机械密封全面讲解机械密封全面讲解2022/7/41目目 录录2022/7/42一、一、机械密封原理机械密封原理二、二、机械密封的基本零件机械密封的基本零件三、三、机械密封的计算机械密封的计算四、四、机械密封用材料机械密封用材料五、五、机械密封辅助系统机械密封辅助系统六、六、机械密封性能的影响因素机械密封性能的影响因素七、七、石化行业典型泵的密封石化行业典型泵的密封八、八、机械密封的安装和使用机械密封的安装和使用九、九、机械密封故障分析机械密封故障分析十、十、补充内容补充内容一、机械密封原理一、机械密封原理2022/7/43（一）定义与组成（一）定义与组成（图图1-1）组成组成:1.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2022/7/44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 2022/7/453、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5弹簧座4弹簧3补偿环1 压盖防转销8非补偿环6（三）密封机理（三）密封机理1、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，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，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，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止.2022/7/46（四）辅助设施（四）辅助设施通过冲洗、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 2022/7/47（五）机械密封的种类（五）机械密封的种类1、按使用条件分类（1）高速密封（ZBJ22-001-88：线速度25100m/s）和普通密封（2）高压和低压密封（3）高温、常温和低温密封（4）泵用、釜用和压缩机用密封（5）耐腐蚀、抗颗粒机械密封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2022/7/48（六）旋转式和静止式机械密封（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2） （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，不能用于高速, 且消耗搅拌功率（2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转用于高速） 2022/7/49（七）内装式和外装式机械密封（图（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）（1）内装式：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，腐蚀性不强的场合用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合）（2）外装式：外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔用于低压、腐蚀性强的场合用于低压、腐蚀性强的场合） 2022/7/410（八）内流式和外流式机械密封（八）内流式和外流式机械密封（一般和内装式、外装式一致） （1）内流式：内流式：泄漏方向朝向轴心。
一般密封都采用这一般密封都采用这 种结构种结构）（2）外流式：外流式：泄漏方向朝向离心力方向泄漏量大，泄漏量大， 只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用） （九）多弹簧和单弹簧机械密封（九）多弹簧和单弹簧机械密封（1）多弹簧：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宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质2）单弹簧：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不宜用于高转速的场合 2022/7/411（十）平衡型和非平衡型机械密封（十）平衡型和非平衡型机械密封 （1）平衡型：载荷系数平衡型：载荷系数K1.0 （用于高压场合用于高压场合）（2）非平衡型：载荷系数非平衡型：载荷系数K1.0 （用于普通压力场合）用于普通压力场合） （十一）补偿机构形式（十一）补偿机构形式（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 2022/7/412（十二）双端面机械密封（图（十二）双端面机械密封（图1-4）两套密封面对面或背对背安装在一起。
用用于于工工作作介介质质有有毒毒、易易燃燃、易易爆爆、易易挥挥发发、易易结结晶晶、高高温温、低低温温，或气体、高真空度等场合或气体、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滑、冷却，选洁净、润滑性好的封液介质 2022/7/413（十三）串联式机械密封（图（十三）串联式机械密封（图1-5）v两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低,v用于高压场合用于高压场合 2022/7/414（十四）波纹管机械密封（十四）波纹管机械密封v去去掉掉了了补补偿偿环环密密封封圈圈及及其其摩摩擦擦阻阻力力，补补偿偿环环密密封封圈圈改改至至弹弹簧簧座座处处, 补偿环追随性提高补偿环追随性提高.v避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损v金属波纹管用于高温介质金属波纹管用于高温介质v聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质 2022/7/415（十五）集装式机械密封（图（十五）集装式机械密封（图1-6）v将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。
v安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可v安装方便，排除了安装不良的影响二、机械密封的基本零件二、机械密封的基本零件2022/7/416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2022/7/417（二）摩擦副匹配要考虑的因素（二）摩擦副匹配要考虑的因素（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（0406）以利补偿静环和轴（轴套）间隙13mm以免摩擦2022/7/418（三）（三） 密封端面宽度密封端面宽度（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：2022/7/419v宽系列用于组对性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、工 况条件好的场合v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） 轴轴 径径16355570100120宽系列宽系列2.53.04.05.06.07.0中系列中系列2.02.53.04.05.05.0窄系列窄系列1.52.02.02.53.03.02022/7/420（四）密封环的主要技术要求（四）密封环的主要技术要求（）平面度0.0009，硬质0.2，软质0.4，表面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按的级精度要求安装辅助密封圈处粗糙度：3.2，径向尺寸公差或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 2022/7/421（五）摩擦副端面平面度检测（五）摩擦副端面平面度检测平面度0.0009，普通量具无法检测，通常利用光波的干涉效应来检测1）光波的干涉效应 根据波动学原理，两波产生干涉的条件是：（a）两波在相遇点振向一致；（b）两波具有相同的频率；（c）两波在相遇点有固定的周相差 。
两个同样的钠光灯不行，只有用同一光源发出的光设法分成两束，才满足相干条件）2022/7/422满足相干条件的两束光的叠加效果是：在波程差为波长整数倍的地方，光强度加强；在波程差为半个波长的奇数倍的地方，光强度减至零（变暗）这就是光的干涉原理 2022/7/423（2）平面度检测原理设入射角i=0，e为气膜厚度（即是被检测面上点到平晶的距离），为光波波长，为光的波程差，那么=2e/2当=k时，被检测面上点变暗；=(2k1)/2 ，被检测面上点变亮 ；（其中k=0,1,2,3,4,，k为整数）由以上公式可以得出下面结论： （）相邻两条光带所对应两点的气膜厚度差（高度差）为/2，（对于钠光灯=0.589m，/20.3m）2022/7/424（）相邻两条光带宽b=/2Sin，（为空气膜倾斜角）（）当e=0时，=/2（半波损失），出现暗条纹； （1）合格光带举例 2022/7/425（2）平面度检测器（图2-3） 平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系数为1.516的光学玻璃制造表面平面度0.1m(2级)，0.03m (1级)光源:钠光灯(=0.589m) 2022/7/426（六六）密封端面的粗糙度要求密封端面的粗糙度要求密封端面承载能力与表面粗糙度有很大关系，大约有如下关系： 粗糙度3.20.80.40.2承载面积（%）4124095端面比压增加（倍）247.31.50.05由此可以看出，密封端面粗糙度应在0.2以上，否则，端面比压比理论值高的多，结果是高点接触，局部压力很高；由于摩擦副的硬度、刚度的差异，局部高点发热甚至产生裂纹。
石墨环表面磨出细微的环状沟纹泵的振动和动、静环的不同心会加剧这种磨损被磨掉的颗粒存在于端面中，形成磨粒磨损，磨损加剧，有时在泄漏的介质中可以看到石墨黑浆 2022/7/427（七）动环（旋转环）（七）动环（旋转环） 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)（）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 2022/7/428（八）静环（八）静环(不旋转不旋转)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 2022/7/429（九）密封环的种类（九）密封环的种类整体式（用同一种材料制造）、组合。