机械密封课件全解

三、机械密封的常用材料
1、端面摩擦副
在选择摩擦副组对材料时应注意的原则：耐磨性； 耐腐蚀性好；有足够的机械强度；良好的耐热性和热传 导性能；摩擦系数小且有一定的自润滑性；气密性好； 易成形和易加工。 常用的材料有：石墨、陶瓷、堆焊硬质合金、碳化钨 合金、SiC ,填充聚四氟乙烯、锡青铜、钢结硬质合金、 不锈钢、酚醛塑料、尼龙等 。常用材料性质如下： 1）碳化钨合金 由碳化钨、碳化钛等硬度高、熔点 高的金属碳化物，是用加粘结剂粉末冶金的办法，压制 烧结成型。优点是硬度、强度都很高。耐磨、耐高温、 耐腐蚀、线膨胀系数低，缺点是性脆，加工困难。碳化 钨是应用最广泛的端面密封副材料，多用作中低速机械 密封的静环，高速机械密封的动环。
5）其他分类
按密封腔温度分 t＞150℃ 80＜t≤150℃ -20≤t≤80℃ t＜-20℃ 按密封腔压力分 p＞15MPa 3＜p≤15MPa 1＜p≤3MPa 常压≤p≤1MPa 负压
高温机械密封 中温机械密封 普温机械密封 低温机械密封 超高压机械密封 高压机械密封 中压机械密封 低压机械密封 真空机械密封
机械密封概述及常见故障处理
一、机械密封的工作原理
机械密封是解决旋转轴与泵壳之间密封的元器件。 它是由一个或多个垂直与泵轴作相对滑动的端面在 流体压力或补偿力（加载弹力）作用下，保持端面 贴合并配以辅助密封而达到阻止泄漏的机械装置。 如下图
1、工作原理
如图1所示：轴通过紧定螺钉（5）和传动座（4 ），带动动环（2）旋转，静环（1）在防转销（7） 作用下固定不动，依靠介质压力和弹簧力使动静环之 间的密封端面紧密贴合，阻止了介质的泄漏。摩擦副 表面磨损后，在弹性元件（3）的推动下实现补偿。 为了防止介质通过动环与轴之间泄漏，装有动环密封 圈（6） 而静环密封圈（8）则阻止了介质沿静环和压 盖（9）之间的泄漏。
双端面机械密封(a)背靠背、(b)面对面
3）按弹性元件的形式可分为：大弹簧式、多弹簧式 、波纹管式、金属弹片式。 大弹簧式机械密封端面上的弹簧压力，尤其在 轴径较大时分布不够均匀，因此大弹簧式的机械 密封常用于较小轴径而且低速的机械密封。多弹 簧式机械密封的弹性补偿元件由多个小弹簧组成 因此也叫小弹簧式，其弹力簧压力分布则相对比 较均匀，而适用于大轴径高速密封。但多弹簧的 弹簧丝径细，由于腐蚀或结晶颗粒积聚易引起弹 簧失效。波纹管密封取消了滑移O型圈，进而取 消了滑移O型圈全带来的摩擦力，因此具有良好 的追随性。此外，波纹管密封还具有其他良好的 特性，如断面受力均匀、线性补偿泄漏量小、抗 震性及高速性、耐高温及使用寿命长等。
四、机械密封的辅助设施
所有辅助设施中最主要的工作方式是冲洗。冲洗是 将密封流体注入到密封腔内，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。冲洗的方式主要有内冲洗和 外冲洗。 1、内冲洗分为正冲洗、反冲洗、全冲洗 正冲洗：从泵出口经过限流孔板到泵的密封腔中。 反冲洗：从密封腔经过限流孔板再回到泵的入口。 全冲洗：双支撑泵一般采用两向冲洗，出口端密封腔 中的压力高于入口端，将两端密封用管线连接．对泵 出口端是反向冲洗，泵入口端是正向冲洗，故称全冲 洗。
2）石墨 石墨的优点是耐腐蚀性和自润滑性好，摩擦系 数小，耐热冲击性好并易加工。缺点是机械强度低，有孔隙。 石墨的这两个缺点可以用浸渍和渗碳的办法改善。浸渍石墨 可分为浸树脂和浸渍金属两种。浸树脂石墨耐腐蚀性好，但 不耐高温(耐温约170—200℃）；浸渍金属石墨耐温性好(浸 青铜、铝、铅等耐高温可达400~500℃)，但耐腐蚀性差。 石墨是使用最广泛的非金属材料，用作中低速机械密封的动 环和高速机械密封的静环。好的石墨，肉眼看来致密，手指 摸来不大脱粉，不大染黑手指。 3）陶瓷 陶瓷的优点是耐腐蚀性好，硬度很高，耐磨性 好，缺点是脆性大以及硬度过高而难以加工。应用较多是氧 化铝陶瓷，还有金属陶瓷。陶瓷多用于腐蚀性介质、中低速 的场合。 4）堆焊硬质合金 在碳钢、铬钢的密封面上堆焊硬质合 金，优点是硬度高，耐磨性好，耐温性好（500℃以下）， 耐腐蚀或气蚀性好，缺点是易产生气孔、夹渣和表面硬度不 均匀。
(a)为静止式、(b)为旋转式
2)按密封端面的对数可分为：单端面和双 端面。
由一对密封端面组成的为单端面机械密封。两组密封 端面“背靠背”（下图a）或“面对面”（下图b）布置 的密封叫双端面机械密封。双端面密封多用于工作介质有 毒、易爆、易燃、易挥发、易结晶、高温、低温或工作介 质是气体，或对于高真空度的介质。此时双端面之间的密 封腔引入隔离流体进行堵封、润滑和冷却。一般情况下封 液选用洁净和润滑性好的介质。
2、机械密封压缩量的测量
1）用深度尺测出从轴套底部到轴套内轴肩处的数值m1，然后测出从轴 套底部到动环密封面的数值m2，L2=m1-m2。L2为动环未压缩前的数值 ，然后测出静环密封面到机封压盖密封面的距离L1，则此机封压缩前 的数值为S1=L2+L1（如果静环密封面低于机封压盖密封面，则此机封 未压缩前的数值为L2-L1）
3、弹性元件材料
1）弹簧材料 对弹簧材料的要求是：弹性好，耐介质 腐蚀。常用弹簧材料有不锈弹簧钢(1Cr18Ni9Ti等)、铬钢 (3Cr13、4Cr13等)、碳索弹簧钢(60si2Mn等)和磷青铜。 2）波纹管材料 对波纹管材料的要求是：良好的焊接 性能、较大的弹性、一定的耐腐蚀性。常用的波纹管材料 有铁基、铜基和镍基合金以及钛材等，一般以钛基中的镍 铬奥氏体带材为主，尤以1Cr18Ni12Mo2Ti用得最多。高 镍弹性合金被认为是制作波纹管较理想的材料，含铝的材 料用一般焊接技术时会遇到困难。目前国外用得最多的波 纹管材料有AM350（近似Cr16Ni45MnMo3N ）属于固溶 体、低强度、低硬度、高延伸率。
上述各种内冲洗用在温度 不高清洁流体的密封上。 对于温度较高的清洁流体， 则采用带有冷却的自冲洗。 它是经过泵送装置将流体 从密封腔中排出，通过限 流孔板和冷却器，温度降低 后再送入密封腔中，如果流
体不清洁则可在管路中增设过滤器。
2、外冲洗
对于内装单端面密封，当被密封介质不宜作密 封流体时，比如被密封介质含固体颗粒或温度高 、粘度大（如焦化装置中的辐射泵），需从外部 引入密封流体（常用蜡油和柴油），注入到密封 腔中，改善密封的工作环境。 对于采用单端面密封的高温泵、易结晶或含固 体颗粒以及腐蚀介质泵，均可采用注入式冲洗。
五、机封的安装及压缩量的测量
1、机械密封安装 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副破损而密 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；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。 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。
二、机械密封的分类及特点
1）按弹簧元件旋转或静止可分为：旋转式 和静止式。补偿机构不随轴旋转的称为静止 式机械密封（下图a）；补偿机构随轴旋转 的称为旋转式机械密封（图b）。补偿机构 旋转时易产生质量不平衡，同时消耗搅拌功 率，因此，旋转式密封不能用于高速；而静 止式密封可用于高速。但是旋转式密封安装 较方便，所以，普通的机械密封大多采用旋 转式结构。
外冲洗的特点和wenku.baidu.com用
特点：引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔 进行冲洗。 应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05--0.1MPa ，适 用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的流量应保证 带走热量，还需满足冲洗的需要，不会产生对密封件的冲 蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁 冲洗液的流速应小于 5m/s; 含有颗粒的浆状液体须小于 3m/s ，为达到上述的流速值，冲洗液与密封腔压力的差 值应<0.5MPa，一般取0.05--0.1MPa，对双端面机械密封 可取 0.1--0.2MP. 冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置， 应设置在密封端面附近，且应在靠近动环侧，为了防止石 墨环被冲蚀或因冷却不均引起温差变形，以及杂质堆积和 结焦等，可采用切向引入或多点冲洗。
2、机械密封中流体的泄漏途径
机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的A、B、 C、D四个通道。 1）C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳 体之间的密封，二者均属静密封。 2）B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨 损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动， 实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通 道相对来说比较容易封堵。 3）还有一个密封点，就是轴套与轴之间的密封，它 也属于静密封。
2、机械密封的故障表现
(1)密封端面的故障:磨损、热裂、变形、破损(尤其是非 金属密封端面) 。 (2) 弹簧的故障:松弛、断裂和腐蚀。 (3) 辅助密封圈的故障:装配性的故障有掉块、裂口、碰 伤、卷边和扭曲;非装配性的故障有变形、硬化、破裂和 变质。 机械密封的故障在运行中集中表现为振动、发热、磨损, 最终以介质向外泄漏的形式出现。 离心泵在运转中忽然泄漏少数是因正常磨损或已达到 使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护 不当引起的。 主要的原因有：
介质的泄漏途径
4）A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作 相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密 封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此 ，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封 端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面 上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的 润滑液膜，会加速端面的磨损;压力过小，泄漏量 增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿 命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面 单位面积压力值在最适当的范围。
2）测出轴肩到泵托架接触面的距离n1,泵盖接触面到压 盖接触面的距离n2,S2=n1+n2为机封压缩后的数值。 3）压缩量S=S1-S2。压缩量随轴径的增加而增加，数 值一般在3—8mm之间。
六、机械密封的泄露原因分析及处理
离心泵机械密封种类繁多,型号各异,但它们的泄漏点基本上都表现 在6处: ①动、静环端面处; ②静环与静环盒的辅助密封处; ③动环与 轴套的辅助密封处; ④静环盒与密封泵体之间的密封处; ⑤轴套与泵 轴之间的密封处; ⑥动环镶嵌结构配合处。
2、辅助密封圈材料
对辅助密封材料的要求是弹性好，摩擦系数小，耐 磨、耐热和低温性好，抗介质腐蚀、溶解和老化等， 此外还要求在压缩后和长期使用中残余变形好。常用 的辅助密封圈材料是橡胶和聚四氟乙烯，此外还有软 聚氯乙烯。 1）聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的优点是化学稳定性、 耐油、耐溶解、耐湿性优异，摩擦系数低，适用各种 腐蚀介质，缺点是弹性比橡胶差，易产生永久变形。 2）橡胶 橡胶有较好的弹性、缓冲性、吸振性、耐 热性、耐腐蚀性。橡胶密封圈的密封效果好，应用最 广泛。常用的橡胶有硅橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶和 氟橡胶等。
1）抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破 坏； 2）对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环， 热量积聚，引起介质气化，导致密封失效； 3）回流量偏大，导致吸人管侧容器(塔、釜、 罐、池)底部沉渣泛起，损坏密封； 4）对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车 ，摩擦副因粘连而扯坏密封面； 5）介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多； 6）环境温度急剧变化； 7）工况频繁变化或调整； 8）忽然停电或故障停机等。离心泵在正常运转 中忽然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大 事故或损失，须予以重视并采取有效措施。
机封的弹性元件
4）集装式机械密封
所谓集装式机械密封就是通过密封自带轴套和端盖 将单（双）端面机械密封组合在一起，为整体安装形 式。将其安装到泵上后，不做任何调整（包括弹簧的 压缩量），只需固定轴套和压盖再把剖分式卡环（见 下图中的A）取下，即可投入使用。集装式机械密封在 设计上还有一个特点：卡环的（轴向）宽度就等于弹 簧的压缩量，因此，从外部就可以知道该值的大小。