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机械密封 湖北华电电力工程有限公司 赵胜华 目录 一 机封原理二 机封结构三 机封特点四 机封分类五 密封材料六 机封安装七 失效分析八 机封维护九 机封检修十 检修案例 一 机械密封的工作原理 机械密封又称端面密封 是一种旋转机械的轴封装置 由于传动轴与设备之间有一圈间隙 当设备内介质压力与外界大气压力有差量时 会出现介质外泄或空气渗入 轴封的作用就在于消除此现象 以保证设备正常工作 机械密封作为轴封的一种 因其泄露量小 使用寿命长 无须经常维修等优点故被普遍采用 机械密封是靠一对或几对垂直于轴线的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持接合并相对滑动配以辅助密封而达到的阻漏的轴封装置 机械密封组成 1 由旋转环和静止环组成的密封端面 又称摩擦副 2 由弹簧元件组成的补偿机构 3 辅助密封圈 包括动环密封圈和静环密封圈 4 使旋转环随轴一起旋转的传动元件 二 机封结构 构成机封的基本元件有 端面密封环 静环动环 弹性元件 辅助密封 如O型圈 传动件 传动螺钉 防转件和紧固件 二 机封结构 端面密封环 静 动环 端面密封副的作用是使得密封面紧密贴合 防止介质泄露 它要求静 动环具有良好的耐磨性 二 机封结构 弹性元件 弹簧 波纹管 主要起预紧 补偿和缓冲作用 保证端面密封良好的贴合和动环的追随性 材料要求耐腐蚀 耐疲劳 二 机封结构 辅助密封 O型圈 主要起静环和动环的密封作用 同时也起到浮动和缓冲作用 保证静环与压盖之间的密封性 动环与轴或轴套之间的密封性 二 机封结构 传动件 如传动销 传动螺钉和传动突耳 作用是将轴的转矩传给动环 材料要求耐磨和耐腐蚀 二 机封结构 防转件 它起到防止静环转动和脱出的作用 要求有足够的长度 防止静环在负压下脱出 并要求正确定位 防止静环随动环旋转 二 机封结构 紧固件 紧定螺弹簧座 压盖 轴套 它起到静 动环的定位 紧固的作用 机械密封与软填料密封对比优点 1 密封性能高 泄露量很小 对于长期运转的设备也能保证良好的密封效果 2 使用寿命长 在化工介质中一般能工作半年以上 3 摩擦功率消耗小 减小了轴功率的损耗 其摩擦功率约为软填料密封的10 50 4 维修周期长 补偿装置可再端面磨损后做微量的压紧 一般情况下不需经常维修 5 抗振性能好 对转动轴的振动以及轴的偏斜不敏感 6 适用范围广 机械密封能用于高温 低温 高压 真空工况 以及各种腐蚀介质和含磨粒介质 机械密封与软填料密封对比缺点 1 结构较复杂 对加工精度和质量要求较高 2 因其复杂结构安装 拆卸不便 3 一次维修和保养成本较高 4 单件价格较高 三 机封特点 密封性能好 只要主密封面的表面粗糙度和平直度能保证达到要求 只要材料耐磨性能好 机械密封可以达到很少泄漏量 甚至肉眼看不到泄露 与填料 迷宫 浮环 螺旋等密封相比 泄漏量小得多 三 机封特点 使用寿命长 在机械密封中 只要磨损部分是密封摩擦副端面 一般可以连续使用1 2年 个别场合下也有用到5 10年 日本甚至规定最低使用一年 三 机封特点 运转中不用调整 在运转中自动保持接触 装配后就不用向普通软填料那样需调整压紧 抗振性强 缓冲性好 由于波纹管式和全补偿式机械密封的发展 使机械密封具有更好的抗振性 一般在转速n 3000r min时 最大振幅不超过5mm 三 机封特点 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 仅为填料密封的20 30 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 因此对轴或轴套的损伤很小 三 机封特点 结构较复杂 装配较难 更换不便 价格昂贵 四 机封分类 补偿机构是使得密封端面紧密贴合 由此可分为磁力机封 弹簧式机封 波纹管式机封 弹簧式机封又有单弹簧和多弹簧之别 国产采用单弹簧式较多 波纹管的材料有橡胶 聚四氟乙烯和焊接的金属薄片等 四 机封分类 根据密封端面的数量和布置方式可分为单端面 双端面及多端面机械密封 五 密封材料 密封材料应满足密封功能的要求 密封材料的要求一般是 1 材料致密性好 不易泄露介质 2 有适当的机械强度和硬度 3 压缩性和回弹性好 永久变形小4 高温下不软化 不分解 低温下不硬化 不脆裂 五 密封材料 5 抗腐蚀性能好 在酸 碱 油等介质中能长期工作 其体积和硬度变化小 且不粘附金属表面 6 摩擦系数小 耐磨性好 7 具有与密封面结合的柔软性 8 耐老化性好 经久耐用 9 加工制造方便 价格便宜 取材容易 五 密封材料 机械密封常用的密封材料有橡胶类 塑料类 合金类和新陶瓷等 新陶瓷如碳化硅 它的硬度接近于金刚石 橡胶类常用来做辅助密封件 常用的有氯丁橡胶 丁氰橡胶 硅橡胶等 硬质合金如氮化硅 不锈钢如304 304L 316 316L等塑料如聚四氟乙烯等 六 机械密封安装 1 安装前首先要检查机械密封各部件是齐全 完好 有无裂痕和缺失 2 检查旋转环和静止环密封端面是否平整 有无划痕 有无杂质 有无锈蚀 端面间隙是否一致 3 检查静密封圈是否有完好 大小选择是否合适 4 动环是否正常安装 有无卡死 5 检查补偿机构是否正常工作 六 机械密封安装 6 检查各部件间隙是否合适 7 垂直安装 安装时避免碰击 敲打 避免摩擦 防止密封副损坏 8 安装时在表面涂一层清洁的机械油 以便能顺利安装 9 安装压盖时 拧紧螺丝必须受力均匀 避免静环端面与轴心线产生偏差 七 机封失效形式 旋转环与静止环的端面则是做着相当运动的动密封 因此它是整个机械密封装置中的主密封 同时也决定密封效果和机械密封的寿命 机械密封在工作过程中 由于旋转环和静止环两个密封端面紧密配合 使密封端面之间形成一道微小间隙 当介质通过此间隙时 形成极薄的液膜 产生阻力 阻止介质泄漏 同时液膜也起到润滑和冷却的作用 使机械密封的寿命增长 为了保证密封端面间必需的液膜 必须严格控制端面上的压力 若压力过大 则不易形成稳定的润滑液膜 从而导致端面的快速磨损 若压力过小 则影响密封效果导致泄漏量增加 七 机封失效形式 1 静压试验时泄漏 机械密封在安装时由于不细心 往往会使密封端面被碰伤 变形 损坏 清理不净 夹有颗粒状杂质 或是由于定位螺钉松动 压盖没有压紧 机器 设备精度不够 使密封面没有完全贴合 都会造成介质泄漏 如果是轴套漏 则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏 七 机封失效形式 2 周期性或阵发性泄漏 机械密封的转子组件周期性振动 轴向窜动量太大 都会造成泄漏 机械密封的密封面要有一定的比压 这样才能起到密封作用 这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量 给密封端面一个推力 旋转起来使密封面产生密封所要求的比压 为了保证这一个比压 机械密封要求泵轴不能有太大的窜量 一般要保证在0 25mm以内 但在实际设计当中 由于设计的不合理 往往泵轴产生很大的窜量 对机械密封的使用是非常不利的 七 机封失效形式 3 机械密封的经常性泄漏 机械密封经常性泄漏的原因有很多方面 第一方面 由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏 第二方面 是辅助密封圈引起的经常性泄漏 第三方面 是弹簧缺陷引起的泄漏 其他方面 还包括转子振动引起的泄漏 传动 紧定和止推零件质量不好或松动引起泄漏 机械密封辅助机构引起的泄漏 由于介质的问题引起的经常性泄漏等 七 机封失效形式 4 机械密封振动偏大 机械密封振动偏大 最终导致失去密封效果 但机械密封振动偏大的原因往往不仅仅是机械密封本身的原因 泵的其它零部件也是产生振动的根源 如泵轴设计不合理 加工的原因 轴承精度不够 联轴器的平行度差 径向力大等原因 八 机械密封维护 1 在没有介质通过时禁止启动设备 避免端面干摩 2 保证机封封液的洁净度 确保不含固体颗粒 减弱密封面的摩擦 延长机封寿命 3 要注意冷却液的流量 不要断流 要定期检查冷却液温度变化 4 保证介质的洁净度 定期检查 清洗过滤网 九 机械密封检修 安装时注意事项 要十分注意避免安装中所产生的安装偏差 1 上紧压盖应在联轴器找正后进行 螺栓应均匀上支 防止压盖端面偏斜 用塞尺检查各点 其误差不大于0 05毫米 2 检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙 即同心度 四周要均匀 用塞尺检查各点允差不大于0 01毫米 九 机械密封检修 安装时注意事项 弹簧压缩量要按规定进行 不允许有过大或过小现象 要求误差2 00毫米 过大会增加端面比压 另速端面磨损 过小会造成比压不足而不能起到密封作用 动环安装后需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 九 机械密封检修 拆卸时注意事项 在拆卸机械密封时要仔细 严禁动用手锤和扁铲 以免损坏密封元件 可做一对钢丝勾子 在对自负盈亏方向伸入传动座缺口处 将密封装置拉出 如果结垢拆卸不下时 应清洗干净后再进行拆卸 如果在泵两端都用机械密封时 在装配 拆卸过程中互相照顾 防止顾此失彼 对运行过的机械密封 凡有压盖松动使密封发生移动的情况 则动静环零件必须更换 不应重新上紧继续使用 因为在之样楹动后 摩擦副原来运转轨迹会发生变动 接触面的密封性就很容易遭到破坏 十 机械密封检修案例 事件经过2016年1月19日9时许 巡检发现 6机 1前置泵非驱动端轴承声音异常 机封甩水大 立即联系运行停泵 并办理工作票退出检修 工作票安措布置完毕余压泄尽之后 依次拆下轴承 机封等 解体检查发现轴承保持架松脱 机封动静环结合面有磨损 更换一件新机封 LTJ 100 更换两件新轴承 7319BECBM 调整非驱动端轴承外圆膨胀间隙合格 押票试运启泵后非驱动端机封漏水大 重新布置安措后拆下机封发现静环破损 更换一套新机封后按要求回装 试运机封仍然漏水大 再次重新布置安措 压力到零后解体发现机封静环破损 内圈有明显高温发黑痕迹 再次更换一套新机封后回装 至1月20日18时30分试运正常 机封无漏水 轴承温度以及振动正常 完工消票 十 机械密封检修案例 原因分析1 6机 1前置泵非驱动端机封有漏水现象 于1月10日更换新油 检查油质很好 无铜粉 无乳化 1月19日漏水变大 有水串入轴承室导致油质乳化是造成轴承损坏的原因 十 机械密封检修案例 2 1月19日22 50检修完毕试运 机封漏水 退泵后更换新机封试运仍然漏水 从两次机封损坏的情况看出 破损的位置均处于静环最上方 第二次更换的机封动环内圈有明显高温发黑痕迹 破损的原因是局部接触动静环碰摩产生高温损坏所致 6机 1前置泵大修之后存在设备缺陷 前置泵非驱动端轴承座垂立面进行了加工车削处理 轴承座和泵体和水平面没有保持平行 轴承座和泵体不同心 回装时通过对轴承座加装垫片来保泵轴和轴承座的同心 在轴承座最底部两颗固定螺栓处分别加装一块厚度为0 85mm的不锈钢垫片进行再调整 十 机械密封检修案例 机械密封损坏图片 十 机械密封检修案例 结合前置泵实际情况 此安装方法不适合 原因是机封已安装到位 装上轴承座之时 底部已加不锈钢垫片 泵轴会