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机械密封的基础知识(一)精炼厂电解一车间主讲人:郑廷海2016年1月15日序言机械密封最早于1885年在英国发明并获得专利,首先获得应用是在20世纪20年代的冷冻机装置上,同时出现了研究和生产机械密封的专业公司(英国的Crane公司、德国的Pacific公司等)。我国在20世纪60年代才相继出现研究和生产机械密封的专业机构(天津克兰),目前已有四十年历史,在普通机械密封领域技术及产品日趋成熟,大部分地方已能替代进口产品,性能接近国外产品。目前国内具有规模的研究、生产厂家已有十余个,并在高参数密封及新技术方面取得一定突破。机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点,是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式,对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。目录一、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、机械密封的安装和使用★五、机械密封辅助系统六、机械密封性能的影响因素七、典型泵的密封八、机械密封故障分析九、补充内容一、机械密封原理(一)定义(二)组成(三)密封机理(四)辅助设施(五)机械密封的种类(六)旋转式和静止式机械密封(七)内装式和外装式机械密封(八)内流式和外流式机械密封(九)多弹簧和单弹簧机械密封(十)平衡型和非平衡型机械密封(一)对摩擦副密封环的要求(二)摩擦副匹配要考虑的因素(三)密封端面宽度(四)密封环的主要技术要求(五)动环(旋转环)(六)静环(不旋转)(七)密封环的种类(八)整体式密封环二、机械密封的基本零件(一)摩擦副材料要求(二)制造摩擦副的常用材料(三)碳石墨(四)硬质合金WC(五)SiC陶瓷(六)Al2O3陶瓷及其它陶瓷介绍(七)表面堆焊硬质合金(八)作摩擦副的金属材料(九)填充聚四氟乙烯(十)辅助密封圈材料要求三、机械密封用材料(一)安装机封的泵的技术要求(二)安装密封前要了解泵及介质情况(三)机械密封的安装(四)泵的抽空和汽蚀四、机械密封的安装和使用2019/12/299一、机械密封原理一、(一)定义(图1-1)图1-1机械密封基本结构(旋转式)1—弹簧座;2—紧定螺钉;3—弹簧;4–推环;5–补偿环辅助密封圈;6—补偿环;7—非补偿环;8–非补偿环密封圈;9—防转销泄漏点1泄漏点2泄漏点3泄漏点4密封腔端盖2019/12/2910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。)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。2019/12/29111、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(二)组成2019/12/29121、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)泄漏点2─补偿环密封圈,依靠密封圈的过盈量实现密封;(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,依靠密封圈的过盈量实现密封;(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,依靠密封圈的过盈量实密封;(静密封点,密封圈与相配合件之间相对静止)(三)密封机理13一、机械密封机理一、(一)示意图(图1-1)图1-1机械密封基本结构(旋转式)1—弹簧座;2—紧定螺钉;3—弹簧;4–推环;5–补偿环辅助密封圈;6—补偿环;7—非补偿环;8–非补偿环密封圈;9—防转销泄漏点1泄漏点2泄漏点3泄漏点4密封腔端盖2019/12/29143、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偿,故机械密封比填料密封寿命长。2、传动关系轴或轴套───紧固螺钉──弹簧座──弹簧─补偿环压盖──防转销─非补偿环2019/12/2915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。(四)辅助设施2019/12/29161、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(3MPa)(3)高温、常温和低温密封(150℃)、(-20℃)(4)泵用、釜用和压缩机用密封(5)耐腐蚀、抗颗粒机械密封(包括易聚合的介质)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(五)机械密封的种类2019/12/2917(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,而且消耗搅拌功率,所以不能用于高速)(2)静止式:补偿机构(弹性元件)不随轴旋转。(用于高速)(六)旋转式和静止式机械密封(图1-2)182019/12/2919(七)内装式和外装式机械密封(图1-3)2019/12/2920(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)2019/12/2921(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)(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)(八)内流式和外流式机械密封2019/12/2922(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。(九)多弹簧和单弹簧机械密封2019/12/2923(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)平衡型和非平衡型机械密封介质压力对补偿环的有效作用A面积与端面面积S之比。K=A/S2019/12/2924(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(十一)补偿机构形式25两套密封面对面或背对背安装在一起。(看补偿环)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。一般封液压力要比介质压力高0.14~0.41MPa。(十二)双端面机械密封(图1-4)262019/12/2927两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。(十三)串联式机械密封(图1-5)2019/12/2928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,而且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。(十四)波纹管机械密封29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。(一般挡块厚度为弹簧压缩量,从外部易于观测)(十五)集装式机械密封(图1-6)30二、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。31(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32(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A11(0·4~0·6)以利补偿静环和轴(轴套)间隙1~3mm以免摩擦(二)摩擦副匹配要考虑的因素2019/12/2933(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:(三)密封端面宽度34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)。轴径≤16≤35≤55≤70≤100≤120宽系列2.53.04.05.06.07.0中系列2.02.53.04.05.05.0窄系列1.52.02.02.53.03.02019/12/2935(1)平面度0.0009,硬质粗糙度Ra≤0.2,软质Ra≤0.4,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。(四)密封环的主要技术要求2019/12/2936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。(五)动环(旋转环)37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。(六)静环(不旋转)38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(七)密封环的种类2019/12/2939(八)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。2019/12/2940四、机械密封用材料(一)摩擦副材料要求摩擦副是机械密封的主要零件,其性能好坏在很大程度上决定密封性能,因此对材料有一定的要求:(1)耐蚀性:有良好的化学稳定性,能抵抗介质的腐蚀、磨蚀、溶解和溶胀。(2)物理机械性能:较高的弹性模量(E=σ(应力)/ε(应变),刚度=力/变形)、强度及许用[PV]值,低的摩擦系数和线膨胀系数,优良的耐磨性、自润滑性以及良好的不渗透性等。(3)热力性能:很好的导热性、耐热性、耐寒性和耐温度的急变性。(4)材料来源方便,易加工,成本低廉。2019/12/2941硬质合金工程陶瓷(Al2O3陶瓷、Al2O3金属陶瓷、Si3N4陶
本文标题:电解一车间机械密封基础知识(一)
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