机械密封特点及应用

机械密封技术应用
• 7)合格的焊接波纹管组件压缩至工作高度时，弹性应符合 设计要求，允差为±10％；组件高度允差为工作压缩量的 ±10％；波纹管的全变形量不小于波纹管自由长度的50％ 。波纹管组件在自由状态下，两端金属构件的同轴度和平 行度要求详见下表所示。
机械密封技术应用
• 9)波纹管及其组件的检测 • 主要包括波片硬度检测、焊菇形状、尺寸检测、弹力测量 、波纹管组件自由高度测量、两端环座的同轴度和平行度 测量、及气密性检测等内容。尤其是气密性检测值得讨论 ，一般有以下两种方法：正压法和真空法。大多数企业采 用正压法，即把压力为0.6～1.0MPa的压缩空气打入试验 件内，然后通过外部检测是否产生肥皂泡，或没入水中持 续5分钟，观察是否有气泡溢出，来判断波纹管是否泄漏 。真空检测法原理是首先造成试验件的内部真空，然后环 绕波纹管周围吹扫氦气，由于氦气分子量小渗透性极强， 一旦波纹管有轻微泄漏，氦气就会渗入波纹管内部，造成 真空度的变化。真空检测法更敏感、更科学。
机械密封技术理论
• 6）传动件（传动销、传动环、传动座、传动键、传动凸 耳或牙嵌式联结器），起到将轴的转矩传给动环的作用。 • 7）紧固件（紧定螺钉、弹簧座、压盖、组装套、座套） ，起到动、静环定位、紧固作用。要求轴向定位正确，保 证一定弹簧压缩量，保证密封面位臵正确、贴合良好。拆 装方便、容易就位、可重复利用。与密封圈配合处，安装 密封圈处有导向倒角和压缩量。密封腔与轴套配合处可采 用硬面涂层。 • 8）防转销：起到防止静环转动和脱出的作用。要求长度 足够，防止静环在负压下脱出；定位正确，防止随动环旋 转。
中国石化炼化动设备培训班：
炼油厂装置关键动设备 之泵用机械密封特点及应用
杨立民 中国石化洛阳石油化工工程公司 201109
问题的提出
经过学习应解决的问题： • 了解机械密封工作原理及特点？ • 了解离心泵机械密封失效基本原因？ • 能够合理应用离心泵机械密封？(34条)
目录
• • • • • • • • • • 1机械密封技术理论 1.1机械密封的作用及意义 1.2机械密封的基本原理 1.3机械密封副的温度和密封环变形 1.4 机械密封的基本型式 2机械密封技术应用 2.1炼油厂机械密封应用现状 2.2机械密封失效的分析 3机械密封选型技术规定* 4结论
机械密封技术理论
• 9）机械密封可能泄漏途径： • a密封副密封面I处：机械密封失效80-95%由于该原因。要求 接触面平行，Ra=0.05-0.20μm，平面度<0.9 μm。不同介质 密封副材料组合合适，注意耐磨损、耐腐蚀，选用合适的几 何参数（面积比和宽径比）和性能参数（比压、弹簧载荷） 。 • b静环与压盖的密封圈处泄漏II和动环与轴（或轴套）的密封 圈处泄漏III:值得注意问题是动环和密封圈处密封性和追随性 应保证，防止水垢、结焦、结晶、反应堆积问题造成动环不 能动弹。 • c压盖与密封腔体间静密封IV、轴与轴套静密封V、动环镶嵌 结构配合处VI泄漏。该3处为静密封。
百度文库
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机械密封技术理论
1）典型机械密封机构： 1静环2动环3传动销 4弹簧5弹簧座6紧定螺钉 7传动螺钉8动环o型圈 9静环O型圈10防转销 11压盖12推环13轴套 I、II、III、IV、V、VI 为泄露点
机械密封技术理论
• 2）机械密封是一种依靠弹性元件对动、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达到密封的 轴向端面密封装臵。 • 3）动、静环作用：是密封面紧密贴合，防止介质泄漏。 要求动、静环耐磨性良好，动环可以轴向随动，自动补偿 密封面损失，和静环良好贴合；静环具有浮动性，起缓冲 作用。 • 4）弹性元件作用：包括弹簧、波纹管、隔膜等，起预紧 、补偿和缓冲的作用，始终保持足够的弹性克服动环的惯 性、密封圈和传动件的摩擦，保证动环良好追随性和密封 副贴合。要求耐腐蚀、耐疲劳。 • 5）密封圈：动静环的密封作用，同时也起到浮动和密封 作用。要求耐热、耐冷并能与介质相容。
YG6原生料
YG6再生料
机械密封技术应用
• • • • • 2)高温材料来源： 718材料、氟化橡胶（FFKM）来源控制； AM350建议300℃以下使用。 3)波纹管机械密封加工过程： 国际上五十年代末期，美国西洛EG&G Sealol公司研制出 第一套焊接金属波纹管机械密封。从密封行业整体研究看 ，基本上波纹管的制造工艺过程以西洛密封技术为主体， 不论是合资企业还是独资企业，其生产技术包括加工设备 依然沿用国外成熟技术进行生产，当然焊接和热处理设备 新旧、规格各有差异。
问题石墨放大100倍后
机械密封技术应用
部分生产厂家的碳化钨材料选用再生料，导致质量下降
原生料WC粉的粒度均匀杂质少 硬度比再生料制品HRA高10C 抗弯强度1700~2000N/mm2 金相组织中孔隙度少 再生料WC粉的粒度不均匀杂质多 硬度比原生料制品HRA低10C 抗弯强度1400~1700N/mm2 金相组织中孔隙度多
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• 6）单弹簧和多弹簧式机械密封 • 单弹簧：一个集中大弹簧；端面受力不均匀，高速离心变 形，弹簧力不易调节，轴向尺寸大，多用于小直径Φ80150、低速。 • 多弹簧：多个点布小弹簧。可以通过改变弹簧个数调节弹 簧力，可以用于大直径、高速；但腐蚀、固体颗粒及结晶 场合不适用，易堵塞及腐蚀。 • 7）单密封、双密封及多密封 • 单密封：有一对端面摩擦副的密封； • 双密封：有一对端面摩擦副的密封； • 多密封：有两对以上端面摩擦副的密封；
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• • • • • • • 4）弹簧旋转式和弹簧静止式机械密封： 弹簧旋转式：弹性元件随轴旋转；不适合高速工况； 弹簧静止式：弹性元件不随轴旋转；适合高速工况； 5）平衡型和非平衡型机械密封： 平衡型：面积比B<1； 非平衡型：面积比B≥1； B=承压面积/密封面面积
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• • • • • • • • • • 调研内容包括： 经营资质； 质量管理体系; 财务状况； 科研开发能力； 加工设备情况； 检测、试验设备情况； 采购管理； 人力资源状况； 售后服务体系。
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• 调研小组在认真听取汇报
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• 国际上上世纪五十年代末期，美国西洛EG&G Sealol公司 研制出第一套焊接金属波纹管机械密封。并在技术方面对 我国机械密封技术起到了积极的推动作用。 • 经过对国内多家有代表性的机械密封企业的调研，发现国 内高温泵机械密封制造企业的生产体系现状基本分为三类 ：第一类为国外成熟技术在国内的发展型，第二类为国内 技术独立研发型，第三类为国外技术转化型。
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• 4）机械密封变形问题 • 机械密封密封环变形有力（机械）变形、热（温度）变形 和残余变形； • 密封环表面热应力超过材料允许压力产生“热裂”；
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• 密封环变形会破坏摩擦副密封面的平面度和平行性，产生 各种流体动、静压效应，造成密封面承载能力过大而被打 开，过小而磨损。 • 为了避免密封面变形的影响，可采用在结构上开应力槽或 改变密封面断面形状来消除应力，及其它有效方法。
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• 2）内装式和外装式机械密封： • 内装式：静环安装在压盖内侧，弹簧臵于介质内； • 外装式：静环安装在压盖外侧，弹簧臵于介质外；适用压 力低，强腐蚀、高粘度、易结晶介质。 • 3）内流式和外流式机械密封： • 内流式：端面泄漏方向与离心力方向相反；适合高压，泄 漏小； • 外流式：端面泄漏方向与离心力方向相同；适用<2MPa 环境；
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• • • • 6API682-2004密封布臵方式 arrangement 1:单密封 arrangement 2:非加压双密封 arrangement 3:加压双密封
机械密封技术应用
• 根据日本某厂调查报告，发生的786件事故中有332件是 泄漏造成的，占42%。
机械密封技术应用
机械密封技术应用
1)部分密封生产厂家生产的密封，质量较差， 劣质石墨环密封面应用后出现泡疤
机械密封技术应用
部分密封生产厂家选用的浸锑石墨质量较差
FH82A: 金属锑含量6.5% 金属锑浸渍均匀 基体致密不含杂质 M120D：金属锑含量4.74% 金属锑浸渍不均匀 基体疏松含杂质
优质石墨放大100倍后
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图2
0°和45°应力比较
机械密封技术应用
6)波纹管加工中值得注意的问题： • 采用含氢的氩气保护焊，可以提高热值，但应十分注意H2 的易燃易爆特性，H2长时间积累可能引起爆炸的隐患，值 得企业关注。 • 波纹管焊后成品，国外技术需要进行物理的柔和处理过程 ，不同材料和规格的波纹管成品，对照不同的操作技术要 求，通过反复的机械拉伸的调整过程，使波纹管成品强度 均匀，尺寸规格达标。
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• 3）密封介质固化、聚合、结焦、结晶问题 • a固化：易凝固介质，如蜡油、渣油、石蜡、沥青、尿素 、熔融硫磺、煤焦油、酚醛树脂、增塑剂等。采用 plan62（蒸汽）； • b聚合：因温升而聚合的介质，如糠醛、甲醛、苯乙烯、 氯乙烯、丙烯醛、醋酸乙烯、甲醛水、提余液等； • c结晶：对于易结晶介质：硫铵、磷铵、苛性钠、氢氧化 钙、磷酸、绿液、导热姆、丁醇等；硬对硬摩擦副加保温 、冲洗；
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• 9）API682-2004密封型式： • TYPE A:推环式 • 单级、内臵、挠性元件旋转、平衡、集装式。密封副为反 应烧结碳化硅对优质抗疱疤碳石墨，氟弹性体O形圈，弹 性元件为多个圆柱形哈氏C合金小弹簧。轴套、压盖、环 座和其它金属零件316镍铬不锈钢。压盖内还配有碳石墨 浮环为抑制密封。176℃ 以内。
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• d溶解性:：对于易结晶介质：硫铵、磷铵、苛性钠、氢氧 化钙、磷酸、绿液、导热姆、丁醇等；硬对硬摩擦副加保 温、冲洗； • e溶解性:异丙醇、磺化油、明矾、硫酸钠、硫酸钾（对水 ）；戊烷（对油）;橡胶（液氨、氨水、苯）；甘油（对 乙醇）； • f结焦、腐蚀、磨损在高温下产生或加剧。
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• TYPE C静止金属波纹管式 • 单级、内臵、挠性元件静止（高温176-400℃、高速 >23m/s）、平衡、集装式；密封副为反应烧结碳化硅对 优质抗疱疤碳石墨，辅助密封为柔性石墨密封，弹性元件 为多个边缘焊接Inconel波纹管。轴套、格兰、环座和其 它金属零件316镍铬不锈钢。压盖内还配有碳石墨浮环为 抑制密封。
机械密封技术理论
• • • • 1机械密封技术理论 1.1机械密封的作用及意义 1）影响泵效率、能耗； a.减少泵泄露，提高容积效率：离心泵叶轮口环改为机械 密封，泵效率提高3.6%； b.减少摩擦损失，提高机械效率：双端面改为单端面，非 平衡型改为平衡型等； c.密封辅助系统优化，可以降低功耗：自冲洗改为泵环循 环，双端面改为单端面，节省封油系统能耗。 2）影响泵组运行可靠性：密封是否泄漏决定泵组的运行 周期； 3）HSE要求：密封失效造成事故及环境污染。 4）据统计石化装臵机泵86%采用机械密封，并且机械密 封维护占炼油厂机泵维修工作量的50%以上。
机械密封技术理论
1.3机械密封副的温度和密封环变形 • 1）机械密封摩擦副温度限制 • 密封元件材料使用温度限制
机械密封技术理论
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• • • • • 2）密封腔及密封面间气化现象 机械密封稳定工作：稳定的液膜、气膜或混合膜 密封腔温度大于气化温度20℃或压力高于饱和压力30%； 采取措施，避免泵抽空引起轴封； 摩擦热未能排出而形成全面或局部气化（空化），前者密 封面出现彗星状纹理，后者出现麻点；
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• TYPE B旋转金属波纹管式 • 单级、内臵、挠性元件旋转（低温）、平衡、集装式；密 封副为反应烧结碳化硅对优质抗疱疤碳石墨，氟弹性体O 形圈，弹性元件为多个边缘焊接哈氏C波纹管。轴套、格 兰、环座和其它金属零件316镍铬不锈钢。压盖内还配有 碳石墨浮环为抑制密封。 176℃ 以内。
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• 1.4机械密封的基本型式 • 1）接触式和非接触式: • 接触式：密封面数凸体接触，密封面间隙h=0.5-1μm； • 非接触式：密封面数凸体不接触，流体动压密封面间隙 h>2μm；流体静压密封面间隙h>5μm； • 其它： • 可控间隙非接触机械密封 • 平衡比可以调节的半接触式机械密封