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1、机械密封知识,目录一、机械密封的定义及工作原理二、机械密封的基本类型三、机械密封的材料四、密封泄漏原因分析及判断五、密封辅助系统六、安装机械密封的技术要求七、盘根填料八、油封和防尘密封,一、机械密封的定义及工作原理,1.1 机械密封的基本结构、作用原理 机械密封是一种依靠弹性元件对静、动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置，这种装置称为机械密封。机械密封也叫端面密封。机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达
2、到密封的目的。压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。,1.2 机械密封的基本组成构成机械密封的基本元件有：端面密封副（静环1和动环2）、弹性元件（如弹簧4）、辅助密封（如O型圈8、9和10）、传动件（如传动销3和传动螺钉6）、防转件（如防转销11）和紧固件（如弹簧座5、推环13、压盖12、紧定螺钉6与轴套14）。,图4-1 典型机械密封示意图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、9、10-O形环，11-防转销，12-压盖，13-压环，14-轴套、泄漏点,1.3机械密封各个部件的作用：1）
3、端面密封副（动环和静环）是机封组成的核心，动环与静环之间的密封：是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。2）弹性元件（弹簧、波纹管等）为主要零件的缓冲补偿机构，是机封保证密封可靠性的重要条件。预紧作用：使动静环端面保持贴合；减振作用：轴的振动如果不加缓冲地直接传递到密封端面上，那么密封端面就不能始终保持贴和而使泄漏量增加；缓冲补偿作用：若给摩擦副施加过大的轴向载荷而导致密封端面严重磨损，若
4、无缓冲补偿机构，势必会造成端面的间隙越来越大，泄漏量增加。故机封都采用弹性元件和辅助密封圈建立缓冲补偿机构，以缓冲振动、磨损给端面带来的不良影响。,3）辅助密封圈（O形、V形、楔形环等异形密封圈）是解决密封端面以外的微动密封问题中所不可缺少的组成部分，同时也起到浮动和缓冲的作用。材料要耐热、耐寒并与介质有相容性（橡胶、石棉、膨胀石墨等）。4）传动件（传动销、传动环、传动座、传动套、传动键、传动凸耳或牙嵌联合器）将轴的转距传递给动环的作用。其材料要求具有耐蚀、耐磨额的作用。5）固紧件（紧定螺钉、弹簧座、压盖、组装套、轴套）起到静、动环的定位、固紧和盛装的作用。要求：定位准确，保证摩擦副密封面处于
5、正确的位置，并且保持良好的弹簧比压；拆装方便，容易定位，能重复使用，与辅助密封配合应注意有安装密封环的倒角和环的压弹量。,1.4 机械密封几个泄漏点：五个泄漏渠道：、静环与动环的端面之间：旋转动密封，主要泄漏通道；、静环与密封压盖之间：静密封；、动环与旋转轴（轴套）之间：静密封；、密封压盖与壳体之间：静密封；、轴套与轴之间：静密封,（l）轴套与轴间的密封；（2）动环与轴套间的密封；（3）动、静环间密封；（4）对静环与静环座间的密封；（5）密封端盖与泵体间的密封。一般来说，轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决，但需细致观察，特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时，相
6、对困难些。其余的泄漏直观上很难辩别和判断，须在长期管理、维修实践的基础上，对泄漏症状进行观察、分析、研判，才能得出正确结论。,二、机械密封的基本类型,2.1、机械密封的分类a）普通型机械密封通常按密封头安装位置分为：内装式和外装式b）按介质作用在密封端面上的压力卸荷程度分为：平衡型和非平衡型、c）按弹性元件的结构和布置分：单弹簧、多弹簧、波纹管、膜片等d）按密封头和密封面的数目分：单端面和多端面（双端面）,2.2 机械密封的基本型式 机械密封的基本型式有：,a)内装式b)外装式c)内流式d)外流式e)旋转式 f)静止式 g)非平衡式 h)平衡式i)单弹簧式,图4-2 机械密封的基本型式,返回,
7、j)多弹簧式 k)双端面(背靠背)l)双端面（面对面）m)多端面（中间环）n)径向双端面 o)多级（两级）p)波纹管密封,图4-2 机械密封的基本型式（续）,返回,1）接触式、非接触式和半接触式机封 普通机封大都是接触式机封(h2m，对流体静压密封h5m。接触式机封的摩擦状态为混合摩擦和边界摩擦，而非接触式机封的摩擦状态为流体摩擦、弹性流体动压润滑。,2）内装式和外装式机封 弹簧和动环安装在密封箱内与介质接触的密封为内装式密封（图4-2a）；弹簧和动环在密封箱外不与介质接触的密封为外装式密封（图4-2b）。前者可以利用密封箱内介质压力来密封使用工作条件广泛；后者用于高粘度和易结晶的介质，工作压
8、力较低的场合。,3）内流式和外流式机封 介质泄漏方向与离心力方向相反的密封为内流式密封；介质泄漏方向与离心力方向一致的密封为外流式密封。由于内流式密封中离心力阻止泄漏流体，其泄漏量较外流式为少；前者用于高压，而后者最高压力 12MPa。（图4-2c及图4-2d）,4）弹簧静止式和旋转式机封 弹簧不随轴一起旋转的密封为静止式密封（图4-2e）；弹簧随轴一起旋转的密封为旋转式密封（图4-2f）。由于静止式密封的弹簧不受离心力影响，常用于高速机封中而旋转式机封不适用于高速（V2030m/s）机封。,5）平衡型和非平衡型机封 介质作用于单位密封面上的轴向压紧力小于密封室内介质压力的密封为部分平衡型密封
9、（图4-2g）；介质作用于密封面上的轴向压紧力大于或等于密封室内介质压力的密封为非平衡型机封（图4-2h）。前者密封端面上所受的作用力随介质压力的升高而变化较小，故适用于高压密封；后者密封端面所受的作用力随介质压力的变化较大，故适用于低压密封。还有介质对密封面无轴向压紧力或介质对密封面为推开力的密封为完全平衡型或过平衡型密封。该密封属于非接触式中的流体静压密封。,6）单弹簧式和多弹簧式机械密封 只有一个集中大弹簧的机械密封为大弹簧型密封（图4-2i）；沿圆周点布许多弹簧的密封为多弹簧式机械密封（图4-2j）。前者用于小直径（80150mm轴径）低速密封；后者用于大轴径、高速密封。但在腐蚀介质和
10、有固体颗粒介质的场合下，小弹簧结构因易腐蚀和堵塞而失效。,7）单端面、双端面及多端面密封 只有一对摩擦副的密封为单端面密封（图4-2aj）；由两对摩擦副在密封箱内组成的密封为双端面密封（图4-2k、l）；由两个以上端面组成的密封为多端面密封（图4-2m）。单端面密封结构简单，是最常用的密封型式。因特殊需要或单端面密封不能满足要求时则采用多端面密封。双端面密封有轴向双端面密封和径向双端面密封（图4-2n）。沿径向布置的双端面密封结构较轴向双端面密封紧凑。轴向双端面密封有背对背或面对面布置的结构（图4-2k、l）。此外，还有串联布置的双密封（图4-2o）。中间环密封属于多端面密封，旋转的中间环密封
11、，用于高速下低PV值。不转的中间环密封用于高温和高压下减少力变形和热变形。此外，还有推环（弹簧加载推环）式机械密封（图4-2ao）和波纹管密封（图4-2p）。下面给出几种典型的密封结构型式:,波纹管密封型特点及性能,波纹管密封 动态性能好，适合高温环境强制内冷 结构简单，效率更高为DM系列中的高温型密封。DBM-B-1型密封采用超薄双层双“S”型焊接金属波纹管作为弹性部件，所使用材料广泛,环境适应能力强，并具有优异的高温性能。温度 最低-75，最高400压力 最低-0.1Mpa(真空)最高2.5Mpa。速度 最高30m/s或不超过6000rpm,三、机械密封的材料,端面材料：浸呋喃树脂石墨、浸
12、锑石墨、碳化硅、镍基硬质合金、钴基硬质合金辅助密封材料：聚四氟乙烯、柔性石墨、铝、铜结构件及波纹管材料：0Cr18Ni9、2Cr13、0Cr17Ni12Mo2(316)、4J42、4J43、00Cr17Ni14Mo2(316L)、Hastalloy C、Inconel718(GH4169),机械密封的材料端面,S浸呋喃树脂石墨：耐酸碱、适用温度小于160C浸铜石墨:耐高温、适用温度小于400T浸锑石墨：耐高温、适用温度小于450G反应烧结碳化硅：耐高温、腐蚀、适用温度小于1000Z常压烧结碳化硅：耐高温、腐蚀、适用温度小于1000U镍基硬质合金：耐高温、耐酸、适用温度小于400W钴基硬质合金：
13、耐高温、耐碱、适用温度小于400,机械密封的材料,8-0Cr18Ni9中等腐蚀、适用温度小于2606-00Cr17Ni14Mo2(316L)中等腐蚀、适用温度小于2601-Hastalloy C强腐蚀、适用温度小于2605-AM350不耐蚀、适用温度小于3509-Inconel718(GH4169)中等腐蚀、适用温度小于350,四、泄漏原因分析及判断,1、安装静试时泄漏。机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密
14、封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。,2试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：（l）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；（对安装机械密封时压缩量过大，导
15、致摩擦副端面严重磨损、擦伤；（3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；（4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；（5）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；（6）设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。,3正常运转中突然泄漏。离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。（1）抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏；（2）对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效；（3）回流量偏大，导致吸人管侧容器（塔、釜、罐、池）底部沉渣泛起，损坏密封；（4）对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面；（5）介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多；（6）环境温度急剧变化；（7）工况频繁变化或调整；（8）突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大事故或损失，须予以重视并采取有效措施。,
