机械密封全面讲解

3、原理
通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹簧和介质压力
共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使轴
向密封面始终保持贴合。由于机械密封（轴向密封）在运行中可以对
轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补
2偿020，/6/1故机械密封比填料密封寿命长。
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（四）辅助设施
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（2）平面度检测原理 设入射角i=0，e为气膜厚度（即是被检测面上点到平
晶的距离），λ为光波波长，δ为光的波程差，那么 δ=2e＋λ/2 当δ=kλ时，被检测面上点变暗； δ=(2k＋1)λ/2 ，被检测面上点变亮 ；（其中k=0,1,2,3,4,…， k为整数） 由以上公式可以得出下面结论： （ⅰ）相邻两条光带所对应两点的气膜厚度差（高度差） 为λ/2，（对于钠光灯λ=0.589µm，λ/2≈0.3µm）
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（十）整体式密封环
各个部位性能均匀一致，最常用的有：石墨、SiC、钴 基硬质合金、镍基硬质合金、NiCr基硬质合金、陶瓷等。
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（十一）组合式 整体环价格高，加工困难，因此出现组合式密封环。 组合式包括： （ⅰ）热装式 （ⅱ）带密封圈式（无组合应力、无应力变形；开槽、打 孔麻烦，多一泄漏点）
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（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）。
组成:
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
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机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。（用 于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔 体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设 一道阻漏装置。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点， 成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。）
光源:钠光灯(λ=0.589µm)
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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：
粗糙度
3.2
0.8
0.4
0.2
承载面积（%）
4
12
40
95
端面比压增加（倍） 24
7.3
1.5
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可以看到
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（十二）热装式密封环
优点：结构简单，性能优异，价格较低，运用较多。 缺点：（ⅰ）因过盈接触不均匀，而产生机械变形。
（ⅱ）两种材料线膨胀系数不一致，当温度变化 时，过盈量变化，会产生应力变形。
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（十三）热装式密封环的过盈值选择
Δδ=δ－Dp（α1－α2）ΔT 式中 Δδ：工作温度时的过盈量
YG6/1Cr18Ni9Ti，过盈量为：
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
（2）高压和低压密封
要求。
（1）足够的强度和刚度 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
（5）动环和轴（轴套）间隙A11（0·4~0·6）以利补偿
静环和轴（轴套）间隙1~3mm以免摩擦
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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
≤70
≤100 ≤120
宽系列 2.5
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
中系列 2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
5.0
窄系列 1.5
2.0
2.0
2.5
3.0
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
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.
2、传动关系
轴或轴套───紧固螺钉5──弹簧座4──弹簧3─补偿环1 压盖──防转销8─非补偿环6
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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
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
石墨黑浆。
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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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（八）静环(不旋转)
非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式： 浮装式、托装式、夹固式。
补偿静环（不旋转只补偿）：其辅助密封圈情况和补 偿动环基本一致。
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（九）密封环的种类
整体式（用同一种材料制造）、组合式（如镶嵌）、 表面堆焊、表面喷涂
δ：常温过盈量
Dp：镶嵌直径 数
α1：座线胀系
1/。C
α2：环的线胀系数 ΔT=工作温度－常温（20。C） （YG6：4.5×10－6 1/。C 1Cr18Ni9Ti：16.6×10－6
3Cr13：11.5×10－6 1/。C）
（1）在满足传递扭矩的情况下，取最小过盈值；
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（2）由上式，当使用温度为300°C时，对
机械密封全面讲解
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目录
一、机械密封原理
二、机械密封的基本零件
三、机械密封的计算
四、机械密封用材料
五、机械密封辅助系统
六、机械密封性能的影响因素
七、石化行业典型泵的密封
八、机械密封的安装和使用
九、机械密封故障分析
十、补充内容
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一、机械密封原理
（一）定义与组成（图1-1）
❖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Байду номын сангаас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。
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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（三）密封机理 1、4个密封点（亦称4个泄漏点，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）
（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）
（九）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
均匀）不宜用于高转速的场合。
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（七）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。
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（八）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 种结构）
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
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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满足相干条件的两束光的叠加效果是：在波程差为波长 整数倍的地方，光强度加强；在波程差为半个波长的奇数倍 的地方，光强度减至零（变暗）。这就是光的干涉原理。
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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）
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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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（2）平面度检测器（图2-3）
平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系数为1.516的光学 玻璃制造。表面平面度0.1µm(2级)，0.03µm (1级)。
（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 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
（3）高温、常温和低温密封
（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
多弹簧、单弹簧密封
旋转式、静止式密封
外装式、内装式密封
外流式、内流式密封
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（六）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 20（20/26/）1 静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。（用于高速） 8
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（十）平衡型和非平衡型机械密封 （1）平衡型：载荷系数K＜1.0 （用于高压场合） （2）非平衡型：载荷系数K≥1.0 （用于普通压力场合）
（十一）补偿机构形式
（1）磁力：系统压力较低时用 （2）波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧 （3）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管
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❖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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（四）密封环的主要技术要求
（１）平面度0.0009，硬质Ｒａ≤0.2，软质Ｒａ≤0.4，表 面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷。