机械密封

机械密封机械密封的发展最早在19世纪末期出现机械密封的雏形，机构相当简单，仅由一个橡胶弹性体和一个金属（壳体）相摩擦。二战时期，美国开始在化工流程泵上使用机械密封，二战后随着石油化工业的迅猛发展，西方国家炼油行业的流程泵80%采用机械密封。我国在50年代末期，开始进行机械密封研究，至70年代形成了国标JB1427标准的机械密封。机械密封定义机械密封是一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装置，主要依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而实现密封的，又叫做端面机械密封或端面密封。机械密封原理在旋转设备中，机械密封件是用来阻止介质沿其旋转轴与壳体之间的缝隙泄漏的装置。机械密封至少有一对垂直于旋转轴线且端面互相贴合的密封环（一个在轴上，一个在机壳）。相对静止的辅助密封件。产生使密封环端面相贴合的作用力的弹性元件（或磁性元件）以及其他传动部件所组成。其密封作用的是在外力作用下，两个互相贴合并相对滑动的密封环端面，端面密封。机械密封的组成端面密封：动环、静环——摩擦副；缓冲补偿机构：由弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等）构成——使贴合；辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各种形式（如O型圈、V型圈、楔形圈等）；传动机构：使动环随轴旋转。机封主要泄漏途径泄漏点1——摩擦端面泄漏点、依靠弹力和介质压力保持贴合。泄漏点2——补偿密封圈，密封圈与轴或轴套之间有微动。泄漏点3——非补偿环密封圈，静密封点。泄漏点4——压盖与腔体间的密封圈，静密封点。机械密封辅助设施通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却和润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄漏量，延长使用寿命。应当把它看作机械密封的组成部分。机械密封的优点1、密封性好，泄漏量一般在3-5ml/h以下；2、工作寿命长，清洁介质可达7000h以上；3、工作时不需经常调整，使用方便；4、轴功率的耗小，一般为填料的10%-50%；5、轴和轴套不磨损；6、对旋转轴的轻微摆动不敏感，耐振动性强；7、使用范围广，适用高温、低温、腐蚀等工况；机械密封的缺点1、结构复杂2、加工要求高3、需要一定的安装技术4、价格较高等按使用条件分类高速密封（线速度25～100m/s）和普通密封小于25m/s高压（3Mpa-15Mpa)和低压密封小于1Mpa高温（大于150℃）、中温（80℃—150度℃）常温（-20℃—80℃)和低温密封（小于-20℃）泵用、釜用和压缩机用密封耐腐蚀、抗颗粒机械密封按结构分类多弹簧、单弹簧密封旋转式、静止式密封——补偿机构（弹性元件）是否随轴旋转。外装式、内装式密封——静环装在压盖外侧、内侧。外流式、内流式密封多弹簧和单弹簧机械密封多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不均匀）不宜用于高转速的场合。旋转式和静止式机械密封内装式和外装式机械密封内流式和外流式机械密封内流式：泄漏方向朝向轴心。（一般密封都采用这种结构）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大，只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用）一般和内装式、外装式一致平衡型和非平衡型机封介质作用于单位密封面上的轴向压紧力小于密封室内介质压力的密封为部分平衡型密封；介质作用于密封面上的轴向压紧力大于或等于密封室内介质压力的密封为非平衡型机封。前者密封端面上所受的作用力随介质压力的升高而变化较小，故适用于高压密封；后者密封端面所受的作用力随介质压力的变化较大，故适用于低压密封。机封类型简图a)内装式b)外装式c)内流式d)外流式e)旋转式f)静止式g)非平衡式h)平衡式i)单弹簧式双端面机械密封两套密封面对面或背对背安装在一起。用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。两套密封之间形成一个密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、润滑、冷却。串联式机械密封两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低。用于高压场合。波纹管机械密封去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处，补偿环追随性提高.避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。金属波纹管用于高温介质。聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。集装式机械密封将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。安装方便，排除了安装不良的影响。集装式机械密封摩擦副密封环的要求摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本要求：•足够的强度和刚度。•端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。•耐热冲击力。•较小的摩擦系数，良好的自润滑性。•易加工，材料成本低。摩擦副匹配要考虑的因素一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高时才选用硬对硬。尽量采用内装、内流式结构，防止机械杂质进入密封端面，减少泄漏量。选导热性良好材料作动环。环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度。动环和轴（轴套）间隙0.4~0.6以利补偿；静环和轴（轴套）间隙1~3mm以免摩擦。常用密封端面材料硬质合金工程陶瓷（氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷）浸渍石墨表面硬化材料硬面密封材料软面密封材料辅助密封圈机械密封的辅助密封圈是指动环、静环的密封圈；按截面形状分：O型圈、矩型圈、V型圈、楔型圈、包四氟O型圈等；作用：1）保证密封，2）补偿密封面的偏斜震动，保证端面紧密贴合并具有浮动性；性能参数：1）温度范围；2）硬度范围；3）抗拉强度；4）延伸率；5）回弹率；6）压缩永久变形。常用的辅助密封材料及性能丁腈橡胶：耐油、耐老化、耐碱、使用温度——30~100℃乙丙橡胶：耐放射性、耐碱和溶剂、使用温度——50~150℃氟橡胶：耐油、耐热、耐腐蚀、使用温度——20~200℃硅橡胶：耐寒、耐热、使用温度——60~230℃纯聚四氟乙烯全氟醚橡胶：具有极其优异的耐化学腐蚀性及耐热性能、使用温度——327℃密封环端面发热机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧，且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。热量不能及时导出，会引起端面温度过高，导致密封环的热裂、变形等。合理的方法就是强化冷却。闭路自冲洗将密封介质从系统中高于密封腔压力处引出，通过接管引入密封腔，对于密封介质的温度高或含有固体颗粒的场合，可以在管路上设置冷却器或者过滤器，使进入密封腔内的介质净化并降低温度。反向自冲洗将密封腔内的介质引入主机低压侧，使介质通过密封腔进行自循环带走热量，这种方法适用于密封腔压力与主机工作压力比较接近的场合。贯通自冲洗将介质从高压侧引出，流经密封腔进行冲洗后流回主机吸入侧，这种冲洗冷却效果优于前两种。内冲洗利用其他压力源将冲洗冷却液注入密封腔内。冲洗液应为低温、清洁液体，并且少量内漏与密封介质相混，冲洗液压力应该比密封介质压0.05~0.1Mpa。对于高温或含固体颗粒的介质，效果较好。局部循环冲洗在密封腔内的一段轴上装上小型动力元件，使密封腔内介质进行局部循环，或在旋转环外周开槽同样能达到泵送作用。静环背部冷却从静环背部将清水、油等冷却液直接引入密封环内表面，又称为急冷法、外冲洗法。冷却效果好，但冷却水硬度高时产生的无机水垢在轴上沉积，会影响动环密封圈的浮动性，引起密封失效。机械密封的性能指标泄漏量和使用寿命影响机械密封指标的五个环节：1）设计2）制造3）安装4）使用5）维护机械密封安装前的准备工作安装机械密封设备精度检查机械密封安装顺序及要求机械密封启动前的准备工作启动前，冷却及润滑系统是否安装正确，有无堵塞;清洗物料管道，以防铁锈、杂质进入密封腔内；进行静压试验，试验压力等于工作压力，检查有无泄漏；用手盘动联轴器，检查轴是否轻松旋转。机械密封试运转将封液系统、冷却系统启动，保证密封腔内充满介质，然后可以启动主密封进行试运转。若出现轻微泄漏现象，经过1-3小时后减少，属于端面正常磨合过程，若泄漏始终不减，则停车检查。若机封发热严重甚至冒烟现象，一般为弹簧比压过大，调整弹簧压力。机械密封正常运转机械密封试运转合格后即可转入操作条件下的正常运转，即升温升压运转。注意过程中的变化：机件有无碰撞、摩擦发热是否过快及密封圈和端面处的泄漏等。若一切正常，即可正式投入生产运行。机械密封维修中的几个误区1、弹簧压缩量越大密封效果越好。2、动环密封圈越紧越好。3、静环密封圈越紧越好。4、叶轮锁母越紧越好。5、新的比旧的好。6、拆修总比不拆好。机械密封的维护使用维持液膜的稳定性维持冷却系统的效能机械密封泄漏常见的原因及处理措施故障现象发生原因处理措施机械密封发生振动、发热、泄出、磨损端面宽度过大减小端面宽度、降低弹簧压力端面比压过大降低端面比压动静环面粗糙提高端面光洁度摩擦副配对不当更换动静环、合理配对冷却效果不好、润滑恶化加强冷却措施、改善润滑条件端面耐腐蚀、耐高温不良更换耐腐蚀、耐高温的动静环间歇性泄漏转子轴向窜动量太大、动环来不及补偿位移调整轴向窜动量泵本身操作不平稳、压力变动稳定泵的操作压力机械密封泄漏常见的原因及处理措施故障现象发生原因处理措施经常性泄漏泵轴振动严重停车检修，解决轴的窜动问题密封定位不准、摩擦副未贴紧调整定位摩擦表面损伤或摩擦面不平更换或研磨摩擦面密封圈与动环未贴紧检查或更换密封面弹簧力不够或弹簧力偏心调整或更换弹簧端盖固定不正、产生偏移调整端盖紧固螺钉与轴垂直严重泄漏摩擦副损坏断裂检查更换动、静环固定环发生转动更换密封圈固定静环动环不能沿轴向浮动检查弹簧力和止推环是否卡住弹簧断掉换弹簧防转销断掉或失去作用换防转销机械密封泄漏常见的原因及处理措施故障现象发生原因处理措施停用后重新开动时泄漏摩擦面有结焦或水垢产生清洗密封件弹簧间有结晶或固体粒子-动环或止推环卡住-摩擦副表面磨损过快弹簧力过大端面比压过大更换弹簧密封介质不清洁加过滤装置弹簧压缩量过大调整弹簧