机械密封培训讲义全解

12、闪蒸现象：在密封端面液膜突然迅速汽化的一种现象；
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13、载荷系数K ： 介质压力对补偿环的有效作用A面积与密封端面面积S之比： K=A/S
K=（d22－d02）/（d22－d12） d0为介质分界圆直径 当K≥1时，机械密封为非平衡型；使用压力：小于0.7Mpa 当K＜1时，机械密封为平衡型；使用压力：大于（0.6-09）Mpa 当K＜0时，机械密封为过平衡型；极少使用；
机械密封培训
讲师：陈哲
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目
录
一、机械密封原理
二、机械密封的基本零件
三、机械密封用材料 四、机械密封冷却和冲洗方案 五 、机械密封的安装和使用 六、机械密封故障分析 七、番茄行业典型泵的密封
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（一）机械密封工作原理
• 机械密封是一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装 置，主要依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧 和介质压力与弹性元件压力的压紧而实现密封的，又 叫做端面机械密封或端面密封。
1.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 4.传动机构：使动环 随旋转
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（三）机封主要泄漏途径
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（四）密封环的主要技术要求
（１）平面度0.0009mm，硬质Ｒａ≤0.2um，软质Ｒａ≤0.4um， 表面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷。 （２）密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按 ＧＢ１１８４－８０的７级精度要求。
（３）安装辅助密封圈处粗糙度：Ｒａ≤3.2，径向尺寸公
外流式
非平衡式 0.3-0.5 平衡式 0.3-0.5
过平衡式 0.2-0.4
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PV值 密封端面的摩擦热同时取决于压力和速度。密封端面的 性质要考虑P、V的乘积，即PV值。 PV值过大：液膜气化，密封失效，端面严重磨损。因此 对一定摩擦系数的端面材料组对，对某种介质有一许用PV值。 P：端面比压 V=π（d1＋d2）n/120×10－3 PV＜［PV］ 各种组对在非平衡型机械密封中的许用［PV］值
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。
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（十四）波纹管机械密封
去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处 , 补偿环追随性提高.
避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。
金属波纹管用于高温介质 聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。
SiC/石 墨 SiC/ SiC WC/石 墨 WC/ WC WC/ 填充PTFE Al2O3/石 墨 Cr2O3喷涂/ 石墨 Stellite/ 石墨
WC/青铜
180
14.5
7~15
4.4
5
2
3~7.5
15
3~9
12
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（六）机械密封的优、缺点
机械密封优点： 1、密封性好，泄漏量一般在3-5ml/h以下； 2、工作寿命长，清洁介质可达7000h以上； 3、工作时不需经常调整，使用方便； 4、轴功率的耗小，一般为填料的10%-50%； 5、轴和轴套不磨损； 6、对旋转轴的轻微摆动不敏感，耐振动性强； 7、使用范围广，适用高温、低温、腐蚀等工况； 机械密封缺点：结构复杂、加工要求高、需要一定的安装技术、价 格较高等。
℃
（4）泵用、釜用和压缩机用密封 （5）耐腐蚀、抗颗粒机械密封
2、 通常按结构分类
1）多弹簧、单弹簧密封 2）旋转式、静止式密封 3） 外装式、内 装式密封 4）外流式、内流式密封
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（八）旋转式和静止式机械密封（图1-2）
（1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。) （由于安装方便，普 通密封大多采用，但易产生不平衡，不能用于高速, 且消耗搅拌功率 （2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。（用于高速） 2017/10/27
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（九）内装式和外装式机械密封（图1-3）
（1） 内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。
（用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合） （2） 外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。 （用于低压、腐蚀性强的场合） 2017/10/27
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（十）内流式和外流式机械密封
（一般和内装式、外装式一致） （1）内流式：泄漏方向朝向轴心。（一般密封都采用这
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机械密封端面比压、弹簧比压和载荷系数推荐值
密封类型 内流式
端面比压Mpa 弹簧比压Mpa 载荷系数K 非平衡式 0.3-0.6 平衡式 0.3-0.6 0.08-0.3 0.08-0.3 0.1-0.3 0.1-0.3 ------1.15-1.30 0.55-0.85 1.2-1.3 0.65-0.8 -0.35—-0.15
如图1-1） 泄漏点1—摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持贴和 （动密封点,两个摩擦副之间有相对转动） 泄漏点2—补偿环密封圈，静密封点，密封圈与轴或轴套之间 有微动; 泄漏点3—非补偿环密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之 间相对静止; 泄漏点4—压盖与腔体间的密封圈，静密封点，密封圈与相配 合件之间相对静止.
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（四）机械密封辅助设施
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。
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（五）机械密封基本概念
1）密封环带：较窄密封端面内外径之间的环形区域； 2）弹簧比压：弹性元件施加到密封环带单位面积上的力 3）闭合力：由密封流体压力和弹性元件弹力作用于补偿 环使之对于非补偿环趋于闭合的力； 4）开启力：作用于补偿环使之对于非补偿环趋于开启的 般有液膜压力引起）； 5）平衡直径:密封流体压力在补偿环辅助密封处的有效作 力（一
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（三） 密封端面宽度
（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径—窄环外径 ≥0.5，宽环内径≤窄环内径－0.5； （2）泄漏量与摩擦副端面宽度关系不大
（3）窄的端面摩擦热少，温度梯度小，热变形小，磨损均匀；
（4）从受力角度出发，窄的端面整体强度和刚度差，易损坏 或变形。因此应综合考虑。对于普通密封，端面宽度推 荐值如下：
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轴 径
≤16
≤35
≤55
Hale Waihona Puke Baidu≤70
≤100
≤120
宽系列
中系列 窄系列
2.5
2.0 1.5
3.0
2.5 2.0
4.0
3.0 2.0
5.0
4.0 2.5
6.0
5.0 3.0
7.0
5.0 3.0
宽系列用于组对性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、工 况条件好的场合 窄系列用于组对性能欠佳（如 YG6/YG6、YG6/ 青铜）、饱 和蒸气压高、易挥发、颗粒介质，高速机械密封，（对于 轻烃介质，在强度够的情况下，取窄系列）。
保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损 坏，变形小，工作条件波动时影响小。 （2）端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。 （3）耐热冲击力 高的导热系数，低的线膨胀系数。 （4）较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有很 好的浸润性短时间干摩擦，不损伤端面。 （5）易加工，材料成本低 2017/10/27 22
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（七）动环（旋转环） 非补偿动环（只旋转，不能补偿，其后无弹性元件。) 补偿动环（既旋转，又作轴向补偿，其后有弹性元件。)
（ⅰ）辅助密封圈受轴向力，轴向、径向都起密封作用，这
种密封方式较为可靠。 （ⅱ）辅助密封圈只受径向力，易产生老化、冷流变形，从 而导致密封失效。 （ⅲ）波纹管：无作轴向补偿的辅助密封圈，因此，浮动 性好，密封圈不易失效。
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（十二）双端面机械密封（图1-4）
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。
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（十三）串联式机械密封（图1-5）
不行，只有用同一光源发出的光设法分成两束，才
满足相干条件）
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（ⅱ）相邻两条光带宽b=λ/2Sinθ，（θ为空气膜倾斜角）
（ⅲ）当e=0时，δ=λ/2（半波损失），出现暗条纹； （1）合格光带举例
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（六）密封端面的粗糙度要求
密封端面承载能力与表面粗糙度有很大关系，大约有 如下关系：
种结构）
（2）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大， 只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用） （十一）多弹簧和单弹簧机械密封 （1）多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均 匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。
（2）单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不
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均匀）不宜用于高转速的场合。
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（十五）集装式机械密封（图1-6）
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。
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二、机械密封的基本零件
（一）对摩擦副密封环的要求 摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度 上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本 要求。 （1）足够的强度和刚度
差Ｈ８或ｈ８。 上述要求是对普通机械密封而言，对转速较低的釜用 机械密封可适当放宽标准，对高速机封要求更高。
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（五）摩擦副端面平面度检测 平面度0.0009，普通量具无法检测，通常利用光波的干 涉效应来检测。 （1）光波的干涉效应 根据波动学原理，两波产生干涉的条件是： （a）两波在相遇点振向一致； （b）两波具有相同的频率； （c）两波在相遇点有固定的周相差 。（两个同样的钠光灯
用直径；
6）流体膜：机械密封端面之间的薄膜；
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（五）机械密封基本概念
7、端面比压：作用在密封环带上单位面积的闭合力； 8、pv值：密封流体压力与密封端面平均滑动速度的乘积； 9、干摩擦：在密封端面间无流体润滑膜的摩擦状态； 10、边界摩擦：在密封端面间存在一层只有若干分子层厚的不连续 极薄的流体膜的摩擦状态； 11、流体摩擦：密封端面完全被流体膜所隔开的摩擦状态；
（二）摩擦副匹配要考虑的因素
（1）一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，如 YG6/M106K， 只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高 时才选用硬对硬。
（ 2 ） 尽量采用内装、内流式结构，防止机械杂质进入密封 端面，减少泄漏量。
（3）选导热性良好材料作动环。 以利散热，降低端面温度。 （ 4 ） 环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散 热（导热欠佳的材料，可薄一些）。 （5）动环和轴（轴套）间隙（0· 4~0· 6）以利补偿 静环和轴（轴套）间隙1~3mm以免摩擦
• 原理：机械密封依靠弹性元件提供弹力，克服补偿环 辅助密封圈与轴之间的摩擦力，使补偿环紧密地贴合 在非补偿环的端面，形成密封端面初始闭合力，当主 机充满压力介质并开始工作时，可使密封端面产生闭 合力，从而使密封端面达到合理的比压，实现流体的 密封。
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二、机械密封原理
（一）定义与组成（图1-1） 组成:
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（七）机械密封的种类
1、 按使用条件分类 （1）高速密封（ZBJ22-001-88：线速度25～100m/s）和普通密封小于 25 m/s
（2）高压（3Mpa-15Mpa)和低压密封小于1Mpa
（3）高温（大于150℃）、中温（80 ℃ -150度℃ ）常温（-20 ℃-80 ℃)和低温密封（小于-20 ℃）
粗糙度 承载面积（%） 端面比压增加（倍） 3.2 4 24 0.8 12 7.3 0.4 40 1.5 0.2 95 0.05
由此可以看出，密封端面粗糙度应在0.2以上，否则， 端面比压比理论值高的多，结果是高点接触，局部压力很 高；由于摩擦副的硬度、刚度的差异，局部高点发热甚至 产生裂纹。石墨环表面磨出细微的环状沟纹。泵的振动和 动、静环的不同心会加剧这种磨损。被磨掉的颗粒存在于 端面中，形成磨粒磨损，磨损加剧，有时在泄漏的介质中 2017/10/27 可以看到石墨黑浆。