機(jī)械密封_培訓(xùn)資料

1、1,目 錄,第一節(jié) 機(jī)械密封原理和基本結(jié)構(gòu)型式 一 密封原理和特點 二 結(jié)構(gòu)類型 三 常用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)簡介第二節(jié) 冷卻沖洗與安裝、使用 一 密封環(huán)端面發(fā)熱 二 冷卻、沖洗方法及系統(tǒng)設(shè)計 三 機(jī)械密封的安裝第三節(jié) 特殊工況下機(jī)械密封的設(shè)計要點 一 高溫條件,2,,二 低溫條件 三 高壓與真空 四 高速 五 腐蝕性介質(zhì)條件 六 含有固體粒子條件第四節(jié) 機(jī)械密封失效原因與故障分析 一

2、 機(jī)械密封的故障在零件上的表現(xiàn) 二 機(jī)械密封振動、發(fā)熱的原因分析及處理 三 機(jī)械密封泄漏的原因分析及處理 四 機(jī)械密封典型失效原因分析 五 常見的滲漏現(xiàn)象 六 機(jī)封正常運行和維護(hù)問題,3,什么是機(jī)械密封,機(jī)械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械的軸封裝置。（用于離心泵、離心機(jī)、反應(yīng)釜、壓縮機(jī)等設(shè)備，軸和設(shè)備腔體間存在一個圓周間隙，設(shè)備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設(shè)一道阻漏裝置。因機(jī)械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點，成為了主要的軸密封方

3、式，又叫端面密封。）在國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的定義：由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸 線的端面組成,在流體壓力及補償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)共同作用下，以及輔助密封圈的配合下， 該對端面保持貼合并相對滑動，從而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。,4,一、密封原理和特點,1.結(jié)構(gòu),第一節(jié) 機(jī)械密封原理和基本結(jié)構(gòu)型式,,（1）組成,5,,（2）固定,緊定螺釘把彈簧固定在軸上靜環(huán)的周向固定：靜環(huán)上開槽，然后通過防轉(zhuǎn)銷與靜環(huán)座固定。而靜環(huán)座又與設(shè)備聯(lián)在一起。

4、,6,2.密封原理,機(jī)械密封主要是將較易泄漏的軸向密封改為不易泄漏的端面密封。如圖3-1所示，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，帶動了彈簧座、彈簧壓板、動環(huán)等零件一起轉(zhuǎn)動，由于彈簧力的作用使動環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上。軸旋轉(zhuǎn)時，動環(huán)與軸一起旋轉(zhuǎn)，而靜環(huán)則固定在座架上靜止不動，這樣動環(huán)與靜環(huán)相接觸的環(huán)形密封面阻止了介質(zhì)的泄漏。,7,機(jī)械密封一般有四個密封處：,A、動環(huán)與靜環(huán)之間的密封——動密封,,B、動環(huán)與軸或軸套之間的密封——相對靜密封,C、靜環(huán)與靜環(huán)座之間的密封—

5、—靜密封,D、靜環(huán)座（壓蓋）與設(shè)備之間的密封——靜密封,機(jī)械密封的主要特點是密封面為垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面。,A,B,C,D,8,3.基本構(gòu)件,（1）動環(huán)和靜環(huán),,材料較好的耐磨性，能有減摩作用（即f要?。┝己玫膶?dǎo)熱性，把摩擦熱及時傳出孔隙率小，結(jié)構(gòu)緊密，以免介質(zhì)在壓力下有滲透。動、靜環(huán)是一對摩擦副，它們的硬度各不相同。,一般動環(huán)的硬度比靜環(huán)的硬度大。動環(huán)的材料可用鑄鐵、硬質(zhì)合金、高合金鋼等，在有腐蝕介質(zhì)的條件下可用不銹鋼或不銹鋼

6、表面（端面）堆焊硬質(zhì)合金、陶瓷等；靜環(huán)的材料可用鑄鐵、磷青銅、巴氏合金等，也常用浸漬石墨或填充聚四氟乙烯。,9,配對方法：當(dāng)介質(zhì)粘度小，潤滑性差時，采用金屬配各種非金屬（因為大多數(shù)非金屬材料都有自潤滑作用）；當(dāng)介質(zhì)粘度較大時，采用金屬與金屬配對。加工精度由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦環(huán)要相互滑動摩擦，故端面的加工精度影響著密封的效果和使用壽命。因此，JB4127-85《機(jī)械密封技術(shù)條件》規(guī)定較高。,10,（2）

7、彈簧加荷裝置,,（3）輔助密封元件,型式：O形、V形、矩形等,作用：產(chǎn)生壓緊力，保持動、靜環(huán)端而后緊密接觸，且是一個緩沖元件，可以補償軸的跳動及加工誤差而引起的摩擦面不貼合。再進(jìn)一步，如果我們把彈簧施加到密封環(huán)帶單位面積上的壓緊力稱為彈簧比壓ps，那么ps的作用有兩點：①起動停車或介質(zhì)壓力波動時，使密封面維持足夠的比壓；②克服密封圈與軸的摩擦力，保持動環(huán)沿軸向移動，以補償端面的磨損。因此有人把機(jī)械密封定義為：機(jī)械密封是一種帶有緩沖機(jī)

8、構(gòu)，并通過與旋轉(zhuǎn)軸大體垂直并做相對轉(zhuǎn)動的密封端面進(jìn)行密封的裝置。,11,優(yōu)點,密封可靠，在一個較長的使用期中，不會泄漏或很少泄漏；使用壽命長，正確選擇摩擦副材料和比壓的機(jī)械密封可用2—5年，最長的達(dá)9年；維修周期長，在正常工作的情況下，不需要維修；摩擦功率消耗少；軸或軸套不受磨損；對旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對殼體孔的偏斜不敏感；適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高真空、高壓、各種轉(zhuǎn)速以及各種腐蝕、易燃、易爆、有毒介質(zhì)的密封。,4.機(jī)械密

9、封的優(yōu)缺點：（與軟填料密封比較）,缺點,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對制造加工要求高；安裝與更換比較麻煩，要求工人有一定的安裝技術(shù)水平；發(fā)生偶然事故時，處理比較困難；一次性投資高。,12,表3-1機(jī)械密封與填料密封的比較,13,二、結(jié)構(gòu)類型,按介質(zhì)泄漏方向分為內(nèi)流式和外流式。內(nèi)流式：介質(zhì)沿半徑方向從端面外周向內(nèi)泄者稱為內(nèi)流式。外流式：介質(zhì)沿半徑方向從端面內(nèi)周向外泄者稱為外流式。內(nèi)流式的泄漏方向與離心力方向相反，離心力阻礙著流體的泄漏，因而內(nèi)

10、流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固體顆粒的情況尤其應(yīng)該采用內(nèi)流式。這樣可防止固體顆粒進(jìn)入摩擦面。,1、內(nèi)流式和外流式（圖3-2）,14,按彈簧是否與介質(zhì)接觸分為內(nèi)裝式和外裝式。內(nèi)裝式是彈簧置于工作介質(zhì)之內(nèi)，外裝式是彈簧置于工作介質(zhì)之外。,2、內(nèi)裝式和外裝式（如圖3-3）,15,外裝式特點：一般來說大部分機(jī)械密封零件不與介質(zhì)接觸，且暴露在設(shè)備外，便于觀察及維修安裝。但是由于外裝式結(jié)構(gòu)的介質(zhì)作用與彈簧力相反（指常用結(jié)構(gòu)）。當(dāng)介質(zhì)壓力有波

11、動或升高的情況下，彈簧力余量又不大時，會出現(xiàn)密封不穩(wěn)定的情況以致產(chǎn)生泄漏。當(dāng)介質(zhì)壓力降低時，因彈簧力不變，在摩擦面上受負(fù)荷增大，特別在低壓起動時，摩擦副的表面間尚未構(gòu)成液膜，此時比壓又是最大，容易擦傷端面。,內(nèi)裝式受力情況比較好，剛開車時介質(zhì)壓力較低，由不太大的彈簧力即可對摩擦面構(gòu)成初始的密封，此時因端面比壓較小，容易形成液膜。內(nèi)裝式端面比壓隨介質(zhì)壓力增在而增大，因而增加了密封的可靠性。,一般情況下內(nèi)裝式的介質(zhì)泄漏方向與離心力方向相反，

12、泄漏情況較外裝式好。所以在介質(zhì)無腐蝕以及不影響彈簧機(jī)能時，應(yīng)盡可能采用內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)。,16,主要按介質(zhì)作用在端面的載荷程度分。,3、平衡型和非平衡型,當(dāng)不計摩擦副間反壓力及密封圈摩擦力時，作用在端面上的比壓為：,,式中：Pc—端面比壓，是指作用于密封面環(huán)帶的單位面積上凈剩的閉合力，它主要取決于密封結(jié)構(gòu)型式和介質(zhì)壓力。P——介質(zhì)壓力Pn——彈簧比壓（彈簧施加到密封環(huán)帶單位面積上的壓緊力）,17,,,其中：Ae——流體介質(zhì)作用的有效載荷面

13、積A——接觸面積（密封環(huán)帶面積）K——載荷系數(shù)，動環(huán)的軸向受壓面積與端面接觸面積之比。d1、d2——密封環(huán)帶內(nèi)、外徑db——平衡直徑（介質(zhì)壓力在補償環(huán)輔助密封處的有效作用直徑）減小動環(huán)的軸向受壓面積，可將流體壓力施加在摩擦副端面上的載荷部分甚至全部卸除。這一方法稱為卸荷。因此K表示的是介質(zhì)產(chǎn)生的比壓加到摩擦副上的載荷程度。根據(jù)d1、d2 和db的不同，K有不同的值。（圖3-4）,,,,18,,19,,K≥1非平衡型 ：介質(zhì)

14、作用于單位密封面上的軸向壓力大于或等于密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力，K=1.1～1.20<K<1部分平衡型: 介質(zhì)作用于單位密封面上的軸向壓力小于密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力，K=0.6～0.9K=0全平衡型：介質(zhì)對密封面無軸向力K<0過平衡型：介質(zhì)對密封面為推開力令β=1-K，稱β為平衡系數(shù)，它表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓在摩擦副上的卸荷程度。由前面Pc公式可知，β愈大，K愈小，由于介質(zhì)引起的端面比壓愈小，雖然磨損很小，但不易保證密封；反之

15、β愈小，K愈大，端面磨損加劇并的熱，甚至有咬壞的危險，那密封就失效了。因此根據(jù)經(jīng)驗與試驗，β不宜超過0.5。,,20,按彈簧的運轉(zhuǎn)狀態(tài)分為旋轉(zhuǎn)式與靜止式。旋轉(zhuǎn)式：即是彈簧裝置及軸的結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸較小。高轉(zhuǎn)速情況下，彈簧及其它轉(zhuǎn)動零件產(chǎn)生的離心力很大，動平衡要求高，有的介質(zhì)經(jīng)強烈攪拌后易結(jié)晶，對于這種情況宜采用靜止式較適宜。,4、旋轉(zhuǎn)式與靜止式,21,單彈簧又稱大彈簧，即是在密封裝置中僅有一個彈簧與軸同中心安裝。多彈簧又稱小彈簧，

16、即是在密封裝置中有數(shù)個彈簧沿圓周均勻分布。一般說負(fù)荷較輕而且大量生產(chǎn)的密封采用單彈簧為佳，小量生產(chǎn)且在嚴(yán)格的條件下使用時，則都采用多彈簧。,5、單彈簧與多彈簧,22,按摩擦面對數(shù)分為單端面、雙端面和多端面。單端面：指在密封機(jī)構(gòu)中僅有一對摩擦副。雙端面：指在密封機(jī)構(gòu)中有兩對摩擦副，且兩對摩擦副處于相同封液壓力下（圖3-5）。密封機(jī)構(gòu)中有兩對以上的摩擦副且密封腔的壓力逐漸降低，根據(jù)摩擦副的對數(shù)分別稱為雙端面、三端面和多端面。,6、單

17、端面、雙端面和多端面,23,從結(jié)構(gòu)比較來看，單端面比雙端面簡單，在制造和裝拆上較容易，因而使用很普遍。雙端面因要通入帶液體（封液）至密封腔內(nèi)起“封堵”和潤滑作用，就需另設(shè)一套裝置。單端面只適用于一般場合。雙端面適用于強腐蝕、主溫、帶懸浮顆粒及纖維的介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆介質(zhì)、易揮發(fā)粘度低的介質(zhì)、高真空、貴重物料及要求介質(zhì)與空氣隔絕且允許內(nèi)漏的情況。,24,三、常用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)簡介,1、泵用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),1）103、109型機(jī)械

18、密封,103和109型均為單端面、單彈簧、旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，靠并圈彈簧及帶耳環(huán)的推環(huán)傳動，103為非平衡型，109為平衡型，通常按內(nèi)流內(nèi)裝式設(shè)計，為國內(nèi)使用最為普遍的一種結(jié)構(gòu)。,25,2）104、110型機(jī)械密封,104為非平衡型，110為平衡型，也按內(nèi)流骨裝式設(shè)計，與前兩種不同之處在于它們是靠帶耳環(huán)的傳動套傳動。,26,3）105、111型機(jī)械密封,105型為非平衡型，111型為平衡型，與和第一種型式比較，不同的是彈性元件為多個沿周向均勻布

19、置的小彈簧，傳動方式是靠傳動螺釘，通常也按內(nèi)流內(nèi)裝式設(shè)計。,27,4）114型機(jī)械密封,114型機(jī)械密封為單端面、單彈簧、非平衡結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)環(huán)是靠推環(huán)的撥叉帶動耳環(huán)傳動，按外流外裝式設(shè)計，主要用于化工腐蝕泵上。,28,2、釜用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),釜用機(jī)械密封是解決攪拌軸密封的一種理想方式，按照密封面的對數(shù)，有單端面和雙端面機(jī)械密封之分。雙端面機(jī)械密封一般配上平衡循環(huán)系統(tǒng)，可使用在易燃、易爆、有毒及腐蝕、高真空等對密封要求更為嚴(yán)格的場合。密封

20、結(jié)構(gòu)為外沖洗結(jié)構(gòu),沖洗液可為清潔的水也可為工業(yè)回用水,沖洗液的壓力低于密封腔壓力,沖洗液在輔助套的上端輸入,在輔助套的下端輸出,循環(huán)使用,密封起到冷卻沖洗的作用.機(jī)械密封的輔助裝置有調(diào)溫器、平衡罐(隔離流體容器)、強制循環(huán)平衡系統(tǒng)等。,29,30,,分下列6種型式：201型-單端面單彈簧非平衡型密封，202型-單端面多彈簧非平衡型密封，203型-單端面單彈簧平衡型密封，204型-單端面多彈簧平衡型密封，205型-雙端面多彈簧非平衡型

21、密封，206型-雙端面多彈簧平衡型密封。,31,泵用機(jī)械密封和釜用的區(qū)別,泵用機(jī)械密封——水泵用的機(jī)械密封，通常水泵電機(jī)和機(jī)械密封是與地面平行的，轉(zhuǎn)速比較高，通常密封介質(zhì)為液體，工藝要求相對簡單 釜用機(jī)械密封——反應(yīng)釜用的機(jī)械密封，通常電機(jī)和機(jī)械密封是與地面垂直的，轉(zhuǎn)速很慢，通常的密封介質(zhì)為氣體，或氣液混合介質(zhì)，工藝要求高，多數(shù)情況下會有冷卻水套，將機(jī)械密封包圍實現(xiàn)冷卻,32,33,,34,一、密封環(huán)端面發(fā)熱,機(jī)械密封的摩擦副就是動環(huán)

22、和靜環(huán)，其端面貼緊且一個靜止，一個旋轉(zhuǎn)，它們之間存在相對運動，所以會產(chǎn)生摩擦和磨損，同時會伴有熱量的產(chǎn)生。前面已經(jīng)討論過，如果摩擦產(chǎn)生的熱量越多，密封的工作PV值就越大。當(dāng)然摩擦熱除與PV值有關(guān)外，還與摩擦系數(shù)及端面面積有關(guān)。假設(shè)端面比壓是均布的，則摩擦熱,第二節(jié) 冷卻、沖洗與安裝、使用,,,35,熱量的傳遞有三種方式：對流、間壁導(dǎo)熱、輻射。顯然機(jī)械密封端面的摩擦熱就是以這三種方式傳遞出去的。如果密封環(huán)向周圍散失的熱量與產(chǎn)

23、生的摩擦熱相平衡，則可得到一個穩(wěn)定的溫度值。對于普通機(jī)械密封，泄漏量較小，它帶走的熱量可以忽略，那么摩擦熱主要是由軸導(dǎo)入動靜環(huán)，再由動靜環(huán)傳給周圍介質(zhì)，即：,,△T------環(huán)端面溫度與周圍介質(zhì)溫度差l------溫度降方向的壁厚，軸向為環(huán)厚h，徑向為端面寬度b。顯然，λ越小，傳出的熱量就少，溫升越高，PV值就越大；反之，λ越大，傳出的熱量就多，溫升越低，PV值就越小。因此要選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的材料。,36,二、冷卻、沖洗方法及系統(tǒng)

24、設(shè)計,如果密封環(huán)材料的導(dǎo)熱性差，介質(zhì)溫度又高，或PV值比較高的情況下，端面間的大量熱量不能及時導(dǎo)出，必然引起端面溫度急劇上升。其結(jié)果可能造成端面間液膜汽化，惡化潤滑條件，甚至完全處于干摩擦狀態(tài)，這不僅使磨損加劇，還會導(dǎo)致密封環(huán)的熱裂、變形等等。因此只是依靠選擇耐高溫、導(dǎo)熱性好的密封環(huán)材料或僅從結(jié)構(gòu)上考慮，都很難達(dá)到預(yù)期的效果。合理的方法就是強化冷卻，使端面摩擦熱及時導(dǎo)出。使端面冷卻的方式主要有三種：,37,1、端面直接冷卻,將密封介質(zhì)

25、從系統(tǒng)中高于密封腔壓力處引出，通過接管引入密封腔，對于密封介質(zhì)的溫度高或含固體粒子的場合，可在管路上設(shè)置冷卻器或過濾器，使進(jìn)入密封腔內(nèi)的介質(zhì)凈化并降低溫度。,(1)閉路自沖洗（圖3-24，a）,,,38,1、端面直接冷卻,將密封腔內(nèi)的介質(zhì)引入主機(jī)低壓側(cè)，使介質(zhì)通過密封腔進(jìn)行自循環(huán)而帶走摩擦熱（圖3-24，b），這種方法適用于密封腔壓力與主機(jī)工作壓力比較接近的場合。,(2)反向自沖洗,,,,39,1、端面直接冷卻,將介質(zhì)從高壓側(cè)

26、引出，流經(jīng)密封腔進(jìn)行沖洗后流回主機(jī)吸入側(cè)（圖3-24,c），這種沖洗冷卻效果優(yōu)于前兩種。,(3)貫通自沖洗,,,,,,40,1、端面直接冷卻,利用其它壓力源將沖洗冷卻液注入密封腔內(nèi)（圖3-24，d）。沖洗液應(yīng)為低溫、清潔液體，并且少量內(nèi)漏與密封介質(zhì)相混在工藝上必須是允許的，沖洗液壓力應(yīng)比密封介質(zhì)壓力大0.05~0.1Mpa。對于高溫或含固體顆粒的介質(zhì)，效果較好。,(4)內(nèi)沖洗,,,,41,1、端面直接冷卻,在密封腔內(nèi)的一段軸上裝上

27、小型動力元件（圖3-25），使密封腔內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行局部循環(huán)，或在旋轉(zhuǎn)環(huán)外周開槽同樣能直到泵送作用。,(5)局部循環(huán)沖洗,42,2、靜環(huán)背部冷卻,從靜止環(huán)背部將清水、油等冷卻液直接引入密封環(huán)內(nèi)表面的一種冷卻方法（圖3-26），又稱為急冷法、外沖洗法。冷卻效果好，但冷卻水硬度高時產(chǎn)生的無機(jī)物水垢在軸上沉積，會影響動環(huán)密封圈的浮動性，可能會引起密封失效。,43,3、間接冷卻,冷卻液不直接與密封面接觸，其效果沒有直接冷卻效果好，但對冷卻液要求不高

28、。常用,靜環(huán)外周冷卻（圖3-27，b）夾套冷卻（圖3-27，a）軸套冷卻（圖3-27，c）蛇管冷卻（圖3-28）,44,三、機(jī)械密封的安裝,1、安裝前的準(zhǔn)備及注意事項,,,,檢查機(jī)械密封的型號、規(guī)格是否符合設(shè)計圖紙的要求，所有零件有無損傷、變形、裂紋等現(xiàn)象，若有缺陷，必須更換或修復(fù)。檢查機(jī)械密封各零件之配合尺寸、粗糙度、平行度是否符合要求。 使用小彈簧機(jī)械密封時，須檢查小彈簧的長短和剛性是否相同。使用并圈彈簧時，

29、須注意旋向是否與軸的旋向一致，其判別方法是：面向旋轉(zhuǎn)環(huán)端面，視轉(zhuǎn)軸為順時針方向旋轉(zhuǎn)者用右旋彈簧；反之，用左旋彈簧。,45,三、機(jī)械密封的安裝,1、安裝前的準(zhǔn)備及注意事項,,,,檢查主機(jī)軸的竄動量、擺動量和撓度是否符合技術(shù)要求。安裝過程中應(yīng)保持清潔，特別是旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)密封面及輔助密封圈表面應(yīng)無雜質(zhì)、灰塵。不允許用不清潔的布擦試密封面。安裝中不允許用工具敲打密封元件。,46,三、機(jī)械密封的安裝,2、安裝順序,,,,確定安裝位置靜止件

30、的安裝旋轉(zhuǎn)組件的安裝。,47,,,,48,3、機(jī)械密封安裝、使用技術(shù)要領(lǐng),①設(shè)備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動應(yīng)≤0.04毫米，軸向竄動量不允許 大于0.1毫米； ②設(shè)備的密封部位在安裝時應(yīng)保持清潔，密封零件應(yīng)進(jìn) 行清洗，密封端面完好無損，防止雜質(zhì)和灰塵帶入密 封部位； ③在安裝過程中嚴(yán)禁碰擊、敲打，以免使機(jī)械密封摩擦 付破損而密封失效； ④安裝時在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機(jī)

31、械油，以便能順利安裝；,49,,⑤安裝靜環(huán)壓蓋時，擰緊螺絲必須受力均勻， 保證靜環(huán)端面與軸心線的垂直要求； ⑥安裝后用手推動動環(huán)，能使動環(huán)在軸上靈活移 動，并有一定彈性； ⑦安裝后用手盤動轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸應(yīng)無輕重感覺； ⑧設(shè)備在運轉(zhuǎn)前必須充滿介質(zhì)，以防止干摩擦而 使密封失效；,50,第三節(jié) 特殊工況下機(jī)械密封的設(shè)計要點,在石油、化工生產(chǎn)中，由于所處理的介質(zhì)非常復(fù)雜，介質(zhì)的特

32、性、溫度、壓力、軸徑、軸的轉(zhuǎn)速等各有差別。因此，機(jī)械密封必須從結(jié)構(gòu)、材料以及附加裝置等方面加以考慮，以適應(yīng)各種使用條件的要求，尤其在苛刻條件下工作的機(jī)械密封，在設(shè)計時必須對這些問題提出相應(yīng)的解決措施。,51,一、高溫條件,當(dāng)溫度大于120℃時，即認(rèn)為是高溫。,高溫介質(zhì)不但不能帶走端面摩擦熱，還可能對密封環(huán)起加熱作用，使密封端面溫度過高，造成端面液膜汽化，出現(xiàn)干摩擦；密封環(huán)還可能發(fā)生熱變形和熱裂。當(dāng)高溫超過一定限度時，浸樹脂石墨中的樹脂

33、碳化析出的硬粒劃傷密封面；浸金屬石墨中的金屬熔化滲出，使密封失效。高溫條件下的橡膠、塑料等輔助密封圈材料易老化，分解變質(zhì)。在腐蝕性介質(zhì)中，高溫會加劇金屬密封件的腐蝕。,52,要解決以上問題。一般是采取積極的冷卻措施和耐高溫的材料。也可以從結(jié)構(gòu)上采取措施，如工作溫度在250℃以上，可采用單彈簧金屬波紋管密封。,53,二、低溫條件,低溫工作的介質(zhì)多屬液化氣體，具有低沸點、低粘度、高蒸汽壓的特點。這種情況下，一般材料都會發(fā)生冷脆現(xiàn)象；輔

34、助密封圈發(fā)生老化，失去彈性，影響密封性能；密封裝置若與大氣接觸，其低溫使大氣的水蒸汽凍結(jié)在密封面上，加速摩擦副的磨損；另外密封面上的液膜汽化現(xiàn)象對密封特性也有重要影響。所以低溫用機(jī)械密封需要考慮以下幾個方面的問題：,溫度為0~-50℃時視為普冷機(jī)械密封，當(dāng)溫度低于-50℃時視為深冷機(jī)械密封。,54,二、低溫條件,用金屬密封圈或金屬波紋管代替輔助密封圈，在超低溫條件下常采用不銹鋼或銅合金來制作的金屬波紋管。這樣能保持優(yōu)異的彈性補償和消除種

35、種因素引起的機(jī)械振動，使兩密封面緊密貼合保持良好的運動狀態(tài)。防止波紋管疲勞，波紋管雖然有優(yōu)異的彈性，但在超低溫時，其塑性也有一定的下降，硬度增大，疲勞壽命降低。若把波紋管置于旋轉(zhuǎn)運動中，則會加速疲勞破壞。故在超低溫下常采用靜止式結(jié)構(gòu)。與大氣隔絕。密封腔與大氣隔絕能減少冷損，提高泵的效率和抗蝕性能，防止摩擦面上產(chǎn)生水結(jié)冰，加速端面的磨損。選擇導(dǎo)熱性和低溫性能好的材料，如石墨、青銅等。防止液膜汽化，可采取急冷和沖洗液（均勻低溫流體）

36、并用的措施。,55,三、高壓與真空,按照密封術(shù)語，壓力在常壓1MPa稱作低壓；大于1~3MPa屬于中壓；超過3~15MPa稱為高壓。,高壓可能使密封環(huán)產(chǎn)生力變形或破裂，真空條件下，由于分子 降低，分子間摩擦力小，與相同壓差的正壓相比，真空更易滲漏。解決問題應(yīng)從結(jié)構(gòu)型式、材質(zhì)、冷卻與潤滑等方面作一合適的選擇，選擇的重點是密封型式和材料。,56,平衡系數(shù)β值的選擇端面比壓是考核密封性能和耐磨性能的重要指標(biāo)，選用密封所允許的最小端面比壓對

37、提高使用壽命有利，高壓下一般取較大的β值，多采用平衡型結(jié)構(gòu)。多端面結(jié)構(gòu)當(dāng)端面負(fù)荷達(dá)到15MPa以上時，僅依靠材料的選擇及結(jié)構(gòu)型式，都會非常危險。這時可采用串聯(lián)式多端面結(jié)構(gòu)，將前級密封的端面比壓設(shè)計得小些，允許較大的泄漏量，也可采用流體靜壓式或流體動壓式結(jié)構(gòu)，使密封端面維持良好的潤滑狀態(tài)。對于真空用機(jī)械密封盡可能造成液膜形成的條件，如采用雙端面結(jié)構(gòu)加封液循環(huán)、外裝單端面結(jié)構(gòu)加油盒潤滑等強化潤滑的措施。高壓條件下，密封環(huán)采用強度、剛

38、度高的材料。,,57,工作壓力30MPa，轉(zhuǎn)速2000rpm。,58,59,60,61,四、高速,當(dāng)線速度超過25m/s時稱為高速機(jī)械密封。,高速條件下，由于PcV值大，摩擦功率消耗以及相應(yīng)產(chǎn)生的摩擦熱也大，易使端面溫度升高，造成液膜汽化出現(xiàn)干摩擦出現(xiàn)干摩擦而加劇磨損。高速還會引起轉(zhuǎn)動零件的振動，動平衡是一個主要解決的問題，必須從加強冷卻、改善潤滑條件、減少端面比壓和寬度等方面來解決。,62,結(jié)構(gòu)上的考慮：減少端面寬度b，摩擦產(chǎn)生的熱

39、量降低；將彈簧及其加荷裝置設(shè)計成靜止式的結(jié)構(gòu)。加強冷卻與潤滑，降低PcV值，減少摩擦熱，使端面液膜不汽化。,63,五、腐蝕性介質(zhì)條件,處于腐蝕性介質(zhì)中的密封元件，不僅要注意每一零件本身的耐蝕性，還應(yīng)防止兩種材料組合一起時產(chǎn)生的電偶腐蝕。尤其是環(huán)端面受到磨損和介質(zhì)腐蝕的同時作用時要注意這些材料的鈍化耐磨性和鈍態(tài)穩(wěn)定性。在結(jié)構(gòu)上我們可采用外裝式結(jié)構(gòu)，但輔助密封彈簧卻無法避免與介質(zhì)接觸。所以輔助密封圈的材料要求除了彈性之外，還需考

40、慮材料對介質(zhì)的耐腐蝕性和耐熱性。作為彈簧主要有以下幾種方法解決：彈簧外裝；彈簧保護(hù)層；泄漏液隔離采用多端面結(jié)構(gòu)等。,64,旋轉(zhuǎn)環(huán)采用填充聚四氟乙烯，靜止環(huán)用氧化鋁陶瓷，彈簧用塑料軟管或涂層保護(hù)，這種結(jié)構(gòu)可用于鹽酸(30％以上)、硫酸(50％以上)、硝酸(98％以上)．氫氧化鈉(10~40％)等大部分腐蝕性介質(zhì)。,強腐蝕介質(zhì)的密封結(jié)構(gòu)實例,65,六、含有固體粒子條件,1．含有固體顆粒的介質(zhì)容易出現(xiàn)：雜質(zhì)進(jìn)入密封端面間，將會劃傷密封面或

41、破壞液膜的連續(xù)性雜質(zhì)在補償環(huán)密封圈處沉積會影響補償環(huán)的浮動性雜質(zhì)沉積在彈簧上，將使彈簧失去作用2．提高含固體粒子條件下機(jī)械密封的壽命方法對降溫結(jié)晶性介質(zhì)，可采用保溫或適當(dāng)提高操作溫度阻止晶粒生成采用開式傳動大彈簧結(jié)構(gòu)，減少粒子沉積的影響采用輔助密封，如成型填料、甩砂環(huán)等密封環(huán)摩擦副選擇高耐磨材料沖洗措施可采用自沖洗和內(nèi)沖洗，多采用自沖洗，但由于內(nèi)含固體粒子，因此應(yīng)附設(shè)凈化裝置，對雜質(zhì)進(jìn)行分離與過濾，如小型旋流器、過濾器

42、等。,66,第四節(jié) 機(jī)械密封失效原因與故障分析,一、機(jī)械密封的故障在零件上的表現(xiàn)    1、密封端面的故障：磨損、熱裂、變形、破損(尤其是非金屬密封端面)。    2、彈簧的故障：松弛、斷裂和腐蝕。    3、輔助密封圈的故障：裝配性的故障有掉塊、裂口、碰傷、卷邊和扭曲；非裝配性的故障有變形、硬化、破裂和變質(zhì)。  &#

43、160; 機(jī)械密封故障在運行中表現(xiàn)為振動、發(fā)熱、磨損，最終以介質(zhì)泄漏的形式出現(xiàn)。,67,二、機(jī)械密封振動、發(fā)熱的原因分析及處理,1、動靜環(huán)端而粗糙。    2、動靜環(huán)與密封腔的間隙太小，由于振擺引起碰撞。處理方法：增大密封腔內(nèi)徑或減小轉(zhuǎn)動件外徑，至少保證0.75mm的間隙。    3、密封斷面耐腐蝕和耐溫性能不良，摩擦副配對不當(dāng)。處理方法：更改動靜環(huán)材料，使其耐溫，耐腐蝕。

44、    4、冷卻不足或斷面再安裝時夾有顆粒雜質(zhì)。處理方法：增大冷卻液管道管徑或提高液壓。,68,三、機(jī)械密封泄漏的原因分析及處理,1、靜壓試驗時泄漏    ①密封端面安裝時被碰傷、變形、損壞。    ②密封端面安裝時，清理不凈，夾有顆粒狀雜質(zhì)。    ③密封端面由于定位螺釘松動或沒有擰緊，壓蓋（靜止型的靜環(huán)組件

45、為壓板）沒有壓緊。    ④機(jī)器、設(shè)備精度不夠，使密封面沒有完全貼合。    ⑤動靜環(huán)密封圈未被壓緊或壓縮量不夠或損壞。    ⑥動靜環(huán)V形密封圈方向裝反。 ⑦如果是軸套漏，則是軸套密封圈裝配時未被壓緊或 壓縮量不夠或損壞。處理方法：應(yīng)加強裝配時的檢查、清洗，嚴(yán)格按技術(shù)要求裝配。,69,,2、周期性或陣發(fā)性泄漏

46、0;   ①轉(zhuǎn)子組件軸向竄動量太大。處理方法：調(diào)整推力軸承，使軸的竄動量不大于0.25mm。    ②轉(zhuǎn)子組件周期性振動。處理方法：找出原因并予以消除。    ③密封腔內(nèi)壓力經(jīng)常大幅度變化。處理方法：穩(wěn)定工藝條件。,70,四 機(jī)械密封典型失效原因分析,1、機(jī)械密封本身問題 鑲裝不到位或不平整。 載荷系數(shù)太大或端面比壓設(shè)計不合理。

47、 材質(zhì)選用不當(dāng)。 密封面不平。 密封面太寬或太窄。,71,,2、輔助系統(tǒng)問題 工況條件復(fù)雜，但沒有沖洗等輔助設(shè)施。 沖洗管堵塞。 冷卻管結(jié)垢。3、介質(zhì)及工作條件問題 介質(zhì)腐蝕性強。 介質(zhì)中有固體顆粒。 設(shè)備抽空。 密封面結(jié)晶。 介質(zhì)粘度太大,72,,4、泵的問題 軸的加工精度不佳、串軸、跳動、安裝間隙過大。 泵開啟后振動太大。

48、 壓蓋墊環(huán)不佳。 密封箱不平。 機(jī)械密封安裝沒有達(dá)到應(yīng)有的壓縮量。,73,五 常見的滲漏現(xiàn)象,機(jī)械密封滲漏的比例占全部維修泵的50 %以上，機(jī)械密封的運行好壞直接影響到水泵的正常運行，現(xiàn)總結(jié)分析如下： 1、周期性滲漏（1）泵轉(zhuǎn)子軸向竄動量大，輔助密封與軸的過盈量大，動環(huán)不能在軸上靈活移動。在泵翻轉(zhuǎn)，動、靜環(huán)磨損后，得不到補償位移。對策：在裝配機(jī)械密封時，軸的軸向竄動量應(yīng)小于0．1mm ，輔助密封與軸的過盈量應(yīng)適中，在保證徑向

49、密封的同時，動環(huán)裝配后保證能在軸上靈活移動（把動環(huán)壓向彈簧能自由地彈回來）。（2）密封面潤滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。對策：油室腔內(nèi)潤滑油面高度應(yīng)加到高于動、靜環(huán)密封面。（3）轉(zhuǎn)子周期性振動。原因是定子與上、下端蓋未對中或葉輪和主軸不平衡，汽蝕或軸承損壞（磨損），這種情況會縮短密封壽命和產(chǎn)生滲漏。對策：可根據(jù)維修標(biāo)準(zhǔn)來糾正上述問題。,74,,2、由于壓力產(chǎn)生的滲漏：（1）高壓和壓力波造成的機(jī)械密封滲漏由于彈簧比壓力及總

50、比壓設(shè)計過大和密封腔內(nèi)壓力超過3MPa 時，會使密封端面比壓過大，液膜難以形成，密封端面磨損嚴(yán)重，發(fā)熱量增多，造成密封面熱變形。 對策：在裝配機(jī)封時，彈簧壓縮量一定要按規(guī)定進(jìn)行，不允許有過大或過小的現(xiàn)象，高壓條件下的機(jī)械密封應(yīng)采取措施。為使端面受力合理，盡量減小變形，可采用硬質(zhì)合金、陶瓷等耐壓強度高的材料，并加強冷卻的潤滑措施。（2）真空狀態(tài)運行造成的機(jī)械密封滲漏泵在起動、停機(jī)過程中，由于泵進(jìn)口堵塞，抽送介質(zhì)中含有氣體等原因，有

51、可能使密封腔出現(xiàn)負(fù)壓，密封腔內(nèi)若是負(fù)壓，會引起密封端面干摩擦，內(nèi)裝式機(jī)械密封會產(chǎn)生漏氣（水）現(xiàn)象，真空密封與正壓密封的不同點在于密封對象的方向性差異，而且機(jī)械密封也有其某一方向的適應(yīng)性。 對策：采用雙端面機(jī)械密封，這樣有助于改善潤滑條件，提高密封性能。,75,,3、由于介質(zhì)引起的滲漏：（1）大多數(shù)潛污泵機(jī)械密封拆解后，靜環(huán)和動環(huán)的輔助密封件無彈性，有的已經(jīng)腐爛，造成了機(jī)封的大量滲漏甚至有磨軸的現(xiàn)象。由于高溫、污水中的弱酸、弱堿

52、對靜環(huán)和動環(huán)輔助橡膠密封件的腐蝕作用，造成了機(jī)械滲漏過大，動、靜環(huán)橡膠密封圈材料為丁腈—40 ，不耐高溫，不耐酸堿，當(dāng)污水為酸性堿性時易腐蝕。 對策：對腐蝕性介質(zhì)，橡膠件應(yīng)選用耐高溫、耐弱酸、弱堿的氟橡膠。（2）固體顆粒雜質(zhì)引起的機(jī)械密封滲漏如果固體顆粒進(jìn)入密封端面，將會劃傷或加快密封端面的磨損，水垢和油污在軸（套）表面的堆積速度超過摩擦副的磨損速度，致使動環(huán)不能補償磨耗位移，硬對硬摩擦副的運轉(zhuǎn)壽命要比硬對石墨摩擦副的長，因為

53、固體顆粒會嵌入石墨密封環(huán)的密封面內(nèi)。 對策：在固體顆粒容易進(jìn)入的位置應(yīng)選用碳化鎢對碳化鎢摩擦副的機(jī)械密封。,76,六 機(jī)封正常運行和維護(hù)問題,1. 啟動前的準(zhǔn)備工作及注意事項         a.全面檢查機(jī)械密封，以及附屬裝置和管線安裝是否齊全，是否符合技術(shù)要求。       

54、;  b.機(jī)械密封啟動前進(jìn)行靜壓試驗，檢查機(jī)械密封是否有泄漏現(xiàn)象。若泄漏較多，應(yīng)查清原因設(shè)法消除。如仍無效，則應(yīng)拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗壓力用2-3公斤/平方厘米。         c.按泵旋向盤車，檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動時，則應(yīng)檢查裝配尺寸是否錯誤，安裝是否合理。,77,,2.安裝與停運  &#

55、160;      a.啟動前應(yīng)保持密封腔內(nèi)充滿液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時，應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動前必須盤車，以防止突然啟動而造成軟環(huán)碎裂。         b.對于利用泵外封油系統(tǒng)的機(jī)械密封，應(yīng)先啟動封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng)。     &#

56、160;   c.熱油泵停運后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水，應(yīng)待端面密封處油溫降到80度以下時，才可以停止冷卻水，以免損壞密封零件。,78,,3.運轉(zhuǎn)         a.泵啟動后若有輕微泄漏現(xiàn)象，應(yīng)觀察一段時間。如連續(xù)運行4小時，泄漏量仍不減小，則應(yīng)停泵檢查。    

57、60;   b.泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn)，壓力波動不大于1公斤/平方厘米。         c.泵在運轉(zhuǎn)中，應(yīng)避免發(fā)生抽空現(xiàn)象，以免造成密封面干摩擦及密封破壞。,79,,機(jī)械密封本身是一種要求較高的精密部件，對設(shè)計、機(jī)械加工、裝配質(zhì)量都有很高的要求。在使用機(jī)械密封時，應(yīng)分析使用機(jī)械密封的各種因素，使機(jī)械密封適用于各種泵的技術(shù)要求和使