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2019/12/251机械密封基础知识宁夏石化化肥二厂2019/12/252一、机械密封原理（一）定义2019/12/253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。2019/12/2541、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2019/12/255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。（三）辅助设施2019/12/256（1）单端面机械密封（四）机械密封分类由一对密封端面组成的为单端面密封。单端面密封结构简单，制造、安装容易，一般于介质本身润滑性好和允许微量泄漏的条件，是常用的密封型式，当介质有毒、易燃、易爆以及对泄漏量有严格要求时，不宜使用。2019/12/257两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。（2）双端面机械密封2019/12/258两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。（3）串联式机械密封2019/12/259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）（4）集装式机械密封2019/12/2510二、机械密封辅助系统（一）为什么机械密封要采用辅助系统1、机封工作条件的苛刻性在流体机械中（如泵、压缩机、搅拌釜、离心机等），工作条件最苛刻的部件要算机械密封。（1）象推力轴承那样承受轴向力（2）象散热器那样把产生的热量导出（3）在高温高压易腐蚀情况下，静密封已经很困难，还要在高速旋转中，在几毫米宽的密封面上实现动密封就更加困难。2019/12/25112、辅助系统可以改善密封工作环境（1）无辅助系统，就只能改进密封结构，提高材质。（代价高，不能从根本上解决问题。）（2）实际工作中，不用任何辅助设施的机械密封几乎没有。如高压使用的串联机械密封、高温泵机械密封都必须采用相应辅助设施。（3）（通过辅助系统）苛刻工况变为密封可接受工况（机械密封效果大大提高，使用范围更加广泛，对密封本身材料要求降低，机械密封成本下降。）2019/12/25123、采用辅助系统的目的（1）减小温升，保持端面良好润滑（使机械密封各零件良好、正常地工作）。（2）（在易汽化介质中）保持密封腔压力高于饱和蒸气压，使之不汽化。（3）在低温泵中保温和供热。（4）对于有固体颗粒出现的结晶和强腐蚀介质的密封，能保持密封不受损坏。（5）较好工况下，采用辅助系统，会提高密封稳定性和使用寿命。2019/12/25131、定义为改善密封工作环境，采用许多元件和设施组成一个系统，通过冲洗、冷却、过滤、分离和保温的方式，实现对密封的润滑、冷却或调温、冲洗、净化，稀释和冲掉泄漏介质，改善密封的工作环境。这种用来改善机械密封工作条件的辅助设施被称为机械密封的辅助系统。它由许多元件组成，包括过滤器、旋液分离器、限流孔板、冷却器、压力罐、增压罐、各种监测仪表、管路、管件等组成。实际工作中可用一种或几种，根据工作条件而定。（二）什么是辅助系统2019/12/2514用于隔离流体循环系统。（可采用气体加压，也可加蛇管换热装置。）上面有液位计。（可装上手动补液装置）ⅰ）平衡罐：与釜内气相空间相连与釜内压力平衡的储罐。ⅱ）加压罐：与高压气体钢瓶（或高压气体源）通过减压阀相连加压的储罐。（1）储罐2、辅助系统元件介绍2019/12/2515（2）换热器调节冲洗液温度2019/12/2516（3）磁性过滤器适用于固体密度接近或小于流体密度，分离精度10~100μm，并能除去磁性微粒。易堵塞，两套并联使用以便清洗。2019/12/2517（4）旋液分离器冲洗液由圆筒部分以切线方向进入，作旋转运动而产生离心力，下行至圆锥部分更加剧烈。冲洗液中的固体粒子受离心力的作用被抛向器壁，并沿器壁按螺旋线下流至出口（底流）。澄清的液体或液体中携带的较细粒子则上升，由中心的出口溢流而出。适用于压差0.15～0.8MPa，固体成分＜10wt%（重量百分比）。2019/12/2518用于流体冲洗过程中的降压、控制流量。（5）限流孔板2019/12/2519（6）泵送环旋转时产生泵效作用，使流体流动循环。2019/12/2520（1）主要作用是冲洗将冲洗流体注入到密封腔中，完成润滑、冷却、净化等功能，将不利的环境改变为密封能接受的环境。冲洗的种类很多，按冲洗方式和冲洗流体的不同可分为三种：ⅰ）自冲洗（或介质冲洗）依靠泵本身产生的压差（或密封腔内的泵送装置产生的压差）使密封介质通过密封腔形成闭合回路，介质在当中循环实现冲洗。ⅱ）循环冲洗通过产生压差的设施（泵送环、外加油站、热虹吸）使外加封液进行循环，达到冲洗的目的。3、辅助系统主要功能2019/12/2521ⅲ）注入式冲洗（简称冲洗）被密封介质不宜作冲洗流体时，从外部注入另一种液体到密封腔内，改善密封工作条件。（2）温度调节（冷却、保温）用温度适当的流体，对密封腔、静环及其他零部件进行冷却或保温（或加热），以提高密封稳定性，延长使用寿命。（这些设施不与被密封流体接触（或混和），冲洗也具有冷却作用。）（3）过滤和分离在冲洗管路中，用过滤器和旋液分离器将冲洗液中杂质滤掉，以保证密封面不受损伤。2019/12/2522图注：1、来自泵的出口2、冲洗接口（F）3、急冷接口/排液口（Q/D）4、密封腔从泵的出口通过限流孔板到密封的循环过程。冲洗液进入密封腔靠近机械密封端面处冲洗端面，然后穿过密封腔回流到泵。1）、冲洗方案114、常用冲洗方案介绍2019/12/2523举例：如下图P117C2019/12/2524图注：1、来自泵的出口2、冲洗接口（F）3、急冷接口/排液口（Q/D）4、密封腔从泵的出口通过过滤器和限流孔板到密封腔。本方案和11号方案相似，只是增设过滤器来过滤偶尔夹带的颗粒。一般情况下不推荐使用过滤器，因为过滤器堵塞会导致密封失效。2）、冲洗方案122019/12/2525图注：1、到泵的入口2、冲洗接口（F）3、急冷接口/排液口（Q/D）4、密封腔从泵的密封腔通过限流孔板然后回到泵入口的循环过程。3）、冲洗方案132019/12/2526举例：如下图124J2019/12/2527图注：1、到泵的入口2、来自泵的出口3、冲洗入口（FI）4、冲洗出口（FO）5、急冷接口/排液口（Q/D）6、密封腔从泵的出口通过限流孔板到密封腔，并同时从密封腔通过限流孔板（如果需要）到泵入口的循环过程。这使得液体进入密封腔提供冷却，同时排气而减小密封腔内的压力。14号布置方案是11号和13号布置方案二者的结合。4）、冲洗方案142019/12/2528举例：如下图P31052019/12/2529图注：1、来自泵的出口2、冲洗接口（F）3、急冷接口/排液口（Q/D）4、密封腔TI温度计从泵的出口通过限流孔板和冷却器然后进入密封腔的循环过程。5）、冲洗方案212019/12/2530举例：如下图P39022019/12/2531图注：1、来自泵的出口2、冲洗/接口（F）3、急冷接口/排液口（Q/D）4、密封腔TI温度计从泵的出口通过过滤器、限流孔板和冷却器进入到密封腔的循环过程。一般情况下不推荐使用过滤器，因为过滤器堵塞会导致密封失效。6）、冲洗方案222019/12/2532图注：1、冲洗出口（FO）2、冲洗入口（FI）3、急冷接口/排液口（Q/D）4、密封腔5、排气口TI温度计从密封腔内的输液环通过冷却器回到密封腔的循环。本冲洗布置方案能用在温度较高的环境中，通过只冷却小部分循环液体来最大限度减少冷却器的热负荷。7）、冲洗方案232019/12/2533举例：如下图P80012019/12/2534图注：1、来自泵的出口2、到泵的入口3、冲洗/接口（F）4、急冷接口/排液口（Q/D）5、密封腔从泵的出口通过旋液分离器把洁净液体输送到密封腔的循环过程。固体颗粒被送到泵的入口管线。8）、冲洗方案312019/12/2535图注：1、来自外源2、冲洗接口3、急冷接口/排液口（Q/D）4、密封腔FI流量计PI压力计TI温度计外来的冲洗液注入到密封腔内。必须正确选择冲洗液，以消除液体蒸发的隐患并避免泵送液与引入的冲洗液不相容。9）、冲洗方案322019/12/2536举例：如下图P102D2019/12/2537图注：1、从泵的出口2、到泵的入口3、冲洗接口（F）4、急冷接口/排液口（Q/D）5、密封腔TI温度计从泵的出口通过旋液分离器把洁净液体输送到冷却器然后再到密封腔的循环。固体颗粒则被送到泵的入口管线。10）、冲洗方案412019/12/2538图注：1、去蒸气收集系统2、储液罐3、冲洗缓冲液4、冲洗接口（F）5、缓冲液出口（LBO）6、缓冲液入口（LBI）7、密封腔LSH液位开关高位LSL液位开关低位LI液位计PI压力计PSH压力开关高位外部储液罐为外侧密封提供缓冲液。正常操作时，由内部输液环来保持循环。储液罐通常连续排放蒸气至蒸气回收系统，并保持比密封腔小的压力。11）、冲洗方案522019/12/2539举例：如下图P38032019/12/2540图注：1、来自外部压力源2、储液罐3、补充隔离液4、冲洗液（F）5、隔离液出口（LBO）6、隔离液入口（LBI）7、密封腔LSH高位液位开关LSL低位液位开关LI液位计PI压力计PSL低位压力开关外设加压隔离液储罐提供洁净的液体给密封腔。循环由内部输液环完成。隔离液储罐的压力大于被密封的工艺液体的压力。12）、冲洗方案53A2019/12/2541图注：1、补充隔离液2、囊式蓄能器3、囊式蓄能器充气接头4、冲洗接口（F）5、隔离犆出口（LBO）6、隔离液入口（LBI）7、密封腔8、排气口PI压力计PSL低位压力开关TI温度计由外部管道系统为加压双面密封装置的外侧密封提供液体。预先加了压的囊式蓄能器提供压力给循环系统。流动由内部输液环来保持。循环系统中的热量由空气冷却或水冷却热交换器除去。13）、冲洗方案53B2019/12/2542举例：如下图P19012019/12/2543图注：1、补偿隔离液2、活塞蓄压器3、冲洗液4、隔离液出口（LBO）5、隔离液入口（LBI）6、密封腔7、放气口LI液位计LSL低位液位开关PI压力计PRV安全阀PSL低位压力开关TI温度计外部管道给系统加压双密封装置的外侧密封提供隔离液。从密封腔到活塞蓄压器的参比管线提供压力给循环系统。流动是由内部输液环来保持。循环系统产生的热量用空气冷却或水冷却热交换器除去。14）、冲洗方案53C2019/12/2544图注：1、来自外部液源2、去外部液源3、冲洗接口4、隔离液出口（LBO）5、隔离液入口（LBI）6、密封腔外设加压隔离液储罐或系统提供洁净的液体给密封腔。循环用外部泵或压力系统来完成。储液罐的压力大于被密封的工艺介质压力。15）、冲洗方案542019/12/2545举例：如下图P101E2019/12/2546图注：1、急冷接口（Q）2、排液口（D）3、冲洗接口（F）4、密封腔由外部提供急冷液。所以需要急冷是为了防止固体颗粒在密封的大气侧积聚。通常配合间隙很小的节流衬套使用。17）、冲洗方案622