机械密封培训讲义全解

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轴 径
≤16
≤35
≤55
≤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)。
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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
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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(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)
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
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.
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。
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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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(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
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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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(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
• 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:
机械密封培训
讲师:陈哲
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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。
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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 ℃)
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;
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。
(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
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:
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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
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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
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;
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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26Biblioteka (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
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
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
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。
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