机械密封培训资料PPT

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1、1,目 录,第一节 机械密封原理和基本结构型式 一 密封原理和特点 二 结构类型 三 常用机械密封标准结构简介 第二节 冷却冲洗与安装、使用 一 密封环端面发热 二 冷却、冲洗方法及系统设计 三 机械密封的安装 第三节 特殊工况下机械密封的设计要点 一 高温条件,2,二 低温条件 三 高压与真空 四 高速 五 腐蚀性介质条件 六 含有固体粒子条件 第四节 机械密封失效原因与故障分析 一 机械密封的故障在零件上的表现 二 机械密封振动、发热的原因分析及处理 三 机械密封泄漏的原因分析及处理 四 机械密封典型失效原因分析 五 常见的渗漏现象 六 机封正常运行和维护问题,3,什么是机械密封,机械密封

2、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，从而构成的防止流体泄漏的装置。,4,一、密封原理和特点,1.结构,第一节 机械密封原理和基本结构型式,（1）组成,5,（2）固定,紧定螺钉把弹簧固定在轴上 静环的周向固定：静环上开槽，然后通过防转销与静环座固

3、定。而静环座又与设备联在一起。,6,2.密封原理,机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的端面密封。如图3-1所示，当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，而静环则固定在座架上静止不动，这样动环与静环相接触的环形密封面阻止了介质的泄漏。,7,机械密封一般有四个密封处：,A、动环与静环之间的密封动密封,B、动环与轴或轴套之间的密封相对静密封,C、静环与静环座之间的密封静密封,D、静环座（压盖）与设备之间的密封静密封,机械密封的主要特点是密封面为垂直于旋转轴线的端面。,A,B,C,D,8,3.基本构件,（1）

4、动环和静环,材料 较好的耐磨性，能有减摩作用（即f要小） 良好的导热性，把摩擦热及时传出 孔隙率小，结构紧密，以免介质在压力下有渗透。 动、静环是一对摩擦副，它们的硬度各不相同。,一般动环的硬度比静环的硬度大。动环的材料可用铸铁、硬质合金、高合金钢等，在有腐蚀介质的条件下可用不锈钢或不锈钢表面（端面）堆焊硬质合金、陶瓷等；静环的材料可用铸铁、磷青铜、巴氏合金等，也常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。,9,配对方法： 当介质粘度小，润滑性差时，采用金属配各种非金 属（因为大多数非金属材料都有自润滑作用）；当 介质粘度较大时，采用金属与金属配对。 加工精度 由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦环要相

5、互滑动摩擦，故端面的加工精度影响着密封的效果 和使用寿命。因此，JB4127-85机械密封技术条 件规定较高。,10,（2）弹簧加荷装置,（3）辅助密封元件,型式：O形、V形、矩形等,作用：产生压紧力，保持动、静环端而后紧密接触，且是一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而引起的摩擦面不贴合。 再进一步，如果我们把弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力称为弹簧比压ps，那么ps的作用有两点：起动停车或介质压力波动时，使密封面维持足够的比压；克服密封圈与轴的摩擦力，保持动环沿轴向移动，以补偿端面的磨损。 因此有人把机械密封定义为：机械密封是一种带有缓冲机构，并通过与旋转轴大体垂直并做相对转动的密

6、封端面进行密封的装置。,11,优点,密封可靠，在一个较长的使用期中，不会泄漏或很少泄漏； 使用寿命长，正确选择摩擦副材料和比压的机械密封可用25年，最长的达9年； 维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修； 摩擦功率消耗少； 轴或轴套不受磨损； 对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感； 适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转速以及各种腐蚀、易燃、易爆、有毒介质的密封。,4.机械密封的优缺点：（与软填料密封比较）,缺点,结构较复杂，对制造加工要求高； 安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的安装技术水平； 发生偶然事故时，处理比较困难； 一次性投资高。,12,表3-1机械密封与填料密封

7、的比较,13,二、结构类型,按介质泄漏方向分为内流式和外流式。 内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄者称为内流式。 外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄者称为外流式。 内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固体颗粒的情况尤其应该采用内流式。这样可防止固体颗粒进入摩擦面。,1、内流式和外流式（图3-2）,14,按弹簧是否与介质接触分为内装式和外装式。 内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介质之外。,2、内装式和外装式（如图3-3）,15,外装式特点：一般来说大部分机械密封零件不与介质接触，且暴露在设备外，便于观察及维修

8、安装。但是由于外装式结构的介质作用与弹簧力相反（指常用结构）。当介质压力有波动或升高的情况下，弹簧力余量又不大时，会出现密封不稳定的情况以致产生泄漏。当介质压力降低时，因弹簧力不变，在摩擦面上受负荷增大，特别在低压起动时，摩擦副的表面间尚未构成液膜，此时比压又是最大，容易擦伤端面。,内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大的弹簧力即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大，因而增加了密封的可靠性。,一般情况下内装式的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能采用内装式结构。,

9、16,主要按介质作用在端面的载荷程度分。,3、平衡型和非平衡型,当不计摩擦副间反压力及密封圈摩擦力时，作用在端面上的比压为：,式中：Pc端面比压，是指作用于密封面环带的单位面积上净剩的闭合力，它主要取决于密封结构型式和介质压力。 P介质压力 Pn弹簧比压（弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力）,17,其中：Ae流体介质作用的有效载荷面积 A接触面积（密封环带面积） K载荷系数，动环的轴向受压面积与端面接触面积之比。 d1、d2密封环带内、外径 db平衡直径（介质压力在补偿环辅助密封处的有效作用直径） 减小动环的轴向受压面积，可将流体压力施加在摩擦副端面上的载荷部分甚至全部卸除。这一方法称为卸荷

10、。 因此K表示的是介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程度。 根据d1、d2 和db的不同，K有不同的值。（图3-4）,18,19,K1非平衡型 ：介质作用于单位密封面上的轴向压力大于或等于密封腔内介质压力，K=1.11.2 0K1部分平衡型: 介质作用于单位密封面上的轴向压力小于密封腔内介质压力，K=0.60.9 K=0全平衡型：介质对密封面无轴向力 K0过平衡型：介质对密封面为推开力 令=1-K，称为平衡系数，它表示介质产生的比压在摩擦副上的卸荷程度。 由前面Pc公式可知，愈大，K愈小，由于介质引起的端面比压愈小，虽然磨损很小，但不易保证密封；反之愈小，K愈大，端面磨损加剧并的热，甚至有咬坏的

11、危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验，不宜超过0.5。,20,按弹簧的运转状态分为旋转式与静止式。 旋转式：即是弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸较小。高转速情况下，弹簧及其它转动零件产生的离心力很大，动平衡要求高，有的介质经强烈搅拌后易结晶，对于这种情况宜采用静止式较适宜。,4、旋转式与静止式,21,单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同中心安装。 多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均匀分布。 一般说负荷较轻而且大量生产的密封采用单弹簧为佳，小量生产且在严格的条件下使用时，则都采用多弹簧。,5、单弹簧与多弹簧,22,按摩擦面对数分为单端面、双端面和多端面。 单

12、端面：指在密封机构中仅有一对摩擦副。 双端面：指在密封机构中有两对摩擦副，且两对摩擦副处于相同封液压力下（图3-5）。 密封机构中有两对以上的摩擦副且密封腔的压力逐渐降低，根据摩擦副的对数分别称为双端面、三端面和多端面。,6、单端面、双端面和多端面,23,从结构比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较容易，因而使用很普遍。双端面因要通入带液体（封液）至密封腔内起“封堵”和润滑作用，就需另设一套装置。单端面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许内漏的情况。,24,三、常用机械

13、密封标准结构简介,1、泵用机械密封标准结构,1）103、109型机械密封,103和109型均为单端面、单弹簧、旋转式结构，靠并圈弹簧及带耳环的推环传动，103为非平衡型，109为平衡型，通常按内流内装式设计，为国内使用最为普遍的一种结构。,25,2）104、110型机械密封,104为非平衡型，110为平衡型，也按内流骨装式设计，与前两种不同之处在于它们是靠带耳环的传动套传动。,26,3）105、111型机械密封,105型为非平衡型，111型为平衡型，与和第一种型式比较，不同的是弹性元件为多个沿周向均匀布置的小弹簧，传动方式是靠传动螺钉，通常也按内流内装式设计。,27,4）114型机械密封,11

14、4型机械密封为单端面、单弹簧、非平衡结构，旋转环是靠推环的拨叉带动耳环传动，按外流外装式设计，主要用于化工腐蚀泵上。,28,2、釜用机械密封标准结构,釜用机械密封是解决搅拌轴密封的一种理想方式，按照密封面的对数，有单端面和双端面机械密封之分。双端面机械密封一般配上平衡循环系统，可使用在易燃、易爆、有毒及腐蚀、高真空等对密封要求更为严格的场合。密封结构为外冲洗结构,冲洗液可为清洁的水也可为工业回用水,冲洗液的压力低于密封腔压力,冲洗液在辅助套的上端输入,在辅助套的下端输出,循环使用,密封起到冷却冲洗的作用.机械密封的辅助装置有调温器、平衡罐(隔离流体容器)、强制循环平衡系统等。,29,30,分下

15、列6种型式： 201型-单端面单弹簧非平衡型密封，202型-单端面多弹簧非平衡型密封，203型-单端面单弹簧平衡型密封， 204型-单端面多弹簧平衡型密封，205型-双端面多弹簧非平衡型密封，206型-双端面多弹簧平衡型密封。,31,泵用机械密封和釜用的区别,泵用机械密封水泵用的机械密封，通常水泵电机和机械密封是与地面平行的，转速比较高，通常密封介质为液体，工艺要求相对简单 釜用机械密封反应釜用的机械密封，通常电机和机械密封是与地面垂直的，转速很慢，通常的密封介质为气体，或气液混合介质，工艺要求高，多数情况下会有冷却水套，将机械密封包围实现冷却,32,33,34,一、密封环端面发热,机械密封的

16、摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。前面已经讨论过，如果摩擦产生的热量越多，密封的工作PV值就越大。当然摩擦热除与PV值有关外，还与摩擦系数及端面面积有关。 假设端面比压是均布的，则摩擦热,第二节 冷却、冲洗与安装、使用,35,热量的传递有三种方式：对流、间壁导热、辐射。显然机械密封端面的摩擦热就是以这三种方式传递出去的。如果密封环向周围散失的热量与产生的摩擦热相平衡，则可得到一个稳定的温度值。 对于普通机械密封，泄漏量较小，它带走的热量可以忽略，那么摩擦热主要是由轴导入动静环，再由动静环传给周围介质，即：,T-环端面温度与周围介质温度差 l-温度降方向的壁厚，轴向为环厚h，径向为端面宽度b。 显然，越小，传出的热量就少，温升越高，PV值就越大；反之，越大，传出的热量就多，温升越低，PV值就越小。因此要选择导热系数大的材料。,36,二、冷却、冲洗方法及系统设计,如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或PV值比较高的情况下，端面间的大