更换等生产事故，因填料密封泄漏造成停泵检修的次数占各种原因停泵次数的38%，因此，对乳化液泵站高压填料密封失效分析研究尤为重要。笔者结合北京天地玛珂电液控制系统有限公司在630 L/min、 40MPa高端乳化液泵站研制重点项目过程中填料密封井下工业试验的测试情况，分析了填料密封寿命的直接影响因素，并提出相应的优化改善措施，可延长其使用寿命。

　　为了保证乳化液泵站的样机井下工业性试验的可行性，选用3种填料密封进行测试对比，3种填料密封尺寸见表1。

　　3种盘根的安装厚度均由填料箱中安装槽的深度和预压缩量来确定，内外径尺寸由柱塞直径和填料密封的横截面确定，A 型和 B 型材质为具有自润滑的石墨芳纶角线 PTFE材质，C型材质为石蜡浸泡过的的芳纶角线 PTFE材质，3种型号的填料均为单段长密封，按柱塞直径叠压为3层，导向套与柱塞均选用同一加工批次配套，以保证其配合间隙。

　　填料密封试验结果

　　该乳化液泵站样机工业性试验的工作面介质为比例1∶9的乳化油和水的混合物, 执行液压支架用乳化油、浓缩液及高含水液压标准(MT76-2011) 行业标准配比，介质压力为40 MPa, 流量为630L/Min，介质温度为 25℃ ~45℃，柱塞往复速度为2.4m/s;工作面煤尘较大，工作环境恶劣，经测试填料密封A型在1000h左右出现泄漏，B型在480h出现泄漏，C型在720h左右出现泄漏，经过拆解发现分别与A、B、C三者配合的柱塞表面和导向套均出现不同程度的拉伤磨损，靠近压块一侧的填料周向出现磨损断线挤出毛边的失效状态，且用石蜡处理过的 C 型填料所配套柱塞拉伤较其它两种更严重，其失效状态如图2、 图3和4所示。

　　填料密封机理分析

　　整体分析该填料密封结构属于径向式密封，填料依靠固定压块产生轴向压紧力，将轴向力转变为径向力，使填料产生变形而紧贴在柱塞面上, 从而产生径向密封的效果。从微观上看，柱塞表面由于加工制造产生的表面微凸体使柱塞表面与填料只能部分贴合, 未接触的凹部形成小沟槽，有较厚的液膜，当柱塞与填料有相对运动时, 接触部分与非接触部分形成了无数微小的相当不规则的“迷宫”，造成高压流体的节流减压，依靠这种“迷宫效应”达到密封。柱塞做往复运动时，填料同柱塞表面间的相对运动类似滑动轴承, 为了避免干摩擦和局部高温，填料材料本身的自润滑性并通过填料箱结构设计实现将低压液引至填料密封处润滑，而柱塞通过往复运动可在阀体中快速冷却，由此保证了填料与柱塞表面间有足够的润滑和冷却，延长填料密封的使用寿命 。所以，本项目乳化液泵填料密封结构的机理可认为是“迷宫效应”与“轴承效应”的综合作用。

　　从3者失效表面对比分析可以看出，A 型和 C型属于截面形状规则的正方形填料密封，较其 B型截面为矩形形状，相同层数下 A 型和 C 型与柱塞的径向密封面积更大，“迷宫效应”和 “轴承效应”综合作用更明显，在预紧力一致的条件下，表现出更高的使用寿命，但 A 型材质采用石墨自润滑， C型采用石蜡浸泡形成的密封表层容易硬化，回弹率低，导致与其配合的柱塞表面更易拉伤，造成润滑失效，从而加剧填料径向方向材质的磨损，这样在交互磨损状态下，大大降低了填料和柱塞的使用寿命。

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