2019/12/221机械密封基础知识讲座2019/12/222序言机械密封最早于1885年在英国发明并获得专利,首先获得应用是在20世纪20年代的冷冻机装置上,同时出现了研究和生产机械密封的专业公司(英国的Crane公司、德国的Pacific公司等)。我国在20世纪60年代才相继出现研究和生产机械密封的专业机构(天津克兰),目前已有四十年历史,在普通机械密封领域技术及产品日趋成熟,大部分地方已能替代进口产品,性能接近国外产品。目前国内具有规模的研究、生产厂家已有十余个,并在高参数密封及新技术方面取得一定突破。机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点,是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式,对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。2019/12/223目录一、机械密封原理二、机械密封的基本零件三、机械密封的计算四、机械密封用材料五、机械密封辅助系统六、机械密封性能的影响因素七、石化行业典型泵的密封八、机械密封的安装和使用九、机械密封故障分析十、补充内容2019/12/224(一)定义(二)组成(三)密封机理(四)辅助设施(五)机械密封的种类(六)旋转式和静止式机械密封(七)内装式和外装式机械密封(八)内流式和外流式机械密封(九)多弹簧和单弹簧机械密封(十)平衡型和非平衡型机械密封一、机械密封原理2019/12/225(十一)补偿机构形式(十二)双端面机械密封(十三)串联式机械密封(十四)波纹管机械密封(十五)集装式机械密封2019/12/226(一)对摩擦副密封环的要求(二)摩擦副匹配要考虑的因素(三)密封端面宽度(四)密封环的主要技术要求(五)摩擦副端面平面度检测(六)密封端面的粗糙度要求(七)动环(旋转环)(八)静环(不旋转)(九)密封环的种类(十)整体式密封环二、机械密封的基本零件2019/12/227(十一)组合式(十二)热装式密封环(十三)热装式密封环的过盈值选择(十四)辅助密封圈(十五)传动机构的作用(十六)静环防转方式(十七)机械密封的弹性元件(十八)波纹管种类(十九)焊接金属波纹管密封2019/12/228(一)补偿环的受力状况(二)密封端面中液膜反力的分布情况(三)液膜反力的计算(四)易汽化介质中密封端面间的液膜压力分布(五)膜压系数的影响因素(六)弹簧比压的计算(七)载荷系数K(八)端面比压(九)波纹管的有效作用直径de(十)PV值三、机械密封的计算2019/12/229(一)摩擦副材料要求(二)制造摩擦副的常用材料(三)碳石墨(四)硬质合金WC(五)SiC陶瓷(六)Al2O3陶瓷及其它陶瓷介绍(七)表面堆焊硬质合金(八)作摩擦副的金属材料(九)填充聚四氟乙烯(十)辅助密封圈材料要求四、机械密封用材料2019/12/2210(十一)合成橡胶(十二)柔性石墨(也称膨胀石墨)(十三)弹性元件材料(十四)机械密封中基体材料2019/12/2211(一)为什么机械密封要采用辅助系统(二)什么是辅助系统(三)自冲洗的形式(四)循环冲洗(五)注入式冲洗(六)冲洗液进入密封腔的方式(七)冲洗量的确定(八)冲洗量的控制(九)冲洗压力的确定(十)密封腔中的压力确定五、机械密封辅助系统2019/12/2212(十一)对冲洗流体的要求(十二)热油泵的冲洗液选择(十三)烷基化装置中浓硫酸的冲洗液的选择(十四)轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择(十五)机械密封的冷却方式(十六)辅助设施在何种工况下必须选用2019/12/2213(一)安装机封的泵的技术要求(二)安装密封前要了解泵及介质情况(三)机械密封的安装(四)泵的抽空和汽蚀六、机械密封的安装和使用2019/12/2214(一)摩擦痕迹大于端面宽度(二)摩擦痕迹小于端面宽度(三)硬环上无摩擦痕迹(四)石墨端面出现均匀的环状沟纹(五)石墨端面中间产生环状深沟(六)石墨内缘磨损(七)石墨环台阶过早全磨掉(八)石墨环外缘出现缺口(九)石墨环断裂(十)石墨环出现蚀坑七、机械密封故障分析2019/12/2215(十一)硬质合金表面灼伤和裂纹(十二)其它故障简介(十三)泵抽空密封失效现象(十四)密封腔中汽蚀,密封失效现象(十五)密封端面汽化的失效现象(十六)泵振动过大的失效现象(十七)没有冲洗的故障现象(十八)动环选材注意事项2019/12/2216(一)机械密封标准介绍(二)机械密封辅助系统(三)机械密封的安装(四)磁力密封介绍(五)高压机械密封研制八、补充内容2019/12/2217一、机械密封原理(一)定义(图1-1)2019/12/2218机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。(用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备,轴和设备腔体间存在一个圆周间隙,设备介质从中泄漏,因此必须设一道阻漏装置。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点,成为了主要的轴密封方式,又叫端面密封。)在国家有关标准中的定义:由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成,在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作用下,以及辅助密封圈的配合下,该对端面保持贴合并相对滑动,而构成的防止流体泄漏的装置。2019/12/22191、密封端面:动环、静环───摩擦副2、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)3、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(二)组成2019/12/22201、4个密封点(亦称4个泄漏点,如图1-1)泄漏点1─摩擦端面泄漏点,依靠弹力和介质压力保持贴和;(动密封点,两个摩擦副之间有相对转动)泄漏点2─补偿环密封圈,依靠密封圈的过盈量实现密封;(静密封点,密封圈与轴或轴套之间有微动)泄漏点3─非补偿环密封圈,依靠密封圈的过盈量实现密封;(静密封点,密封圈与相配合件之间相对静止)泄漏点4─压盖与腔体间的密封圈,依靠密封圈的过盈量实现密封;(静密封点,密封圈与相配合件之间相对静止)(三)密封机理2019/12/22213、原理通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封,在弹簧和介质压力共同作用下,对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿,使轴向密封面始终保持贴合。由于机械密封(轴向密封)在运行中可以对轴向磨损进行补偿,而填料密封(径向密封)不能对径向磨损进行补偿,故机械密封比填料密封寿命长。2、传动关系轴或轴套───紧固螺钉5──弹簧座4──弹簧3─补偿环1压盖──防转销8─非补偿环62019/12/2222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。(四)辅助设施2019/12/22231、按使用条件分类(1)高速密封(ZBJ22-001-88:线速度25~100m/s)和普通密封(2)高压和低压密封(3)高温、常温和低温密封(4)泵用、釜用和压缩机用密封(5)耐腐蚀、抗颗粒机械密封2、通常按结构分类多弹簧、单弹簧密封旋转式、静止式密封外装式、内装式密封外流式、内流式密封(五)机械密封的种类2019/12/2224(1)旋转式:补偿机构(弹性元件)随轴旋转。(由于安装方便,普通密封大多采用,但易产生不平衡,而且消耗搅拌功率,所以不能用于高速)(2)静止式:补偿机构(弹性元件)不随轴旋转。(用于高速)(六)旋转式和静止式机械密封(图1-2)2019/12/22252019/12/2226(七)内装式和外装式机械密封(图1-3)2019/12/2227(1)内装式:静环装在压盖内侧,静环端面面向工作腔。(用于温度、压力较高,腐蚀性不强的场合)(2)外装式:静环装在压盖外侧,静环端面背向工作腔。(用于低压、腐蚀性强的场合)2019/12/2228(一般和内装式、外装式一致)(1)内流式:泄漏方向朝向轴心。(一般密封都采用这种结构)(2)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)(八)内流式和外流式机械密封2019/12/2229(1)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。(2)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。(九)多弹簧和单弹簧机械密封2019/12/2230(1)平衡型:载荷系数K<1.0(用于高压场合)(2)非平衡型:载荷系数K≥1.0(用于普通压力场合)(十)平衡型和非平衡型机械密封2019/12/2231(1)磁力:系统压力较低时用(2)波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧(3)橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管(十一)补偿机构形式2019/12/2232两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,选洁净、润滑性好的封液介质。(十二)双端面机械密封(图1-4)2019/12/2233两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。(十三)串联式机械密封(图1-5)2019/12/2234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,而且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。(十四)波纹管机械密封2019/12/2235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。(一般挡块厚度为弹簧压缩量,从外部易于观测)(十五)集装式机械密封(图1-6)2019/12/2236二、机械密封的基本零件(一)对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。(1)足够的强度和刚度保证在工作条件(如压力,温度,滑动速度等)下不损坏,变形小,工作条件波动时影响小。(2)端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。2019/12/2237(3)耐热冲击力高的导热系数,低的线膨胀系数。(4)较小的摩擦系数,良好的自润滑性,材料与介质有很好的浸润性短时间干摩擦,不损伤端面。(5)易加工,材料成本低2019/12/2238(1)一般选择一软一硬的材料配对,软环作窄环,如YG6/M106K,只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高时才选用硬对硬。(2)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。(3)选导热性良好材料作动环。以利散热,降低端面温度。(4)环的壁厚不可太薄,以保证整体强度、刚度,也利散热(导热欠佳的材料,可薄一些)。(5)动环和轴(轴套)间隙A11(0·4~0·6)以利补偿静环和轴(轴套)间隙1~3mm以免摩擦(二)摩擦副匹配要考虑的因素2019/12/2239(1)主要决定窄环(软环)宽度,宽环外径—窄环外径≥0.5,宽环内径≤窄环内径-0.5;(2)泄漏量与摩擦副端面宽度关系不大(3)窄的端面摩擦热少,温度梯度小,热变形小,磨损均匀;(4)从受力角度出发,窄的端面整体强度和刚度差,易损坏或变形。因此应综合考虑。对于普通密封,端面宽度推荐值如下:(三)密封端面宽度2019/12/2240宽系列用于组对性能好(如YG6/M106K、SiC/M106K)、工况条件好的场合窄系列用于组对性能欠佳(如YG6/YG6、YG6/青铜)、饱和蒸气压高、易挥发、颗粒介质,高速机械密封,(对于轻烃介质,在强度够的情况下,取窄系列)。轴径≤16≤35≤55≤70≤100≤120宽系列2.53.04.05.06.07.0中系列2.02.53.04.05.05.0窄系列1.52.02.02.53.03.02019/12/2241(1)平面度0.0009,硬质Ra≤0.2,软质Ra≤0.4,表面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷。(2)密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按GB1184-80的7级精度要求。(3)安装辅助密封圈处粗糙度:Ra≤3.2,径