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传统填料函的密封结构由填料装于填料函内，通过填料压盖将填料压在轴的表面。【旋转运动】由于轴表面总有些粗糙，其与填料只能是部分贴合，而部分未接触，形成无数迷宫。当带压介质通过轴表面时，介质被多次节流，凭借这“迷官效应”而达到密封。填料与轴表面的贴合、摩擦，类似滑动轴承，故应有足够的液体进行润滑，以保证密封有一定的寿命，即所谓的“轴承效应”。由此可见，对于旋转运动的密封，良好的填料密封，即是迷宫效应和轴承效应的综合。
【往复运动】当轴作往复运动时，填料受到周期性的脉冲压力，显然受力状况与回转轴不同，当轴运动方向与压盖压紧力方向一致，内端填料压紧力增加，填料受压缩，外端填料压紧力减小，即填料膨胀。该填料吸收介质，并充满其空隙。填料在轴向压紧力分布变得均匀。当轴运动方向与压盖压紧力方向相反时，内端填料压紧力减小(膨胀)，外端填料压紧力增加(压缩)，填料内已吸入的介质被挤压而泄漏。由受力分析可知，对于往复运动的密封，要求填料组织致密或进行预压缩，以提高密封性能。
对于介质泄漏要求较高的工况，通常选择【双填料函结构】，其由两个填料函组成的结构，两箱体之间可以引入封液冲洗液，进行液封、冷却、润滑，也可搜集泄漏液， 对于易燃、易爆、有毒、高压气体、液体适用，在双填料函结构中，可通过主、副填料之间的泄漏量来判断主填料是否需要压紧。
下面以高压柱塞泵的填料函设计为例来说明填料函的结构设计。高压往复柱塞泵是沸腾床加氢装置的关键设备之一，其压力高，介质腐蚀性强，还带有结焦物，要解决密封问题除了采用新型的编织填料之外，在高压柱塞泵填料函结构设计上还应注意下面几点：
(1)采取降低压力结构。由于高压往复柱塞泵压力高，压力循环变化及冲击较大，给填料密封带来很多问题。为降低介质压力以减轻对填料的负荷，可在填料前端设置一强度较高的节流环即导向环(导向环的材质对密封性能有十分重要的影响，浸渍树脂碳一石墨是导向环较为理想的材料)以节流降压，控制泄漏量，减少介质压力对填料的冲击，保护填料。压力降与环轴之间的间隙立方成反比，泄漏量与环轴之间的间隙立方成正比，即间隙越小，压降越大，泄漏量越低。因此节流环与轴之间的间隙应尽可能地小，一般取(1.4‰~1.7‰)d，也可在环内孔开迷宫槽。
(2)减轻柱塞重量。由于柱塞是个单支点的悬臂梁，轴的一部分重量由填料来承受，因此填料下部磨损严重而使轴偏心，从而大大增加泄漏量。一般在填料的前后端均设置主、副导向环，以承受轴的重量，而对于大直径的柱塞最有效的办法采用空心柱塞，即把柱塞前端钻空用丝扣堵头封定，然后用超低碳型焊条封焊，或用高压管焊接。据报道，采用空心柱塞后，填料密封的使用寿命将提高1倍。
注1：SH/T 3141-2017《石油化工往复泵工程技术规范》第5.7.2.3条规定：除非得到买方同意，不应采用空心的活塞或柱塞。
注2：GB/T 34391-2017《石油、石化和天然气工业用往复泵》第6.7.2.4条规定：空心活塞或柱塞的全部内腔应保持常开。
(3)设置隔环。隔环除可阻止介质从填料中渗漏外，并可使压盖的压紧力均匀地传递给各填料。使用中，由于压紧力的作用，使隔环内径变小，当与柱塞直径直接近时，即可获得密封效果。在高压往复泵中采取隔环的效果更为明显。其材质有尼龙、聚四氟乙烯。
来源：加氢设备工程师
