过程装备密封技术

时间匆匆而逝，就这样度过了愉快的一个学期，本学期《过程装备密封技术》课中的重点内容是静密封和动密封，而其中最为重要的是填料密封和机械密封。

密封可分为静密封和动密封两大类，其他按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。

动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有时称为动力密封。

密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施。

静密封指严密地封闭密封舱密封容器用于密封函件。

静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。

根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。

中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度很窄的金属垫片。

动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。

按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。

动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有时称为动力密封。

根据密封结构的类型、密封机理、密封件形状和材料等，密封的分类情况为：静密封通常是指两个静止面之间的密封，密封办法主要是使用垫圈。

填料装入填料腔以后，经压盖对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。

与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。

由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的凹部形成小油槽，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应”。

这就是填料密封的机理。

显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。

也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。

若润滑不良，或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。

为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整，以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。

显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。

此外，为了液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。

一、填料密封的工作机理在机械行业填料密封主要用作动密封。

常用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机的转轴密封，在填料密封的设计选择上，应以机械设备的工作条件为主要考虑因素，填料的选择应考虑具备如下条件：1、有一定的塑性，在压紧力作用下能产生一定的径向力并与紧密轴接触。

2、有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面。

3、填料自润滑性能良好，耐磨，摩擦系数小。

4、轴存在少量偏移时，填料应有足够的浮动弹性。

5、制造简单、填装方便为此，需要经常对填料的压紧程度进行调节，使填料中的润滑剂在运行一段时间而有所流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。

当然这样经常挤压填料，最后将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。

此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。

6、盘根填料在水泵使用中存在的问题水泵的轴封一般采用油浸石棉盘根或油浸棉纱盘根。

油浸石棉盘根具有耐热性、柔软性好、强度高等优点，但它也有致命的缺点：编结后表面粗糙、摩擦系数大、有渗漏现象，另外使用久了浸入的润滑剂容易流失。

浸油棉纱盘根在水中长期浸泡会变得很硬，而且由于膨胀系数大，摩擦力较大。

在实际生产中，经常出现这样的状况：新修好的设备，开始运行时轴封状况良好，但用不了多久，泄漏量便不断增加，调整压盖和更换填料的工作也逐渐频繁，运转不到一个周期，轴套就已磨损成花瓶状，严重时还会出现轴套磨断，并且水封环后面更换不到的盘根均已腐烂，无法起到密封作用。

总的来开，盘根填料具有如下缺点：（1）盘根填料与轴直接接触，且相对转动，造成轴与轴套的磨损，所以必须定期或不定期更换轴套。

（2）为了使盘根与轴或轴套间产生的摩擦热及时散掉，盘根密封必须保持一定量的泄漏，而且不易控制（3）盘根与轴或轴套间的摩擦，造成电机有效功率降低，消耗电能，有时甚至达到5％－10％的惊人比例。

总的来看，盘根填料具有如下缺点：从填料密封的原理来看，流体在密封腔内可泄漏的通道有三处：其一是流体穿透纤维材料造成泄漏；其二是从填料与填料箱体之间泄漏；其三是从填料与轴表面之间泄漏。

因此防止水泵泄漏最为关键的措施是：（1）合理选择密封填料；（2）设计合理的密封腔体，调整适当的密封压紧力。

二、机械密封的工作原理机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

1、机械密封常用材料的选用清水；常温；(动)9Cr18，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，青铜，酚醛塑料。

河水（含泥沙）；常温；（动）碳化钨，（静）碳化钨海水；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷；过热水100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷；汽油，润滑油，液态烃；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂或锡锑合金石墨，酚醛塑料。

汽油，润滑油，液态烃；100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨；（静）浸青铜或树脂石墨。

汽油，润滑油，液态烃；含颗粒；（动）碳化钨；（静）碳化钨。

2、密封材料的种类及用途密封材料应满足密封功能的要求。

由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料的具有不同的适应性。

对密封材料的要求一般是：1）材料致密性好，不易泄露介质；2）有适当的机械强度和硬度；3）压缩性和回弹性好，永久变形小；4）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂；5）抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上；6）摩擦系数小，耐磨性好；7）具有与密封面结合的柔软性；8）耐老化性好，经久耐用；9）加工制造方便，价格便宜，取材容易。

橡胶是最常用的密封材料。

除橡胶外，适合于做密封材料的还有石墨等，聚四氟乙烯以及各种密封胶等。

3、机械密封安装、使用技术要领1)、设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米；2)、设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密封部位；3)、在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦付破损而密封失效；4)、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装；5)、安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求；6)、安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性；7)、安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉；8)、设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效；9)、对易结晶、颗粒介质，对介质温度>80oC时，应采取相应的冲洗、过滤、冷却措施，各种辅助装置请参照机械密封有关标准。

10)、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，要特别注意机械油的选择对于不同的辅助密封材质，避免造成O型圈侵油膨胀或加速老化，造成密封提前失效。

4、机械轴封有哪三个密封点，及这三个密封点的密封原理动环与静环之间的密封：是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。

这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。

两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。

5、机械密封技术的种类当前采用新材料和工艺的各种机械密封的新技术，进展较快，有下列的机械密封新技术。

密封面开槽密封技术近年来，在机械密封的密封端面上开了各种各样的流槽，以产生流体静、动压效应，现在还在不断更新。

零泄漏密封技术过去总认为接触式和非接触式机械密封不可能达到零泄漏（或无泄漏）。

以色列利用开槽密封技术，提出零泄漏非接触式机械端面密封的新概念，并已用于核电站润滑油泵中。

干运转气体密封技术这类密封是将开槽密封技术用于气体密封。

上游泵送密封技术即利用密封面上开流槽将下游少量泄漏流体泵送回上游。

上述几类密封的结构特点是：采用浅槽，且膜厚和流槽的深均属微米级，并采用润滑槽，径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分。

也可以说开槽密封是平面密封和开槽轴承的结合。

其优点是泄漏量小（甚至无泄漏）、膜厚大，消除接触摩擦、功耗和发热量小。

热流体动压密封技术它是利用各种形状较深的密封面流槽，造成局部热变形，以产生流体动力楔效应。

这种具有流体动压承载能力的密封，称之为热流体动力楔密封。

波纹管密封技术可分为成型金属波纹管和焊接金属波纹管机械密封技术，多端面密封技术分为双密封、中间环密封、多密封技术。

另外还有平行面密封技术、监控密封技术、组合密封技术等。

6、机械密封冲洗方案及特点冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。

三、密封材料应满足密封功能的要求：由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料具有不同的适用性。

对密封材料的要求是：①材料致密性好，不易泄漏介质；②有适当的机械强度和硬度；③压缩性和回弹性好，永久性变形小；④高温下不软化、不分解，低温下不硬化、不脆裂；⑤抗腐蚀性能好，在酸、碱、油等介质中能长期工作，其体积一硬度变化小，且不粘附在金属表面上；⑥摩擦系数小，耐磨性好；⑦具有与密封面贴全的柔软性；⑧耐老化性好，经久耐用；⑨加工制造方便，价格便宜，取材容易。

显然，任何一种材料要完全满足上述要求是不可能的，但具有优异密封性能的材料能够满足上述大部分要求。

可橡胶是最常用的密封材料，除橡胶外，适合于做密封材料的还有石墨带、聚四氟乙烯以及各种密封胶等四、机械密封与填料密封比较，有如下优点：①密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为填料密封的1/100；②使用寿命长在油、水类介质中一般可达1～2年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上；③摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；④轴或轴套基本上不受摩损；⑤维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；⑥抗振性好对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；⑦适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。