机泵密封基础知识及日常维护

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4. 其他结构件材料
机械密封的其他结构件，如弹簧座、 推环、旋转环座、非旋转环座、紧定螺 钉、传动销等，虽非关键部件，但其设 计选材也不能忽视，除应满足机械强度 要求外，还要求耐腐蚀。一般情况下用 2Crl3，在腐蚀性介质中，需要分别选用 1Crl8Ni9Ti、0Crl8Nil2M02Ti、蒙乃尔 合金等耐蚀材料。
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(5)其它摩擦副材料
用作机械密封摩擦副的材料还 有铸铁、碳钢、铬钢、铬镍钢、铬 镍钼钢、工具钢、轴承钢、青铜等。
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3)摩擦副材料配对规律
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. 辅助密封材料
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机械密封的辅助密封包括旋转环辅助密封和非旋转 环辅助密封，也包括端盖与密封腔体间的密封、轴套与 轴的密封。从端面形状看，有O形圈、方形圈(垫)、平 垫、V形垫、楔形垫、包覆垫、包覆O形圈等。 根据辅助密封的作用，要求材料具有良好的弹性、 低的摩擦系数，能耐介质的腐蚀、耐溶解和溶胀，耐老 化，在压缩后及长期的工作中有较小的永久变形，在高 温下使用具有不粘着性，在低温下不硬脆而失去弹性， 具有一定的强度和抗压性。辅助密封常用的材料有合成 橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨、金属材料等。
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2)常用的摩擦副材料
主要有碳-石墨、硬质合金、工程 陶瓷和填充聚四氟乙烯等。
(1)碳-石墨
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碳-石墨是机械密封中用量最大、应用范 围最广的摩擦副组对材料。它具有许多优良 的性能，如良好的自润滑性和低的摩擦系数， 优良的耐腐蚀性能，导热性好、线膨胀系数 低、组对性能好，且易于加工、成本低。
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3. 弹性元件材料
机械密封的弹性加载元件有压缩螺旋弹簧、波形弹簧、金属 波纹管等。要求材料耐腐蚀、耐疲劳、耐高低温，强度极限高、 弹性极限高，长期工作仍有足够弹力维持密封端面的紧密贴合。 压缩螺旋弹簧大多由不锈钢，如4Crl3、1Crl8Ni9Ti、 0Crl7Nil2M02、0Crl8Nil2M02Ti等或特殊合金，如 Ni66Cu31Fe(Monel 400)、Ni76Crl6Fe8(Inconel 600)等制。机械 密封用波形弹簧，常用薄钢带制造，其常用材料有1Crl8Ni9(302)、 0Crl8Nil2Mo2Ti(316)、0Crl7Ni7A1(17-7pH)、因科镍尔X750(1nconelX-750)、蒙乃尔K-500(MonelK-500)等。金属波纹管 分焊接波纹管和压力成型波纹管两种，一般耐腐蚀材料为沉淀硬 化不锈钢AM 350(16.5%Cr，4.3%Ni，2.75%Mo，0.1%C)，中级耐腐 蚀程度用InconelX-750，高级耐腐蚀用Hasterlloy C-276(57%Ni， 15%Cr，16%Mo，1%Fe，0.02%C)。
根据弹行元件是否随轴旋转分类 旋转式
静止式：
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按弹簧与介质接触与否分类
内装式:可以满足较高压力的工 况。 外装式：适用于强腐蚀、高粘度、 易结晶以及含有固体颗粒的介质 等工况条件。
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按摩擦副对数分类： 单端面 双端面
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缓冲补偿原件的形式
单弹簧 单弹簧与多弹簧相比较，有以下特点：1、比压不 均匀，轴径大时突出；2、转速大时离心力使弹簧变形； 3、压缩量变化时，弹簧力变化小；4、丝径大，腐蚀对 弹簧力影响小。 适用于低速、载荷较轻、轴径较小、有腐蚀性介质的 场合。
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1)合成橡胶 橡胶是一种弹性很好的高分子材料， 具有良好的弹性和一定的强度，具有较好 的气密性、不透水性、耐磨、耐温、耐压、 耐腐蚀，是一种被广泛采用的辅助密封材 料。不同种类的橡胶有不同的耐腐蚀性能、 耐溶剂性能和耐温性能，在选用时要加以 注意。机械密封辅助密封常用的合成橡胶 有丁腈橡胶(NBR)、氟橡胶(FPM)、乙丙橡 胶(EPM)、硅橡胶。
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(2)硬质合金
• 硬质合金是一类依靠粉末冶金方法制造获得的金属碳 化物。 • 机械密封摩擦副常用的硬质合金有钴基碳化钨(WC-Co) 硬质合金、镍基碳化钨硬质合金(WC-Ni)、镍铬基 (WC-Ni-Cr)碳化钨硬质合金、钢结碳化钛硬质合金。
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(3)工程陶瓷
2)聚四氟乙烯(PTFE)
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几乎能耐所有强酸、强碱和强氧化剂的腐蚀；因具 有很低的摩擦系数，是一种极好的减摩、自润滑材料， 但其导热性能很差，仅为0.244W/m· K。添加青铜粉、二 硫化钼、石墨等，可改善其导热性和自润滑性。 聚四氟乙烯有很高的耐热性和耐寒性，使用温度范 围为-180～250℃。耐水性、耐老化性、不燃性、韧性 及加工性能都很好。常制成V形圈，作旋转环和非旋转 环的辅助密封。另外，可用聚四氟乙烯包覆其他材料， 如聚四氟乙烯包覆不锈钢、聚四氟乙烯包覆橡胶，形成 复合材料辅助密封，由于它们结合了两种或两种以上材 料的优点，具有更加良好的密封效果。
循环式冲洗是通过产生压差的设施（例如泵送环等） 使外加的流体（即隔离液）进行循环，达到冲洗的目的。
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6、自冲洗的种类
按密封流体的流动方向可以分为正向冲洗、反向冲洗、 两向冲洗和贯穿冲洗。
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对于双支承泵可采用两向冲洗，出口端密封 腔中的压力高于入口端，将两端密封腔用管线连 接起来，对泵出口端是反向冲洗，泵入口端是正 向冲洗，故称为两向冲洗。
多弹簧
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多弹簧与单弹簧相比较，有以下特点：1、比压均匀， 不受轴径影响；2、弹簧变形受转速影响小；3、压缩量变 化时，弹簧力变化大；4、丝径小，腐蚀对弹簧力影响大； 5、介质有杂质或结晶时，对弹簧性能影响大，严重时使 性能丧失；6、通过增减弹簧数易于调节弹簧力。 适用于高速、载荷较重、轴径较大的场合。
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3)柔性石墨
既有普通石墨的优良热稳定性、化学稳定性和高导 热性，同时又具有独特的可压缩性和回弹性。它能耐高 低温，在输送介质温度不低于200℃时，辅助密封材料 应优先采用柔性石墨。但柔性石墨的强度较低，应注意 加强和保护。 模压成矩形圈、楔形圈、垫片的柔性石墨常用于机 械密封非旋转环辅助密封圈、旋转环辅助密封圈、金属 波纹管密封的波纹管组件与轴套连接的静密封垫。
机 械 密 封
内容提纲
1、机械密封的结构、密封原理、分类 2、机械密封的辅助设施 3、机械密封的计算 4、机械密封的安装 5、机械密封的操作、使用语维护 6、机械密封失效的原因分析 7、机械密封故障特征的判断与分析
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机械密封又叫端面密封，它是流体旋转 机械的轴封装置。
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集装式机械密封
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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3、机械密封的材料
机械密封由若干零件所组成，各零件 的材料是根据其所起的作用、结构特征和 使用条件来进行选择或研制与开发。机械 密封材料包括摩擦副材料、辅助密封材料、 加载弹性元件材料和其他结构件材料。正 确合理地选择各种材料，特别是端面摩擦 副材料，对保证机械密封工作的稳定性， 延长其使用寿命、降低成本等有着重要意 义。
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• 贯穿冲洗：
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7、循环冲洗
• 循环冲洗也有人称为“外循环”。
8、注入式冲洗
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9、冲洗液进入密封腔的方式
• 冲洗液进入密封腔的方式有两种：单 点冲洗和多点冲洗
• 多点冲洗：
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在国家有关标准中的定义：由至少一对垂 直于旋转轴线的端面组成,在流体压力及补偿机 构弹力(或磁力)共同作用下，以及辅助密封圈 的配合下，该对端面保持贴合并相对滑动，而 构成的防止流体泄漏的装置。
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1、机械密封的基本结构与工作原理
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2、机械密封的类型
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1．摩擦副材料
端面摩擦副是机械密封最重要的零件，其材料 的物理性能、耐腐蚀性能和摩擦性能等对密封性能 的影响巨大。由于大多数机械密封是在边界润滑状 态下工作，与摩擦有关的性能更为重要。
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1)摩擦副材料的主要性能 有物理力学性能 耐腐蚀性能和摩擦学性能等。
(1)物理力学性能 端面材料的物理性能决定着端 面的结构性能，并进而影响到机械密封的总体性 能。物理力学性能指标有强度、刚度、热性能参 数等。 (2)耐腐蚀性能 摩擦副暴露于被密封流体，要使 机械密封能正常发挥作用，其耐腐蚀性能必须加 以考虑。首先应考虑最耐蚀的材料。机械密封端 面材料中，从耐蚀性的角度考虑，优秀的材料有 石墨材料、工程陶瓷材料、填充玻璃纤维聚四氟 乙烯材料等。
波纹管
波纹管适用于高低温作业，耐温－200～+650
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平衡型和非平衡型机械密封
平衡型：载荷系数K＜1.0 密封端面所受作用力随介 质压力的升高而升高的斜率小 于1，端面作用力小，适用于 高压场合
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非平衡型：载荷系数K≥1.0 密封端面所受作用力随介 质压力的升高而升高的斜率小 于1 ， 端面作用力大，适用于 普通压力场合。
12、冲洗压力的确定
14、对冲洗用的密封流体的要求
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离心泵机械密封装配
(2)装配 ①、静环、静环密封圈及压盖的组装
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将静环密封圈从静环尾部套入，静环密封圈是橡胶“0”型 圈的，可将密封圈表面涂润滑剂后，套到静环上，如果采用聚 四氟乙烯的，要注意V形刃口方向，刃口朝向压力高的方向。静 环密封圈套入静环后，再将静环放平用手压入压盖，在装配时 要注意静环后部的槽口要对正压盖上的防转销。防转销的高度 要合适，应与静环保持1～2mm的轴向间隙。 静环装配到位后，还应检查密封端面与压盖中心线的垂直 度。其检查方法如图所示，用深度尺测量密封面与压盖端面的 高度A，沿圆周方向对称测量4点，其差值应小于0.1mm。
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(3)摩擦学性能
摩擦、磨损和润滑等是评价机械密封端 面摩擦副材料的摩擦学性能的重要参数。设 法改善端面的润滑状态，降低其摩擦和磨损 一直是机械密封的主要发展方向。从材料角 度考虑，不断出现了许多性能优异的摩擦副 材料，如石墨材料、碳化硅陶瓷等；从结构 上考虑，出现了许多较为先进的结构设计方 案及其冲洗、润滑方案；同时出现了气膜润 滑或液膜润滑的非接触机械密封。
工程陶瓷是工程上应用的一大类陶瓷 材料，其特点是均具有极好的化学稳定性， 硬度高，耐磨损，但抗冲击韧性低，脆性 大。目前用于机械密封摩擦副的主要是氧 化铝陶瓷(A1203)、碳化硅陶瓷(SiC)和氮 化硅陶瓷(Si3Ni4)。
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(4)填充聚四氟乙烯
聚四氟乙烯(PTFE)是化学稳定性 最好的有机聚合物，几乎能耐所有强 酸、强碱和强氧化剂的腐蚀。目前仅 发现熔融碱金属(或它的氨溶液)、元 素氟和三氟化氯在高温下能与聚四氟 乙烯作用。
机械密封的辅助设施
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1、机械密封的辅助设施
2、采用辅助设施的原因：
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5、辅助设施的工作方式：
• 辅助设施最主要的工作方式是冲洗。
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自冲洗是用泵本身产生的压差或密封腔内的泵送装 置产生的压差，使被密封介质通过密封腔形成闭合回路 实现冲洗； 注入式冲洗是从外部注入另一种液体到密封腔内， 以改善密封工作条件；
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4)金属材料
在高压下，尤其是高压和高温同时存在 时，前述几种材料并不能胜任，这时只有选 用金属材料来制作辅助密封。根据不同的工 作条件有不同的金属材料供选用，金属空心 ○形圈的材料有0Crl8Ni9，0Crl8Nil2M02Ti、 1Crl8Ni9Ti等，对于端面为三角形的楔形垫， 则常采用铬钢，如0Crl3。对于平垫则多采用 紫铜或铝垫。