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1、通用流体输送机械类,机械密封原理篇,泵是各领域使用最广泛的通用机械之一，其品种、规格繁多，绝大多数类型的泵（磁传动泵、屏蔽泵除外）存在一个基本的共性问题 _“泄漏”。,壳体(法兰）泄漏属于静密封问题，容易解决， 长期以来，人们主要致力于研究解决泵的轴封泄漏 问题。,导致泵轴封泄漏的因素,为什么旋转轴设备需要密封,泵的轴封结构形式,传统旋转轴设备的密封形式,水环,现代的旋转轴设备绝大多数采用机械密封来控制介质的泄漏量，获得理想的机封寿命，并达到设备环保的要求,机械密封的工作原理,作用：在泵、风机、搅拌釜等旋转设备中，机械密封件是用来阻止介质沿其旋转轴与壳体之间的缝隙泄漏的装置。 基本元件：机械密
2、封至少有一对垂直于旋转轴线且端面相互贴合的密封环(其中一个安装在轴上随轴转动_动环，另一个安装在静止的机壳上_静环)； 辅助部件：相对静止的辅助密封件；产生使密封环端面相互贴合的作用力的弹性元件（或磁性元件）以及其它传动部件所组成。 由于机械密封在工作时，起主要密封作用的是在外力（介质压力和弹弹簧力或磁力）作用下、两个相互贴合并相对滑动的密封环端面，故机械密封也称为端面密封。,机封总是由旋转部件（黄色部分）和静止部件（橙色部分）两大部分组成，两相对运动的动、静 环面平面光洁度可达0.9 ，两面成为密封的主密封面 小部分泵送介质在两面之间形成动态液膜，给两密封面提供润滑和冷却，对密封的性能和运转
3、寿命有着至关重要的影响。 闭合力 （弹簧力和介质压力）使两动，静环互相贴合。,路径 1 只要拧紧密封端盖垫片，此点就能起到密封的作用. 路径 2 静环 O型圈. 路径 3 旋转动环 与轴之间的O型圈. 路径 4 主密封摩擦幅端面 如果密封面有两个， 项2、 3 & 4 X2 翻倍.,潜在的机械密封泄漏途径,单端面集装式密封 - 推进式、平衡型设计,非推进式密封,推进式密封,所有的机封都可分类归于一种或多种密封类别中。没有哪种机械密封本身可以说就比另一类要好。但理解他们之间的差异对于我们在特定工况下选择密封的类型，设计及维护都至关重要。,F弹簧力 + F闭合力 F打开力 = F合力,弹簧力,平衡
4、直径,闭合力,大气端压力,打开力,非平衡型密封,F弹簧力 + F闭合力 F打开力 = F合力,弹簧力,平衡直径,闭合力,大气压,打开力,压力 150 psi 或 10.3 bar,平衡型密封,单弹簧密封,多弹簧密封,单弹簧 Vs 多弹簧 单弹簧密封优点 耐腐蚀 不易堵塞 结构简单 带U式辅助密封, 耐较高压力 多弹簧密封的优点 较便宜 尺寸短 压力载荷更均匀,弹簧 单弹簧 丝径粗能耐一定量的腐蚀量 比较而言，不易被小量的颗粒或纤维物堵塞 密封设计选型时，要考虑密封面的载荷均匀度 高轴转速时慎用，弹簧会扭曲变形 需要更多的轴向长度 每种密封规格的弹簧没有通用性,弹簧 多弹簧密封 通常提供给动环面
5、的载荷比单弹簧更均匀 各密封规格之间具有互换性，只是数量改变 轴向长度更短，密封更紧凑 由于轴高速产生的离心扭曲变形较小 如果材料选择不当，弹簧可能会由于腐蚀造成应力断裂或弹力负载变小,挡环,动环,静环,O形圈,顶丝,推环,弹簧,弹簧座,标准密封部件,所有的机械密封都含有下列部件： 动环 静环 静密封 弹性补偿部件 金属件,O型圈,Shaft轴,静环,动环,卡环,推环,O型圈,盘片,弹簧,传动套,定位螺丝,密封材料 材料的选用取决于下列因素: 温度和压力 介质特性，特别是腐蚀性或磨蚀性 密封型号 标准化,排列方式1 单端面机械密封 排列方式2 不带压双端面机械密封 排列方式3 带压双端面机械密
6、封,机械密封的排列方式,机械密封的冲洗方式,概述: 向双端面或单端面密封的高压侧直接注入液体称”冲洗”,一般泵均应进行冲洗,冲洗的目的是为了密封、冷却和润滑. (1)密封 密封腔内通入与介质相容的液体(外循环),从而达到: 1.1、防止高温,有毒及贵重介质从泵腔漏出; 1.2、防止含有颗粒的介质漏入密封腔内,磨损密封面; 1.3、防止易汽化结冰的介质(如液化气)漏入密封腔内产生气体.造成干摩擦而磨损密封面; 1.4、防止易结晶的介质漏入密封腔内,应冷结晶而磨损密封面; (2)润滑 保持密封面之间有一层液膜起润滑作用; (3)冷却 (3.1)防止高温介质进入密封腔内; (3.2)导走动环和静环工
7、作时的产生的摩擦热.,按冲洗液的来源,冲洗一般分自冲洗、外冲洗及循环冲洗三种 1)自冲洗如Plan 11,适用于密封腔内压力小于泵出口压力,大于泵进口压力,介质温度不高(温度小于等于800C,不含杂质的场合）. 2)外冲洗如Plan 32,用于被密封介质温度较高,容易汽化以及杂质含量较高的场合,冲洗液压力要比密封腔内介质压力稿0.1-0.2MPa. 3)循环冲洗如Plan 52,借助与机封内的泵送环(Pump Ring) 或虹吸进行封液循环.,冷却密封和密封腔 有利于密封腔保持干净 密封腔底部加小间隙的喉部衬套可使密封腔压力升高,防止介质汽化 可使密封腔长期充满, 温度动态平衡 常用 1/8
8、or 3/16” 孔板,一般情况带有孔板,常用于立式泵上,方便密封腔排气 工作原理类似API PLAN 11 ,仅仅循环的流量和压差小一些 在有磨蚀性的颗粒工况中使用效果不错, 保护密封面(取消孔板).,从泵出口经换热器引旁路到密封腔,对泵送介质冷却,以防汽化 Plan 21 换热负载大, 效果好,但并不经济 . 换热器的管阻损失应考虑 ,高粘介质不能使用 ,盘管定期除垢,清洗,18-24” 高于轴心线.,密封腔和换热器间的闭式循环,机械密封的排列形式,串联,背对背,面对面,机械密封的发展历程,最早在19世纪末期出现机械密封的雏形,结构相当简单，仅由一个橡胶弹性体和金属（壳体）相摩擦。 二战期
9、间,美国开始在化工流程泵上使用机械密封,二战后,随着石油化工行业的迅猛发展，机械密封在西方国家也发展迅速，至70年代，西方国家的炼油行业的流程泵80%采用机械密封，机械密封的应用范围也迅速扩大。其结构类型、端面材料的使用也迅速增加。 我国在50年代末期，开始进行机械密封的研究，至70年代，形成了我国的泵用标准（ JB1472、HG5-748-78 ）和釜用（HG5-751756-78）两大系列机械密封，奠定了我国机械密封行业的基础。,机械密封的分类,机械密封的分类方法很多，按应用的主机分类，大致可以分为泵用机械密封、釜用机械密封、透平压缩机用机械密封、低温制冷机用机械密封等。 按机械密封的作用
10、原理和结构分类 （1） 按密封端面组合分类 可分为单端面、双端面、多端面机械密封，其中双端面有轴向双端面和径向双端面两种； （2） 按密封端面接触与否分类 可分为接触式、非接触式机械密封，其中非接触式机械密封又分为流体动压式和流体静压式两种； （3） 按密封端面承受载荷分类 可分为非平衡型、部分平衡型、过平衡型机械密封；,（4）按密封是否装在腔体内侧或外侧，可分为内装式和外装式机械密封； （5）按弹性元件分类，可分为单弹簧、多弹簧、金属波纹管机械密封； （6）按密封流体在密封端面的流向可分为内流式、外流式机械密封； （7）按补偿环是否随轴旋转可分为旋转式、非旋转式机械密封； （8）按波纹管材料
11、分类，可分为金属波纹管、橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管机械密封； （9）按密封补偿力分类，可分为弹性元件和磁性元件机械密封； 还有按使用工况、参数分类等等。,机械密封与填料密封的优缺点,泵性能和结构导致密封失效的原因分析,集装式机械密封,集装式机械密封就是研究提高机械密封可靠性的产物。 所谓集装式机械密封就是通过密封自带轴套和端盖将单（双）端面机械密封组合在一起，为整体安装形式， 如图所示：,泵用“干气”密封,“干气”密封的原理 “干气”密封：非接触式气膜润滑机械密封，其工作是，依靠密封端面的螺旋槽使气体产生流体动压效应，在密封面上形成气膜压力造成密封面脱离接触，当气膜压力（开启力）等于密封端面闭合力（弹簧力、介质力），密封面的间隙相对稳定，密封进入稳定的运行状态。 目前，在一些输送易挥发介质的泵中，有不少采用“干气”密封， “干气”密封在输送类似于气体介质，确实有许多优点，但是由于螺旋槽非常浅（5-7），容易被杂质堵塞，因此对辅助系统要求很高。,谢谢观看！,
