密封技术发展与应用概要

密封技术发展与应用密封技术发展与应用 陈帆 广东石油化工学院 机电工程学院 装控 09 2 班 12 号 摘摘 要要 主要对密封技术的发展过程 密封的分类和典型密封种类等进行了阐述 介绍了不同密封 形式的特点和应用范围 对密封工业的发展过程进行了回顾 综述了静 动密封的机理和发展方向 指出了密封总的发展方向是零逸出 高性能 高可靠性以及长寿命化 随着计算机和电子技术日新 月异的发展 各种密封特别是机械密封将会在化工 石油化工 能源等工业领域中得到广泛应用 以 及这门学科的帮助 关键词 关键词 填料密封 胶密封 机械密封 迷宫密封 零逸出 Abstract What mainly on the development process of sealing technology the classification of sealing technology and typical seal types are stated The difference of seal form and the characteristics and application range of the sealing industry are introduced reviews the development of sealing industry The static sealing mechanism the dynamic sealing mechanism and the direction of development are commented pointed out the development direction of sealing technology which fulfill the zero emission the high performance the high reliability and the long life span With the development of computer and electronic technology change rapidly especially mechanical seal in chemical industry petrochemical industry energy industry are widely used in the field And the subject to help Key Words packin seal rubber like materials and plastics seals mechanical seal labyrinth seal zero emission 一 密封的发展过程一 密封的发展过程 1 11 1 密封技术的发展史密封技术的发展史 密封技术已渐渐发展成为一个专门地课题 而其本身的发展过程及在实际应用中的重要性也确 实值得我们去探索和研究 它是研究密封材料 密封装置设计和密封机理的科学 是一门多学科交 叉性的边缘学科 随着社会的发展和科学的进步 今天密封技术已经发展成为一个专门的学术分支 而其本身的发展过程及在实际生产中的应用也非常值得我们去探索和研究 公元 11 世纪初 密封技术最早起源于中国 同等水平的密封技术在国外最早出现于 15 世纪 并且一直沿用至 1700 年左右的阿基米德时代 值得注意的是时至今日这种密封技术 填料密封 仍 被应用于某些特殊场合 19 世纪开始 工业上应用弹性材料作为密封件 最为有代表性的是 1856 年 一种圆形的 用弹性材料做成的圈被应用于蒸汽机以及流体泵上 类似的密封技术被载入 1886 年的法国专利 图 1 图 1 1886 年法国专利的活塞密封件 1926 年到 1933 年间丹麦的发明家和机械制造家 Niels A Christensen 对此类圆形圈进行了进 一步的研究开发和应用 他的技术 O 型圈 于 1930 年公开发布 1933 年申请技术专利 在之后的 1938 年获得了大奖 O 型圈在实际的应用中虽然比以前的密封件性能优越许多 然而很快就显示出 它在动态密封 往复运动 中的局限性 这就导致了有截面形状 且被装入沟槽中用以防止其移动 的密封件的发展 另一方面 由于传统的液压介质由水改为工业油和其他更加粘稠 且润滑性能更好 的介质 导致了密封件材料及其截面几何形状的进一步发展 之后 Douglas 于 1940 年发明了 三 角形密封件 图 2 这种形状的密封件曾在当时的航空工业上得到了广泛的应用 图 2 Douglas 公司的三角形密封件 由于现代工业对密封件提出了越来越高的要求 如体积小 耐高压 有出色的物理化学性能等 这就导致了无论是应用橡胶 还是其它热塑性材料的密封件演变的多样性 图 3 图 3 活塞密封件的发展过程 举个例子 如液压缸中的密封 就液压缸来讲 对于一直处于往复运动中的缸体的密封件的 要 求是很高的 要使之保持一层润滑膜 以减少密封件的磨损 又要使之不能有一点泄漏 于是经过 多年的探索于实践 产生了一套用几种部件的组合来完成密封向等功能的复合密封系统 图 4 所示就是现在比较常用的液压缸复合密封系统 密封件不仅影响了各类工作缸的适用功能 而且也影 响了缸体的设计 现在设计的体积非常小的活塞 活塞杆及整合式密封件已大大改善了缸的行程 图 5 作为一种整合式密封系统 图 6 此类密封件具备完整的导向 密封和除尘等多种功能 这种整合的设计从根本上改变了活塞的密封过程 图 4 图 5 PZ 短行程气动活塞密封件 图 6 整合式密封系统 1 21 2 密封对现代的影响密封对现代的影响 密封技术是一门结合多个学科应用的综合技术 具体涉及了与流体力学 材料力学和弹性力学 摩擦学 化学 物理化学以及热力学等学科 密封技术被广泛应用于航空航天 核能发电等高新技 术领域 以及石油 化工等国民经济各行业 如火箭的液氧透平泵 核能发电站中的主冷泵 高压聚 乙烯的高压压缩机和聚丙烯的反应釜等许多机器设备的方案就取决于密封技术 密封技术虽然不是 领先性技术 但往往却是决定性关键技术 它决定了机器设备运行的安全性 可靠性和耐久性 虽然任何工业都有密封问题 但化学和石油化学工业中的问题比其他工业更加突出 其特征表 现以下两大特征 广泛性 化工厂以设备 机器复杂和管道庞大而著称 据统计一个大型石油化工厂年产 30 万吨乙烯的五套主要装置 六套配置装置和七个辅助车间的静密封点达 123 万多个 然而 化工厂 发生的各种事故中 泄露是主要的原因 据日本汇集的 1965 至 1975 年间化工厂发生的 624 件事故 其中化工装置为 210 件 占 34 4 炼油装置为 79 件占 12 7 而 210 件化工装置中表现为泄露形 式的事故为 115 件 占了 55 炼油装置中的 79 件事故中 泄露事故 54 件 占了 68 危害性 由于很多化工厂处理的很多流体都是易燃 易爆 有毒或腐蚀性的 一旦发生泄 露 其后果比单纯的经济损失还要严重得多 如上述的 210 件事故中 其中发展为火灾 爆炸 中 毒事故的 58 件 占 23 而造成大气 水质污染的 31 件中 占 15 就发生事故而言 如 1984 年 12 月 3 日的印度博帕尔市美国联合碳化物属下的联合碳化物 印度 有限公司设于贫民区附近一所 农药厂发生氰化物泄漏 引发了严重的后果 大灾难造成了 2500 人死亡 12 5 万人中毒 其中眼 睛伤残 5 万人 至今世人记忆犹存 密封技术的发展和应用对保证各个行业的安全有非常重要的意义 无论是石油化工还是航空航 天其他行业 在这些行业中许许多多机器设备都取决于密封技术 对国民经济起到决定性的影响 保证各行业正常安全运行 同时也带动了各分支学科的研究和发展 二 密封的工程应用二 密封的工程应用 密封技术被广泛应用于航空航天 核能发电等高新技术领域 以及石油 化工等国民经济各行业 密封技术对于机电产品防止 三漏 油 水 气 保证安全运行 提高性能和效率 节约能源 保护环境具有重大意义 在强调经济和社会可持续发展的 21 世纪 密封技术的重要性尤为凸显 因 此 世界各国均高度重视密封技术的研究和应用 密封技术水平还远远满足不了生产发展的要求 某 些场合泄漏问题还没有解决 所以密封技术有待进一步深入研究 在工程应用方面 密封的故障维修 也是占据非常重要的部分 下面仅对机械密封的故障维修作简单的阐述 2 12 1 机械密封件机械密封件在运转中经常发生的泄漏现象在运转中经常发生的泄漏现象 1 动静环接触面变形引起的泄漏 当端面比压过大 磨擦热易引起动静环的热变形 当然安装 零配件过程中若有受力不均现象 也会引起端面变形 处理办法 拆开机械密封件检查动静环端面 是否过热变形 若是则需更换 若为装配造成则可按照规范进行重新装配 2 摩擦副内夹入结晶颗粒等杂质 处理办法 拆开后清洗 检查端面磨损 根据具体情况进行 修复 3 辅助密封件由于选材不当 导致被工作介质熔胀失去弹性 处理办法 更换新密封件 选择 相匹配的机械密封件 4 动静环密封面对轴线不垂直度误差过大 处理办法 检查泵轴的绕度 超标进行修复或更换 5 动静环与圆套件形成水垢不能及时补偿磨损位移 处理办法 清垢 6 长期运转导致动静环端面严重磨损 处理办法 更换机械密封件 总之 由以上原因造成的泄漏现象 应在设备检修时对损坏件进行认真检查并分析原因 对症 进行处理 2 22 2 停泵一段时间再开动时发生的泄漏停泵一段时间再开动时发生的泄漏 当摩擦副附近的介质出现凝固 结晶 积垢 弹簧锈蚀导致断裂等任何一种情况均会引起泵开 动运行时发生泄漏现象 要彻底杜绝此类现象的发生 必须要做好泵启动前的各项检查和准备工作 2 32 3 机械密封件产生突发性泄漏现象机械密封件产生突发性泄漏现象 机械密封件突发性失效现象一般由以下原因造成 如泵出现强烈振动 抽真空等原因破坏了摩 擦副的工作状态 补偿弹簧发生断裂 防转销脱落或传动销断裂 辅助装置有故障使动静环冷热骤 变导致密封面变形或产生裂纹 出现上述故障时必须更新机械密封件后再使用 同时找出运行过程 中的问题所在 便于做好预防工作 2 42 4 机械密封件机械密封件由于安装 运行等引起的周期性泄漏由于安装 运行等引起的周期性泄漏 运转中如果泵叶轮轴向窜动量超标或轴发生周期性振动以及工艺参数操作不稳定时 密封腔内 压力也会经常发生变化 从而导致机械密封件产生周期性泄漏 对这些原因引起的机械密封件泄漏 现象应在安装时严格控制泵轴的轴向窜动量 及时更换间隙超差的轴承 对轴的圆跳动量应控制在 标准以内 必要时应更换新轴 2 52 5 加水或静压试验时发生的泄漏加水或静压试验时发生的泄漏 由于没有按规范安装机械密封件 加水或静压试验时就会发生泄漏 安装不规范有如下几种表 现 1 动静环接触面不平 安装时发生碰伤或损坏 导致密封失效 2 动静环密封圈尺寸有误 损坏或未压紧 3 动静环表面有异物如铁锈或砂尘夹入 4 动静环上的密封圈漏装或安装时强行挤入导致损坏 5 动环紧定件没安装到位 使弹簧座后退 6 当用手盘动泵轴时 如泄漏有明显的方向性则可能是由于弹簧力不均匀或密封腔体和轴的垂直度 超差所致 对以上原因所致的泄漏现象 应根据产生原因进行处理 2 62 6 机械密封件由于压力产生的泄漏机械密封件由于压力产生的泄漏 压力造成的泄漏主要有以下 2 种 1 高压和压力波造成的机械密封件泄漏 是因为弹簧比压力及总比压设计过大和密封腔内压力 超过 3 MPa 使密封端面比压过大 液膜难以形成 导致密封端面磨损严重 发热量增加 使密封 端面发生热变形 处理办法 在装配机械密封件时 弹簧压缩量一定要按规定进行 不允许有过大 或过小的现象 高压条件下的机械密封件应采取措施 为使端面受力均匀尽量减少变形 可采用硬 质合金 陶瓷等耐压强度高的材料 并加强冷却的润滑措施 选用可变形的传动方式 如键 销等 2 真空状态运行造成的机械密封件泄漏泵在启动 停止过程中 由于泵进口堵塞 抽送介质中 含有气体等原因 有可能使密封腔出现负压 引起密封端面干摩擦 内装式机械密封件便会产生漏 水 气 现象 真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性差异 而且机械密封件也有某一 方向的适应性 处理办法 采用双端面机械密封件 这样有助于改善润滑条件 提高密封性能 三 动 静密封技术原理和发展方向三 动 静密封技术原理和发展方向 3 13 1 密封的分类密封的分类 密封可分为静密封和动密封两大类 静密封主要有垫片密封 胶密封 根据工作压力静密封又 可分为中 低压静密封和高压静密封 中 低压静密封通常采用材质较软 接触较宽的垫密封高压 静密封则采用材质较硬 接触宽度很窄的金属垫片或复合垫片 按密封件与和其作相对运动的零部 件是否接触 动密封可分为接触式密封和非接触式密封 而接触密封有填料密封 往复轴密封 机 械密封 非接触密封有迷宫密封 间隙密封 气膜密封 液膜密封 3 23 2 静密封静密封 垫片密封垫片密封 3 2 13 2 1 垫片密封概述 垫片密封是过程工业装置中压力容器 工艺设备 动力机器和连接管道等可拆连接处最主要的 静密封形式 密封垫有非金属密封垫 非金属与金属复合密封垫 金属密封垫三大类 常用的材料 有无石棉混合材料 橡胶 皮革 纸制品 石棉 软木 聚四氟乙烯 铁 钢 铝 铜和不锈钢等 最简单的垫片为平垫片 整个垫片由同一种材料组成 用于机械设备一般接合面的静密封如减速箱 的密封等 理想的垫片结构是 表层为塑性层 内层为弹性体 塑性表面层保证两个密封面相互紧贴 甚至嵌合而内层允许补偿密封面的少许分离并在密封面上经常保持一定大小的压缩应力 许多组合 垫片都是基于这一原理设计的 如 PTFE 塑性好 有优异的抗化学腐蚀性和较宽的工作温度范围 一 190 250 广泛用于静密封平垫 o C 3 2 23 2 2 垫片密封的结构和原理 图 7 垫片密封结构 上图为垫片密封结构 典型的垫片密封结构 一般由连接件 垫片和紧固件等组成 垫片密封 是靠外力压紧密封垫片 使其本身发生弹性或塑性变形 以填满密封面上的微观凹凸不平来实现密 封 也就是利用密封面上的比压使介质通过密封面的阻力大于密封面两侧的介质压力差来实现密封 3 2 33 2 3 垫片种类 1 非金属垫片 非金属垫片包括橡胶垫 石棉垫 石棉橡胶垫 柔性石墨垫和聚四氟乙烯垫等 非金属垫片质 地柔软 耐腐蚀 价格便宜 但耐温和耐压性能差 多用于常温和中温的中 低压容器或管道的法 兰密封 2 半金属垫片 半金属垫片是用不同材料的金属薄板把非金属材料包裹起来压制成型的 金属材料在外层 可 耐高温 非金属材料在内层 使垫片具有良好的弹性和回弹性 这样组合后的垫片可满足高温和较 高压力的使用要求 半金属垫片主要有金属包裹垫片 金属缠绕垫片 金属波纹复合垫片 金属齿 形复合垫片等 尽管垫片密封种类很多 但在不同的场合要求下 使用垫片选择也是有要求的 垫片的选择应 根据工作系统的温度 压力以及被密封介质种类 化学性能 如腐蚀性 毒性 易燃易爆性 污染性 等 物理性能 密度 私度等 和密封面的形状等考虑 一般要求垫片材料不污染工作介质 具有良 好的变形能力和回弹力 垫片的耐用温度应大于操作温度 要有一定的机械强度和适当的柔软性 在工作温度下不易变质硬化或软化 3 2 43 2 4 垫片的安装技术 垫片安装涉及密封 使用寿命 l 安装前 应检查法兰的形式是否符合要求 密封面的粗糙度是否合格 有无机械损伤 径向刻痕 和锈蚀等 2 对螺栓及螺母进行下列检查 螺纹不允许有断缺现象 螺栓不允许有弯曲现象 3 对垫片进行检查 垫片的材质 形式 尺寸是否符合要求 是否与法兰密封面相匹配 垫片表面 不允许有机械损伤 径向刻痕 严重锈蚀 内外边缘破损等缺陷 4 安装椭圆形 八角形截面金属垫圈前应检查垫圈的截面尺寸是否与法兰的梯形槽尺寸一致 槽内 表面粗糙度是否符合要求 在垫圈接触面上涂红铅油 检查接触是否良好 如接触不良 应进行研 磨 5 安装垫片前 应检查管道及法兰安装质量是否缺陷 6 两法兰必须在同一中心线上并且平行 7 垫片必须安装准确 以保证受压均匀 8 为防止石棉橡胶垫粘在法兰密封面上不便于清理 可在垫片两面均匀涂上一层薄薄的密封糊料或 石墨涂料 9 安装螺栓螺母时 螺栓上钢印的位置应便于检查 螺栓的螺纹部分涂沫石墨粉或二硫化钼 10 高压设备螺栓的拧紧 提倡使用液压拉伸器 11 拧紧螺栓必须多次进行 一般中 低压设备分 2 3 次拧紧 高压设备分 4 5 次拧紧 12 一般对操作温度超过 300 的设备 在升温运行了一段时间后 需进行热紧 这是因为垫片在 压缩状态下会产生应力松弛现象 一般在通入介质后的 1 2h 内 压紧应力的下降占总下降值的 70 80 2 小时后下降变的缓和 13 换装垫片时 对那些输送易燃介质 例如氢 液化天然气和液化石油气等 的管道 应使用安全工 具 以免因工具与法兰或螺栓相碰 产生火花 导致火灾 安全工具的材料为铍铜合金 它是含铍 0 6 含钴 2 5 的铜合金 3 33 3 静密封静密封 胶密封胶密封 3 3 13 3 1 胶密封的概述 主要起密封作用的胶黏剂称为 密封胶 亦称为液体垫片 填料 或高分子液体密封剂 它 较容易地填充在法兰 阀门 弯头 接头 插口 筒体及接合面较复杂的螺纹连接等连接部分的间 隙中 形成均匀 连续 稳定的剥离的或黏性 粘弹性的薄膜 阻止流体介质泄露 起到类似密封 垫片和填料作用 密封胶既不像涂料涂在机械产品表面起保护作用 又不像黏合剂靠胶的结合力将设备各部件粘 接在一起 而是作为一种密封填料 加在设备各部件的接合面之间或泄露点处起密封作用 密封胶 具有流动性 不存在固体垫片和填料起密封作用时必须要有的压缩变形 因而没有内应力 松弛 蠕变和弹性疲劳破坏等导致泄露的因素 密封胶一般呈液态或膏状 具有较好的密封性能 又有良好的耐热 耐压 耐油 耐化学试剂 等特性 使用方便 价格便宜 因此在机械行业应用广泛 采用密封胶进行密封的技术称为胶密封 技术 根据密封胶使用方法 适用场合的不同 胶密封技术可分为带压注剂密封技术和粘接密封技 术 带压注剂密封技术为带压堵漏 即不停车堵漏技术的一种 所谓不停车堵漏是指在发现生产系 统中的介质泄露后 在无需停车和降低操作压力及温度的情况下所进行的堵漏作业 带压注剂密封 技术亦称注胶堵漏 它是通过注胶枪将密封胶注入在泄露点周围预先设置好的护胶卡具内 待密封 胶固化后起到堵泄漏通道 实现密封的目的 粘接密封通常是指将密封胶涂敷在连接的接合面处 或对泄露点 如管道 容器上的空洞 裂纹进行涂胶贴补 待胶固化后形成一定的粘接强度 从而 阻止流体介质泄露 起到密封的作用 3 3 23 3 2 密封胶的分类 1 按密封胶基料分类 a 橡胶型 此类密封胶以橡胶为基料常用的橡胶有聚硫橡胶 硅橡胶 聚氮醋橡胶 氛丁橡胶和丁基橡胶等 b 树脂型 此类密封胶以树脂为基料常用的树脂有环氧树脂 不饱和聚醋树脂 酚醛树脂 聚丙烯酸树脂 聚 氯乙烯树脂等 c 油基型 此类密封胶以油料为基料 常用的油类有各类植物油 如亚麻油 蓖麻油 桐油以及动物油 如鱼油 等 3 43 4 动密封动密封 软填料密封软填料密封 3 4 13 4 1 概述 软填料密封是轴封的最古老形式 它既适应于各种旋转运动 往复运动的轴 杆密封 也适应 于低速螺旋运动 尽管多数回转机械的轴密封已被机械密封所代替 但应用现代新型填料的软填料 密封仍获得广泛应用 尤其是在高温 强腐蚀和含固相颗粒介质工况下应用更为广泛 软填料密封 尽管结构简单 应用广泛 并且对其软填料的开发研究 密封性能研究 结构设计理论等进行了许 多卓有成效的工作 但对软填料密封的密封机理并没有完全弄清楚 甚至一些有关密封机理的概念 有待进一步澄清 3 4 23 4 2 软填料密封机理分析 造成密封泄漏的根本原因有两个 一是密封两侧存在压力差 或浓度差 或沿泄漏方向有相对 运动 二是存在着泄漏通道 即流体流动阻力不是无穷大 消除 或减轻 其中任一因素均可阻止 或减少 泄漏 流体通过软填料密封的泄漏有三条途径 即通过填料与静止件界面的泄漏 通过 填料本身的泄漏 通过填料与运动界面之间的泄漏 流体通过填料与静止界面的泄漏和流体通过静 密封面的泄漏原理一样 流体通过填料本身的泄漏取决于被密封流体的渗透力和软填料本身的内部 结构 当介质的渗透力强或介质为气体时 通过填料的渗透泄漏几乎不可避免 但具体的泄漏机制 有待进一步探索 对于绝大多数液体介质 泄漏主要是通过填料运动件之间的界面进行 但是 流 体通过填料与运动件之间界面泄漏的具体机理如何 目前对其进行直接研究的并不多 不过 国内 外学者对弹性密封 O 形圈密封和唇形密封 作过大量实验研究 计算分析和理论探讨 提出了有关 介质泄漏和密封机理的众多见解 这些成果对揭示软填料密封介质泄漏机理很有启发 如何利用软填料密封有效地解决工业生产中遇到的密封问题 是软填料密封理论研究的主要任务 密封件在实现对被密封流体介质有效密封的同时 必须保证密封有足够长的使用寿命和较低的摩擦功 耗和磨损速率 从密封的角度出发 要求泄漏率尽可能小 但必须同时考虑摩擦 磨损和寿命问题 1 尽量小的密封泄漏间隙 利用密封填料柔软特性 在轴向压紧力的作用下径向膨胀阻塞可能存在的流体泄漏通道 为达 到这一目的 软填料密封设计理论认为 对软填料密封施加的力必须使填料与被密封表面之间产生的 接触应力能封堵被密封流体压力的作用 一般要求填料函底部的径向接触压力必须等于或大于被密 封流体的压力 这一原理一直是软填料密封设计的主要理论准则 2 良好的润滑性能 软填料密封良好的润滑性能是保证密封长周期运行的必要条件 同时使密封具有较低的摩擦功耗 和磨损速率 为了保证良好的润滑条件 软填料密封通常允许少量的泄漏存在 对于一般的填料 不 包括具有自润滑性能的填料 只是对流体的流泄起节流作用而不是将其完全阻止或封闭 填料中浸渍 润滑剂或提高填料本身的自润滑能力就是为了保证填料具有良好的润滑性能 3 53 5 动密封动密封 机械密封机械密封 3 5 13 5 1 机械密封结构 原理 图 8 机械密封结构 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 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 上图中机械密封的主要特点主是密封面为垂直于旋转轴线的端面 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 3 5 23 5 2 基本构件 1 动环和静环 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 2 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 3 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 4 弹簧加荷装置 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 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 动的密封端面进行密封的装置 3 5 3 机械密封的优缺点 与软填料密封比较 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 2 5 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 缺点 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 结构较复杂 对制造加工要求高 一次性投资高 3 63 6 动 静密封发展方向动 静密封发展方向 随着现代工业的飞速发展 对密封的要求越来越高 单一的一种密封有时难以满足苛刻的工况条 件无论是静密封的垫片填料密封还是动密封的填料密封 机械密封 都有各自的局限性 将几种密 封组合起来 利用其各自优势 使其充分发挥作用 已成为密封行业目前的发展方向之一 特别是现代 密封技术的发展 更是零泄漏 高性能 高可靠性以及长寿命化 下面主要介绍机械密封的干气密 封的组合密封 图 9 该密封结构主要用于中 高压条件下 第一级密封为普通机械密封 密封介质为液体 第二级密封 为干气密封 密封介质为第一级密封泄漏的微量介质和外部引入的惰性气体 如图 5 所示 该组合密 封常用于液态烃 氨等易挥发介质的密封 其特点是 普通机械密封作为主密封对工艺介质进行密封 干 气密封作为辅助密封 其作用有 一是通过密封惰性气体增加主密封的背压 提高机械密封端面液膜 的完整性 减少密封端面的磨损 延长机械密封的使用寿命 二是将机械密封泄漏出来的工艺介质收集 起来 和惰性气体一起进行处理 保证工艺介质不会泄漏到环境中 该密封结构简单 使用稳定可靠 外部惰性气体不会对工艺介质造成污染 不足之处是使用寿命由第一级机械密封决定 使用寿命一般 为 2 年左右 图 9 1 一级动环 2 一级静环 3 二级动环 4 二级静环 5 轴套 四 密封技术的研究和成果四 密封技术的研究和成果 4 14 1 国内密封技术的发展国内密封技术的发展 众所周知 在我们国家 密封行业可说是最小的行业了 但产品却可与大工业配套使用的 无 论航空 航海 石油 化工 还是机械 发电 冶金 矿山等 均离不开密封件 总之 凡是有机 泵 管 阀的地方 均依赖于密封件 所以行业虽小 牵涉的面却很广 近几年来 随着经济的发 展 密封行业的发展也很快 就技术力量来讲 多数企业科技人员所占比例较小 很多企业缺乏正 牌科班出身的技术人员 技术力量薄弱 因此企业就缺乏相应的开发和改造能力 自欧盟成立以来 联合带来的强大 促使欧盟提高并建立新的欧洲密封质量标准 取代以前依赖美国流体协会制定的 系列标准 在新的欧洲密封质量标准中出现和强调泄漏率 我国产品现在的泄漏率一般在 10 1mg s 级 而欧洲已经出现了泄漏率达 10 4mg s 级的高强石墨复合板 尽管如此 我国在这方面密封技 术研究还是有些突破性的进展 主要的研究成果有 橡胶密封 机械密封 柔性石墨密封 下面主 要介绍有关机械密封和柔性石墨密封件取得研究成果 4 1 1 机械密封研究和成果 1 1959 年 兰州炼油厂为解决工艺流程中泵的泄漏 开始研制机械密封 2 1963 年一机 部通用机械所开始研究硫化氢压缩机机械密封 3 1964 年该成立密封研究组 开始研究开发机 械密封 首先对离心机用机械密封进行攻关研究 将引进设备上的机械密封国产化 4 60 年代 末期 在天津市成产了中国第一家机械密封专业生产厂 天津市机械密封件厂 同期沈阳