傳統(tǒng)填料函的密封結(jié)構(gòu)由填料裝于填料函內(nèi)，通過填料壓蓋將填料壓在軸的表面。【旋轉(zhuǎn)運動】由于軸表面總有些粗糙，其與填料只能是部分貼合，而部分未接觸，形成無數(shù)迷宮。當(dāng)帶壓介質(zhì)通過軸表面時，介質(zhì)被多次節(jié)流，憑借這“迷官效應(yīng)”而達(dá)到密封。填料與軸表面的貼合、摩擦，類似滑動軸承，故應(yīng)有足夠的液體進(jìn)行潤滑，以保證密封有一定的壽命，即所謂的“軸承效應(yīng)”。由此可見，對于旋轉(zhuǎn)運動的密封，良好的填料密封，即是迷宮效應(yīng)和軸承效應(yīng)的綜合。
【往復(fù)運動】當(dāng)軸作往復(fù)運動時，填料受到周期性的脈沖壓力，顯然受力狀況與回轉(zhuǎn)軸不同，當(dāng)軸運動方向與壓蓋壓緊力方向一致，內(nèi)端填料壓緊力增加，填料受壓縮，外端填料壓緊力減小，即填料膨脹。該填料吸收介質(zhì)，并充滿其空隙。填料在軸向壓緊力分布變得均勻。當(dāng)軸運動方向與壓蓋壓緊力方向相反時，內(nèi)端填料壓緊力減小(膨脹)，外端填料壓緊力增加(壓縮)，填料內(nèi)已吸入的介質(zhì)被擠壓而泄漏。由受力分析可知，對于往復(fù)運動的密封，要求填料組織致密或進(jìn)行預(yù)壓縮，以提高密封性能。
對于介質(zhì)泄漏要求較高的工況，通常選擇【雙填料函結(jié)構(gòu)】，其由兩個填料函組成的結(jié)構(gòu)，兩箱體之間可以引入封液沖洗液，進(jìn)行液封、冷卻、潤滑，也可搜集泄漏液， 對于易燃、易爆、有毒、高壓氣體、液體適用，在雙填料函結(jié)構(gòu)中，可通過主、副填料之間的泄漏量來判斷主填料是否需要壓緊。
下面以高壓柱塞泵的填料函設(shè)計為例來說明填料函的結(jié)構(gòu)設(shè)計。高壓往復(fù)柱塞泵是沸騰床加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，其壓力高，介質(zhì)腐蝕性強，還帶有結(jié)焦物，要解決密封問題除了采用新型的編織填料之外，在高壓柱塞泵填料函結(jié)構(gòu)設(shè)計上還應(yīng)注意下面幾點：
(1)采取降低壓力結(jié)構(gòu)。由于高壓往復(fù)柱塞泵壓力高，壓力循環(huán)變化及沖擊較大，給填料密封帶來很多問題。為降低介質(zhì)壓力以減輕對填料的負(fù)荷，可在填料前端設(shè)置一強度較高的節(jié)流環(huán)即導(dǎo)向環(huán)(導(dǎo)向環(huán)的材質(zhì)對密封性能有十分重要的影響，浸漬樹脂碳一石墨是導(dǎo)向環(huán)較為理想的材料)以節(jié)流降壓，控制泄漏量，減少介質(zhì)壓力對填料的沖擊，保護填料。壓力降與環(huán)軸之間的間隙立方成反比，泄漏量與環(huán)軸之間的間隙立方成正比，即間隙越小，壓降越大，泄漏量越低。因此節(jié)流環(huán)與軸之間的間隙應(yīng)盡可能地小，一般取(1.4‰~1.7‰)d，也可在環(huán)內(nèi)孔開迷宮槽。
(2)減輕柱塞重量。由于柱塞是個單支點的懸臂梁，軸的一部分重量由填料來承受，因此填料下部磨損嚴(yán)重而使軸偏心，從而大大增加泄漏量。一般在填料的前后端均設(shè)置主、副導(dǎo)向環(huán)，以承受軸的重量，而對于大直徑的柱塞最有效的辦法采用空心柱塞，即把柱塞前端鉆空用絲扣堵頭封定，然后用超低碳型焊條封焊，或用高壓管焊接。據(jù)報道，采用空心柱塞后，填料密封的使用壽命將提高1倍。
注1：SH/T 3141-2017《石油化工往復(fù)泵工程技術(shù)規(guī)范》第5.7.2.3條規(guī)定：除非得到買方同意，不應(yīng)采用空心的活塞或柱塞。
注2：GB/T 34391-2017《石油、石化和天然氣工業(yè)用往復(fù)泵》第6.7.2.4條規(guī)定：空心活塞或柱塞的全部內(nèi)腔應(yīng)保持常開。
(3)設(shè)置隔環(huán)。隔環(huán)除可阻止介質(zhì)從填料中滲漏外，并可使壓蓋的壓緊力均勻地傳遞給各填料。使用中，由于壓緊力的作用，使隔環(huán)內(nèi)徑變小，當(dāng)與柱塞直徑直接近時，即可獲得密封效果。在高壓往復(fù)泵中采取隔環(huán)的效果更為明顯。其材質(zhì)有尼龍、聚四氟乙烯。
來源：加氫設(shè)備工程師
