机械密封结构及检修

目录一、机械密封基本结构、原理和特点二、机械密封的安装三、机械密封的检修四、机械密封的运转五、机械密封泄漏原因分析及判断一、机械密封的基本结构、作用原理和特点1.定义由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。2.基本结构机械密封一般主要由四大部分组成：①由静止环（静环）和旋转环（动环）组成的一对密封端面，该密封端面有时也称为摩擦副，是机械密封的核心；②以弹性元件（或磁性元件）为主的补偿缓冲机构；③辅助密封机构；④使动环和轴一起旋转的传动机构。一、机械密封的基本结构、原理和特点机械密封结构图1—紧定螺钉；2—弹簧座；3—弹簧；4—动环辅助密封圈；5—动环；6—静环；7—静环辅助密封圈；8—防转销3、机械密封的分类按弹簧元件旋转或静止可分为：旋转式和静止式按弹簧和动环安装在密封箱内部还是外部与介质是否接触可分为：内置式和外置式内置式：可以利用密封箱内介质压力来密封，机械密封的元件均处于流体介质中，密封端面的受力状态以及冷却和润滑情况好。外置式：结构的介质作用力与弹性元件的弹力方向相反，当介质压力有波动，而弹簧补偿量又不大时，会导致密封环不稳定甚至严重泄漏。按介质在端面引起的卸载情况可分为：平衡式和非平衡式非平衡式密封，仅适用于密封腔压力1.0MPa平衡式密封，适用于中高压力条件，最高可达10MPa以上能使介质作用在密封端面上的压力卸荷的为平衡式，不能卸荷的为非平衡式。平衡式：密封端面上所受的作用力随介质压力的升高而变化较小，因此适用于高压密封；非平衡式：密封密封端面所受的作用力随介质压力的变化较大，因此只适用于低压密封。平衡式密封能降低端面上的摩擦和磨损，减小摩擦热，承载能力大，但其结构较复杂，一般需在轴或轴套上加工出台阶，成本较高。按密封端面的对数可分为：单端面和双端面由一对密封端面组成的为单端面密封，由二对密封端面组成的为双端面密封。单端面：密封结构简单，制造、安装容易，一般于介质本身润滑性好和允许微量泄漏的条件。双端面：密封有轴向双端面密封和径向双端面密封。沿径向布置的双端面密封结构较轴向双端面密封紧凑。双端面密封适用于介质本身润滑性差、有毒、易燃、易爆、易挥发、含磨粒及气体等。轴向双端面密封有面对面或背靠背布置的结构，工作时需在两对端面间引入高于介质压力0.05～0.15MPa的封液以改善端面间的润滑及冷却条件，并把介质与外界隔离，有可能实现介质零泄漏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。按弹簧的个数可分为：单弹簧式和多弹簧式单弹簧式：机械密封端面上的弹簧压力，尤其在轴径较大时分布不够均匀。多弹簧式：机械密封的轴向尺寸小、弹力簧压力分布则相对比较均匀，因此单弹簧式的机械密封常用于较小轴径（d≯80～150mm轴径），而多弹簧式适用于大轴径高速密封。按弹性元件分类：弹簧压缩式和波纹管式波纹管型密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损，跟随性好，适用范围广。金属波纹管与焊接金属波纹管和液压成型波纹管，其本身能代替弹性元件，耐蚀性好，可在高、低温下使用。聚四氟乙烯耐蚀性好，可用于各种腐蚀介质中。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。（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测）按密封腔温度分类：高（150℃）、中、普通（-20≤t≤80℃）、低温密封按密封腔压力分类：超高、高、中、低压、负压机械密封按轴径尺寸分类：大轴颈（d120mm）、一般轴颈、小轴颈(d25mm)机械密封等等3.作用原理（1）动环在弹簧力和介质压力的作用下，与静环的端面紧密贴合，并发生相对滑动，阻止了介质沿端面间的径向泄漏（泄漏点1）；（2）动环辅助密封圈阻止了介质可能沿动环与轴之间间隙的泄漏（泄漏点2）；（3）静环辅助密封圈阻止了介质可能沿静环与端盖之间间隙的泄漏（泄漏点3）；（4）用O形圈或垫片来密封端盖与密封腔体连接处的泄漏（泄漏点4）。4.机械密封零部件常用材质⑴、端面密封摩擦副的材料摩擦副材料有石墨、陶瓷、堆焊硬质合金、碳化钨合金、SiC、填充聚四氟乙烯、锡青铜、钢结硬质合金、不锈钢、酚醛塑料、尼龙等。①、石墨优点：是耐腐蚀性和自润滑性好，摩擦系数小，耐热冲击性好并容易加工。缺点：是机械强度低，有孔隙。石墨的这两个缺点可以用浸渍和渗碳的方法改善。浸渍石墨可分为浸树脂和浸渍金属两种。用作中低转速机械密封的动环和高速机械密封的静环。②、陶瓷优点：是耐腐蚀性好，硬度很高，耐磨性好，缺点：是脆性大以及硬度过高而难以加工。应用较多是氧化铝陶瓷，还有金属陶瓷。陶瓷多用于腐蚀性介质、中低速的场合。③、堆焊硬质合金在碳钢、铬钢和铬镍钢的密封面上堆焊硬质合金，优点是硬度高，耐腐蚀性好，耐温性好（500℃以下），耐腐蚀或汽蚀性好。缺点是易产生气孔、夹渣和表面硬度不均匀。④、碳化钨合金由碳化钨、碳化钛等硬度高、熔点高的金属碳化物，是用加粘结剂粉末冶金的办法，压制烧结成型。优点是硬度、强度都很高，耐磨、耐高温、耐腐蚀，线膨胀系数低，缺点是性脆，加工困难。碳化钨是应用最广泛的端面密封副材料。多用作中低转速机械密封的静环，高速机械密封的动环。⑵、辅助密封圈的材料对辅助密封材料的要求是弹性好，摩擦系数小，耐磨、耐热和低温性好，抗介质腐蚀、溶解和老化等，此外还要求在压缩后和长期使用中残余变形好。常用的辅助密封圈材料是橡胶和聚四氟乙烯等。具体适用范围见后续表。⑶、弹簧及其他零件材料对弹簧材料的要求是对弹簧材料的要求是：弹性好、耐介质腐蚀，有一定的强度。常用弹簧材料有不锈弹簧钢（1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2等）、铬钢（3Cr13、4Cr13等）、碳素弹簧钢（60Si2Mn等）和磷青铜。波纹管材料对波纹管材料的要求是：良好的焊接性能；较大的弹性；一定的耐腐蚀性。常用的波纹管材料有铁基、铜基和镍基合金以及钛材等。一般以铁基中的镍铬奥氏体带材为主，尤以1Cr18Ni125MnMo2Ti用得最多。高镍弹性合金被认为是制作波纹管较理想的材料，含铝的材料用一般焊接技术时会遇到困难。目前国外用得最多的波纹管材料有AM350（近似Cr16Ni45MnMo3N）属于固溶体、低强度、低硬度、高延伸率。介质使用温度动环静环辅助密封圈弹簧清水常温氧化铝陶瓷石墨浸渍环氧树脂丁腈橡胶1Cr18Ni9Ti3Cr13SUS304过热水大于100℃氧化铝陶瓷石墨浸渍环氧树脂氟橡胶1Cr183Cr13SUS304（0Cr18Ni9）碳化硅浸树脂石墨碳化钨碳化钨盐酸20～70℃氮化硅氧化铝陶瓷填充聚四氟乙烯氟橡胶海氏合金B钛钼合金（Ti32Mo）介质使用温度动环静环辅助密封圈弹簧氨水20～沸点石墨浸渍呋喃树脂氮化硅钢结硬质合金硅橡胶1Cr18Ni12Mo2Ti碱小于120℃碳化钨碳化钨聚四氟乙烯硅橡胶1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni12Mo2Ti尿素140℃碳化钨、铬钢堆焊钴铬钨、铸铁浸树脂石墨填充聚四氟乙烯酚醛塑料聚四氟乙烯聚硫橡胶3Cr134Cr135.机械密封的特点（1）密封性好：在长期运转中密封状态很稳定，泄漏量很小，据统计约为软填料密封泄漏量的1%以下。JB4127.1-1999《机械密封技术条件》中规定，泄漏量的要求是当被密封介质为液体时，平均泄漏量规定如下：轴（或轴套）外径大于50mm时，泄漏量不大于5ml/h,外径不大于50mm时，泄漏量不大于3ml/h，特殊条件及密封介质为气体时不受此限制。（2）使用寿命长：机械密封端面由自润滑性及耐磨性较好的材料组成，还具有磨损补偿机构。因此，密封端面的磨损量在正常工作条件下很小，一般的可连续使用12年，特殊的可用到5年左右。（3）稳定性好：由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中即使摩擦副磨损后，密封端面也始终自动地保持贴合。因此，正确安装后，就不需要经常调整，使用方便。（4）功率损耗小：由于机械密封的端面接触面积小，摩擦功率损耗小，一般仅为填料密封的20%30%。（5）轴或轴套表面不易磨损：由于机械密封与轴或轴套的接触部位几乎没有相对运动，因此对轴或轴套的磨损较小。（6）耐振性强：机械密封具有缓冲功能，因此当设备或转轴在一定范围内振动时，仍能保持良好的密封性能。径向密封转速在n=3000r/min下最大径向振幅不超过0.05mm，机械密封是可以承受的。（7）密封参数高，适用范围广：当合理选择摩擦副材料及结构，加之设置适当的冲洗、冷却等辅助系统的情况下，机械密封可广泛适用于各种工况，尤其在高温、低温、强腐蚀、高速等恶劣工况下，更显示出其优越性。目前机械密封技术参数可达到如下水平：轴径51000mm；使用封端面平均线速度v的乘积pv值可达1000MPa·m/s。（8）结构复杂、拆装不便：与其它密封比较，机械密封零件数目多要求精密，结构复杂。特别是在装配方面较困难，拆装时要从轴端抽出密封环，必须把机器部分（联轴器）或全部拆卸，要求工人有一定的技术水平。6.机械密封的辅助措施包括：冷却、保温、冲洗、过滤等。冷却：对密封面周围介质采用间接降温的方法，使介质冷却下来，降低摩擦副端面温度。保温：如果温度较低，被密封介质容易发生结晶固化等情况时，应采取必要的保温措施，防止因结晶或固化造成端面的损坏。冲洗：利用被密封介质或其他有压力的介质带走机械密封摩擦副产生的热量，并可防止杂质沉积及气体滞留等。冲洗方法较多：有自冲洗、反冲洗、贯穿冲洗、外冲洗及循环冲洗等自冲洗：介质由泵出口端通过管道引入密封腔；反冲洗：介质由密封腔通过管道引入泵入口端；贯穿冲洗：将自冲洗和反冲洗两者结合；外冲洗：将外部系统有压力的介质通入密封腔中；循环冲洗：借助于泵送叶轮使密封腔内介质进行循环，带走热量。急冷：是将冷却液（一般为水）直接与动、静环内径（或外径）接触的一种冷却，使动、静环与密封圈均受到冷却，冷却效果好。常见的3种急冷方法：以水为冷却液；以溶剂作冷却剂；以蒸汽作冷却液。机械密封是较精密的部件，安装质量的好坏对其使用寿命有很大的影响。1.安装公差和技术要求对安装机械密封部位的轴或轴套的径向圆跳动、表面粗糙度、外径公差、运转时轴的轴向窜动等都有一定的要求。二、机械密封的安装安装普通机械密封部位轴或轴套的精度要求密封腔体与密封端盖定位端面对轴（或轴套）表面的跳动要求2.安装前的准备工作及安装注意事项（1）检查要进行安装的机械密封的型号、规格是否正确无误，零件是否完好，密封圈尺寸是否合适，动、静环表面是否光滑平整，若有缺陷，必须更换或修复。（特别是密封面、辅助密封圈有无损伤、变形、裂纹等）（2）检查设备的精度是否满足安装机械密封的要求。（3）检查机械密封各零件的配合尺寸、粗糙度、平行度是否符合设计要求。（4）使用小弹簧机械密封时，应检查小弹簧的长度和刚性是否相同。（5）清洗干净密封零件、轴表面、密封腔体，并保证密封液管路畅通。（6）安装过程中应保持清洁，特别是动、静环的密封端面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘。不允许用不清洁的布擦试密封端面。为了便于装入，装配时应在轴或轴套表面、端盖与密封圈配合表面涂抹机油或黄油。动环和静环密封端面上也应涂抹机油或黄油，以免起动瞬间产生干摩擦。（7）弹簧压缩量要按规定进行，不允许有过大或过小现象，无说明时一般控制在3-5毫米之间，过大会增加端面比压，加速端面磨损；过小会造成比压不足而不能起到密封作用。(工作压缩量应为极限压缩量的2/3～3/4)（8）安装过程中不允许用工具敲打密封元件，以防止密封件被损坏。（9）动环安装后保证能在轴上灵活移动，将动环压向弹簧后应能自动弹回来，动环内径与轴颈的间隙值一般应控制在0.2～0.4毫米，避免密封圈挤出或浮动性差。（10）要十分注意避免安