机械密封技术知识讲义

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1、机械密封技术知识,目录,机械密封的发展史 机械密封的基本原理 机械密封的分类 机械密封的工作原理 几种常用密封概况 机械密封端面组合形式 机械密封辅助系统 机封的有关参数 金属波纹管机械密封 泵用干气密封简介 机械密封的安装与使用 机封的常见故障分析 炼油和化学工业对机械密封要求的最新趋势,机械密封是流体机械和动力机械中不可缺少的零部件。它对整台机器设备、整套装置、甚至对整个工厂的安全生产影响都很大，特别是在石油化工企业中，对保证设备运转可靠、装置连续生产具有重大的意义。 近几十年来，机械密封技术有了很大的发展。由于机械端面密封有着工作可靠、泄漏量少、使用寿命长、适用范围广优点，故在工业中获得

2、了广泛的应用，尤其在石油化工机泵中应用最广。,机械密封的发展史,机械密封的发展史,随着密封技术的不断发展，对密封的要求也越来越高，因此在密封的结构上发生了一系列变化，从当初的大弹簧、小（多）弹簧机封，到目前的焊接金属波纹管机封；从非集装式到集装式；从单端面到双（多）端密封；从接触式密封到非接触式密封；并开始使用密封面开深槽的热流体动力楔密封和热流体动压垫密封等。,机械密封的发展史,新技术、新概念、新产品、新材料、新工艺和新标准不断涌现；高参数（如高压、高速、高温、大直径）、高性能（如干运转、零泄漏、无油润滑、浆液）和高水平（如高PV值、大型剖分式、监控）的密封产品大量研制；随着安全和环境保护要

3、求的日益提高，过去只注意眼睛可视的“泄漏”，不注意眼睛看不见的易挥发物的“逸出”；为了延长工艺装置的检修周期和操作周期，要求机械密封的工作寿命由1年延长到2年甚至更长。,密封的失效分析，是机封技术发展的又一个重要环节，它可以帮助我们改进机封结构和改变密封参数等，促使机封技术的进一步完善。,机械密封的发展史,总之，机封的发展，一是为了适应和解决实际问题的需要，对机封的要求不断提高；二是新技术的不断创新和应用促使了机封技术的不断进步。,机械密封的发展史,机械密封的目前水平,单级压力：10-3Pa35Mpa； 使用温度：最高达1000；最低可达低温深冷； 机器转速：50000rpm； PV值：达10

4、00Mpam/s。,机械密封的基本原理,机械密封概述: 定义:机械密封(端面密封)-由至少一对垂直于轴线的端面在流体压力和补赏机构 弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下,保持贴合并相对滑动而构成 防止流体泄漏的装置. 机封的组成: 动环和静环组成的密封端面摩擦副 弹性元件绶冲补偿机构（有弹簧、波纹管等） 辅助密封圈动、静环密封圈等 传动机构弹簧盒、紧固螺钉、传动座等 基本密封点: 端面主密封点 静环与压盖辅助密封点 动环与轴(轴套)辅助密封点 压盖与泵体连接密封点 此外为了保证和提高机械密封的密封效果延长使用寿命,采取不同端面 的组合，增加如冲洗,节流冷却,阻封和杂质过滤等辅助系统.,摩

5、擦副,弹性元件,传动机构,动、静环密封圈,辅助密封,密封面、传动座 和弹簧,机械密封如何运转?,密封面要求很平（3个光圈以下） 密封面之间要形成液膜（3微米）,密封的泄漏,液膜作用： 将密封面分开 润滑滑动面 减少摩擦和热量 阻止介质向大气泄漏,0.294 m,机械密封的分类,一、按补偿机构弹性元件的运动状况分： 旋转式和静止式 二、按静环的安装位置分： 内装式和外装式 三、按补偿机构弹簧的数量分： 多(小)弹簧和单(大)弹簧 四、根据密封面上介质载荷的作用情况： 平衡型和非平衡型 五、按流体的泄漏方向： 内流型和外流型,机封密封的分类,六、按密封端面的接触形式： 接触常规密封,非接触密封,全

6、接触干运转密封 七、按补偿结构型式： 弹簧型和波纹管型 八、按密封端面的数量： 单端面、双端面和多端面,机械密封分类:API 682 （2）分类 按机械密封结构分类： A类密封；内侧密封为平衡型推进式多弹簧旋转补偿，二次“O”型,盒式密封 B类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次“O”型，盒式密封 C类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次柔性石墨型，盒式密封 机械密封第三位代码原API 610引用“P”“T”“A”表示压盖结构形式， 现规定分别用“A”，“B”，“C”代表上述三类密封,机封密封的分类,1轴通过传动座和推环，带动动环旋转，静环固定不动，在弹簧力和被密封

7、介质压力的作用下，使动环和静环的密封端面紧密贴合，防止被密封介质从动环与静环的密封端面之间泄漏；当摩擦副表面磨损后，在弹簧力的推动下实现自动补偿。,机械密封的工作原理,2密封圈在推环和介质压力的作用下，起到动环与轴套之间的密封作用，防止被密封介质从动环与轴套之间的泄漏；静环密封圈安装在密封压盖中，防止被密封介质从静环与压盖之间的泄漏；压盖与泵体之间采用垫片（金属缠绕垫、高强垫等）或形圈密封；轴套与轴之间也采用垫片或形圈密封，这样就达到了密封作用。,机械密封的工作原理,几种常用密封概况,1. GX型：内装、单端面，单弹簧、接触式非 平衡型机械密封； 密封介质：清水、油类及其它弱腐蚀性液体 密封压

8、力：00.8Mpa 密封腔温度：-2080 转速：n3000rpm 密封型号有：GX-35、GX-40GX-90,几种常用密封概况,2. GY型：内装、单端面，单弹簧、接触式平衡型机械密封； 密封介质：清水、油类及其它弱腐蚀性液体 密封压力：0.63.0Mpa 密封腔温度：-2080 转速：n3000rpm 密封型号有：GY-35、GY-40GY-90,几种常用密封概况,3. U(UK)型: 内装、单端面，单弹簧、接触式平衡型机械密封； 密封介质：油、水及其它石油化工介质。 密封压力:Pmax6.9Mpa。 密封温度：水066 其它介质40160。 转速：n3000rpm。 密封型号有：U-1

9、750、U2125、U-2500、UK-2875、UK-3250、UK-3375、UK-3625。,几种常用密封概况,4金属波纹管机封：平衡型机械密封； 密封压力:Pmax7Mpa 密封温度：-240650。 5小弹簧机封：平衡型或非平衡型机封。 密封型号有：119B、59B、1523、 109B、59U、108U、106U、C8等。,机械密封端面组合形式,考虑到介质复杂情况，环保要求，自动监控，安全性等要求，机械密封组合成不同形式用以满足上述要求： 机械密封端面组合形式： 一、单端面机械密封 二、双端面机械密封 1.背对背式 2.面对面式 3.串联式 三、多端面机械密封 辅助密封： 喉部节流

10、密封 二次节流密封,1.大弹簧单端面机械密封,密封的基本结构,2.波纹管静止型单端面机械密封,密封的基本结构,3.波纹管旋转型单端面机械密封,密封的基本结构,4.波纹管(旋转型)串联机械密封,密封的基本结构,5.波纹管(静止型)串联机械密封,密封的基本结构,6.小弹簧串联机械密封,密封的基本结构,机械密封,封油罐,润滑系统,联轴节,封油出,封油入,机械密封辅助系统,机械密封辅助系统应用,基本系统-为保证机械密封正常使用,选用正确的密封辅助系统, 增加如冲洗,循环,抗温,抗压,排渣,节流,润滑,防结晶, 防介质泄漏等功能,改善机械密封的工作环境,从而保 证机械密封的正常运行. 基本系统功能: 控

11、制泄漏 控制压力 控制磨蚀 控制腐蚀 防污染 防泄漏 基本系统分类: API 610 PLAN 系统 介质冲洗 API 610 PLAN 01,11, 12,13,14，21,22,23,31,41 外流体冲洗 API 610 PLAN 32,51，（61）62 缓冲液（气）循环系统 API 610 PLAN 52，72 隔离液（气）循环系统 API 610 PLAN 53A,53B,53C,54，74 收集与排放系统 API PLAN （71），75，76,方案52注意点： 外部储罐为不加压双密封的外侧密封提供缓冲流体； 在正常工作时，内泵送环保持循环； 储罐通常连续地向蒸汽回收装置中排气，

12、并保持压力低于密封腔内的压力,压力表,液位计,球阀,节流孔板,放空,液位开关 (高),液位开关 (低),压力开关,(一般置长开位置),放空阀,API标准密封冲洗方案52,1.几何参数：动环内外径（d1、d2），静环内外径（D1、D2），平衡直径d0，波纹管有效直径de； 2.力学参数：弹簧比压Pt，载荷系数K，平衡系数，膜压系数，端面比压Pb，沸腾半径rb等。,机封的有关参数,机封的力学参数,（1）弹簧比压：密封端面单位面积上所受的弹性力。 Pt=Ft/A 弹簧比压推荐值Pt= 0.10.2Mpa。 （2）载荷系数：动环的轴向受力面积Ae与端面贴面积A之比，它是用来衡量动环受轴向力的作用，压紧

13、静环接触面上的压紧程度。,机封的力学参数,载荷系数K：,（3）平衡系数：=1-K,（4）端面比压：密封端面单位面积上所受的合力。 F=Ft+Fp-Fm Pb=F/A=Pt+P1（K-） 端面比压推荐值： 一般介质0.30.6Mpa 低粘度介质0.20.4Mpa 高粘度介质0.40.7 Mpa,机封的力学参数,机封的力学参数,机封受力分析： F合=Ft+Fp-FmR Fp=p1A Fm=pmA=p1A R为摩擦阻力， 实践证明很小， 可以忽略。,P1密封腔内介质压力 Fp介质压力引起的闭合力 Fm液膜压力产生的开启力,机封的力学参数,（5）膜压系数:,Pf沸腾半径中的汽化压力 rb沸腾半径r1、

14、r2密封端面内、外半径。,的选取(经验值)： 高粘度介质（重油如渣油）=0.30.4 中等粘度（如柴油、煤油、水）0.5 低粘度（如轻烃）=0.650.75,rb Pb 热量 破坏了机封的热平衡，温度 密封面破坏； rb Pb 密封面开启，破坏了机封的力平衡，工作不稳定，密封泄漏。 力平衡是密封运行的基础，热平衡是密封能长周期运行的必要条件，两者相互依存，缺一不可。特别对于轻烃泵的密封，更要同时做好力平衡和热平衡，这一点非常关键。,机械密封长周期运行的条件,金属波纹管机械密封,金属波纹管机封工作原理 波纹管机封特点 波纹管机封的制造 波纹管机封结构形式,金属波纹管机封工作原理,波纹管密封的波纹

15、管是利用微束等离子焊接制成的一种全封闭结构，由于波片本身波形的存在及焊接后波距的存在，使之在轴向被压缩一定位移后，产生弹性力，致使动静环表面始终处于贴合状态并形成一定的比压，在动静环表面磨损后始终处于弹力补偿状态。,波纹管机封特点,1.具有优越的追随性：由于波纹管密封本身为全封闭结构，在结构上消除了普通弹簧机封中所必备的动环与轴套（或轴）的动环密封圈，使波纹管身的弹率充分被利用来形成比压，显示出优越的追随性。 2.耐高温性：由于波纹管机封取消了普通机械密封中的动环密封圈，所以不再受被密封介质状况及温度对动环密封圈的影响，适用的介质及温度被大大扩大(-250400)。,波纹管机封特点,3.平衡性：波纹管密封和普通机封相比，不需要在轴套上加工出台阶