机械密封技术知识

机械密封技术知识目录机械密封的发展史机械密封的基本原理机械密封的分类机械密封的工作原理几种常用密封概况机械密封端面组合形式机械密封辅助系统机封的有关参数金属波纹管机械密封泵用干气密封简介机械密封的安装与使用机封的常见故障分析炼油和化学工业对机械密封要求的最新趋势机械密封是流体机械和动力机械中不可缺少的零部件。它对整台机器设备、整套装置、甚至对整个工厂的安全生产影响都很大，特别是在石油化工企业中，对保证设备运转可靠、装置连续生产具有重大的意义。近几十年来，机械密封技术有了很大的发展。由于机械端面密封有着工作可靠、泄漏量少、使用寿命长、适用范围广优点，故在工业中获得了广泛的应用，尤其在石油化工机泵中应用最广。机械密封的发展史机械密封的发展史随着密封技术的不断发展，对密封的要求也越来越高，因此在密封的结构上发生了一系列变化，从当初的大弹簧、小（多）弹簧机封，到目前的焊接金属波纹管机封；从非集装式到集装式；从单端面到双（多）端密封；从接触式密封到非接触式密封；并开始使用密封面开深槽的热流体动力楔密封和热流体动压垫密封等。机械密封的发展史新技术、新概念、新产品、新材料、新工艺和新标准不断涌现；高参数（如高压、高速、高温、大直径）、高性能（如干运转、零泄漏、无油润滑、浆液）和高水平（如高PV值、大型剖分式、监控）的密封产品大量研制；随着安全和环境保护要求的日益提高，过去只注意眼睛可视的“泄漏”，不注意眼睛看不见的易挥发物的“逸出”；为了延长工艺装置的检修周期和操作周期，要求机械密封的工作寿命由1年延长到2年甚至更长。密封的失效分析，是机封技术发展的又一个重要环节，它可以帮助我们改进机封结构和改变密封参数等，促使机封技术的进一步完善。机械密封的发展史总之，机封的发展，一是为了适应和解决实际问题的需要，对机封的要求不断提高；二是新技术的不断创新和应用促使了机封技术的不断进步。机械密封的发展史机械密封的目前水平•单级压力：10-3Pa～35Mpa；•使用温度：最高达1000℃；最低可达低温深冷；•机器转速：50000rpm；•PV值：达1000Mpa·m/s。机械密封的基本原理机械密封概述:定义:机械密封(端面密封)--由至少一对垂直于轴线的端面在流体压力和补赏机构弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下,保持贴合并相对滑动而构成防止流体泄漏的装置.机封的组成:•动环和静环组成的密封端面——摩擦副•弹性元件——绶冲补偿机构（有弹簧、波纹管等）•辅助密封圈——动、静环密封圈等•传动机构——弹簧盒、紧固螺钉、传动座等基本密封点:•端面主密封点•静环与压盖辅助密封点•动环与轴(轴套)辅助密封点•压盖与泵体连接密封点此外为了保证和提高机械密封的密封效果延长使用寿命,采取不同端面的组合，增加如冲洗,节流冷却,阻封和杂质过滤等辅助系统.摩擦副弹性元件传动机构动、静环密封圈静环组件动环组件辅助密封密封面、传动座和弹簧密封面要求很平（3个光圈以下）密封面之间要形成液膜（3～５微米）密封的泄漏液膜作用：１．将密封面分开２．润滑滑动面３．减少摩擦和热量４．阻止介质向大气泄漏0.294m机械密封的分类一、按补偿机构弹性元件的运动状况分：旋转式和静止式二、按静环的安装位置分：内装式和外装式三、按补偿机构弹簧的数量分：多(小)弹簧和单(大)弹簧四、根据密封面上介质载荷的作用情况：平衡型和非平衡型五、按流体的泄漏方向：内流型和外流型机封密封的分类六、按密封端面的接触形式：接触常规密封,非接触密封,全接触干运转密封七、按补偿结构型式：弹簧型和波纹管型八、按密封端面的数量：单端面、双端面和多端面机械密封分类:API682（2）分类按机械密封结构分类：A类密封；内侧密封为平衡型推进式多弹簧旋转补偿，二次“O”型,盒式密封B类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次“O”型，盒式密封C类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次柔性石墨型，盒式密封机械密封第三位代码原API610引用“P”“T”“A”表示压盖结构形式，现规定分别用“A”，“B”，“C”代表上述三类密封机封密封的分类1．轴通过传动座和推环，带动动环旋转，静环固定不动，在弹簧力和被密封介质压力的作用下，使动环和静环的密封端面紧密贴合，防止被密封介质从动环与静环的密封端面之间泄漏；当摩擦副表面磨损后，在弹簧力的推动下实现自动补偿。机械密封的工作原理2．密封圈在推环和介质压力的作用下，起到动环与轴套之间的密封作用，防止被密封介质从动环与轴套之间的泄漏；静环密封圈安装在密封压盖中，防止被密封介质从静环与压盖之间的泄漏；压盖与泵体之间采用垫片（金属缠绕垫、高强垫等）或Ｏ形圈密封；轴套与轴之间也采用垫片或Ｏ形圈密封，这样就达到了密封作用。几种常用密封概况1.GX型：内装、单端面，单弹簧、接触式非平衡型机械密封；密封介质：清水、油类及其它弱腐蚀性液体密封压力：0～0.8Mpa密封腔温度：-20～80℃转速：n≤3000rpm密封型号有：GX-35、GX-40……GX-90几种常用密封概况2.GY型：内装、单端面，单弹簧、接触式平衡型机械密封；密封介质：清水、油类及其它弱腐蚀性液体密封压力：0.6～3.0Mpa密封腔温度：-20～80℃转速：n≤3000rpm密封型号有：GY-35、GY-40……GY-90几种常用密封概况3.U(UK)型:内装、单端面，单弹簧、接触式平衡型机械密封；密封介质：油、水及其它石油化工介质。密封压力:Pmax≤6.9Mpa。密封温度：水—0～66℃其它介质—40～160℃。转速：n≤3000rpm。密封型号有：U-1750、U2125、U-2500、UK-2875、UK-3250、UK-3375、UK-3625。几种常用密封概况4．金属波纹管机封：平衡型机械密封；密封压力:Pmax≤7Mpa密封温度：-240～650℃。5．小弹簧机封：平衡型或非平衡型机封。密封型号有：119B、59B、1523、109B、59U、108U、106U、C8等。机械密封端面组合形式考虑到介质复杂情况，环保要求，自动监控，安全性等要求，机械密封组合成不同形式用以满足上述要求：机械密封端面组合形式：一、单端面机械密封二、双端面机械密封1.背对背式2.面对面式3.串联式三、多端面机械密封辅助密封：喉部节流密封二次节流密封1.大弹簧单端面机械密封密封的基本结构动环密封圈弹簧座轴封轴套弹簧静环传动环压盖螺栓冷却水孔静环密封圈节流环泵轴定位螺钉压盖静环防转销动环冲洗孔2.波纹管静止型单端面机械密封密封的基本结构34567891011121314161.动环2.波纹管组件3.压盖4.传动环5.传动螺钉6.轴封7.限位块8.水套10.轴套12.定位环13.节流环14.15.内六角螺栓16.六角螺栓21153.波纹管旋转型单端面机械密封密封的基本结构12345678910121311151.动环(波纹管组件)2.静环3.压盖4.传动环5.传动螺钉6.轴封7.限位块8.静环密封圈9.轴套10.动环密封圈11.六角螺栓12.定位环13.节流环14.封油环15.内六角螺栓144.波纹管(旋转型)串联机械密封密封的基本结构5.波纹管(静止型)串联机械密封密封的基本结构6.小弹簧串联机械密封密封的基本结构机械密封封油罐润滑系统轴承密封联轴节机械密封辅助系统机械密封辅助系统应用基本系统--为保证机械密封正常使用,选用正确的密封辅助系统,增加如冲洗,循环,抗温,抗压,排渣,节流,润滑,防结晶,防介质泄漏等功能,改善机械密封的工作环境,从而保证机械密封的正常运行.基本系统功能:•控制泄漏控制压力•控制磨蚀控制腐蚀•防污染防泄漏基本系统分类:API610PLAN系统介质冲洗API610PLAN01,11,12,13,14，21,22,23,31,41外流体冲洗API610PLAN32,51，（61）62缓冲液（气）循环系统API610PLAN52，72隔离液（气）循环系统API610PLAN53A,53B,53C,54，74收集与排放系统APIPLAN（71），75，76方案52注意点：外部储罐为不加压双密封的外侧密封提供缓冲流体；在正常工作时，内泵送环保持循环；储罐通常连续地向蒸汽回收装置中排气，并保持压力低于密封腔内的压力压力表液位计球阀节流孔板放空液位开关(高)液位开关(低)压力开关(一般置长开位置)放空阀泵效环产生封液循环力外侧保护密封1.几何参数：动环内外径（d1、d2），静环内外径（D1、D2），平衡直径d0，波纹管有效直径de；2.力学参数：弹簧比压Pt，载荷系数K，平衡系数β，膜压系数λ，端面比压Pb，沸腾半径rb等。机封的有关参数机封的力学参数（1）弹簧比压：密封端面单位面积上所受的弹性力。Pt=Ft/A弹簧比压推荐值Pt=0.1～0.2Mpa。（2）载荷系数：动环的轴向受力面积Ae与端面贴面积A之比，它是用来衡量动环受轴向力的作用，压紧静环接触面上的压紧程度。机封的力学参数载荷系数K：（3）平衡系数：β=1-K212220222122202244DDdDDDdDAAKe（4）端面比压：密封端面单位面积上所受的合力。F=Ft+Fp-FmPb=F/A=Pt+P1（K-λ）端面比压推荐值：一般介质0.3～0.6Mpa低粘度介质0.2～0.4Mpa高粘度介质0.4～0.7Mpa机封受力分析：F合=Ft+Fp-Fm±RFp=p1·AFm=pm·A=λ·p1·AR为摩擦阻力，实践证明很小，可以忽略。密封动环受力图FtFpFmP1RP1—密封腔内介质压力Fp—介质压力引起的闭合力Fm—液膜压力产生的开启力（5）膜压系数:Pf—沸腾半径中的汽化压力rb—沸腾半径r1、r2—密封端面内、外半径。λ的选取(经验值)：高粘度介质（重油如渣油）λ=0.3～0.4中等粘度（如柴油、煤油、水）λ≈0.5低粘度（如轻烃）λ=0.65～0.7512211)6121(32rrrrPPPPbffrbλPb热量破坏了机封的热平衡，温度密封面破坏；rbλPb密封面开启，破坏了机封的力平衡，工作不稳定，密封泄漏。力平衡是密封运行的基础，热平衡是密封能长周期运行的必要条件，两者相互依存，缺一不可。特别对于轻烃泵的密封，更要同时做好力平衡和热平衡，这一点非常关键。机械密封长周期运行的条件金属波纹管机械密封金属波纹管机封工作原理波纹管机封特点波纹管机封的制造波纹管机封结构形式金属波纹管机封工作原理波纹管密封的波纹管是利用微束等离子焊接制成的一种全封闭结构，由于波片本身波形的存在及焊接后波距的存在，使之在轴向被压缩一定位移后，产生弹性力，致使动静环表面始终处于贴合状态并形成一定的比压，在动静环表面磨损后始终处于弹力补偿状态。波纹管机封特点1.具有优越的追随性：由于波纹管密封本身为全封闭结构，在结构上消除了普通弹簧机封中所必备的动环与轴套（或轴）的动环密封圈，使波纹管身的弹率充分被利用来形成比压，显示出优越的追随性。2.耐高温性：由于波纹管机封取消了普通机械密封中的动环密封圈，所以不再受被密封介质状况及温度对动环密封圈的影响，适用的介质及温度被大大扩大(-250℃～400℃)。波纹管机封特点3.平衡性：波纹管密封和普通机封相比，不需要在轴套上加工出台阶，本身就可以建立平衡直径，处于平衡状态，波纹管密封在应用中一般均为平衡型。4.泄漏点少：由于波纹管密封动静环密封点均为金属（或非金属）垫片，用静密封取代了动密封，发生泄漏的概率大为降低，这样波纹管密封的泄漏实质上只有摩擦副端面这个密封点，无疑泄漏的机率大大减少。而普通机械密封的泄漏渠道主要有动静环密封圈及摩擦副端面，在这三个泄漏渠道中，因动静环辅助密封圈失效造成密封泄漏占总泄漏的40%。波纹管机封特点5.抗振性和高速性：波纹管密封取消了动环密封圈，大大减少了由于泵振动或轴振动造成的通过动环密封圈传递而引起的动环的振动，使动环免受大的影响，通常也称波纹管的浮动性。因此，适用的线速度被大大的提高，其线速度可达100m/s。波纹管机封特点6.可降低弹簧比压