机械密封基础知识

泵用机械密封基础知识课件 一 机械密封定义 机械密封是一种旋转机械的轴封装置 又叫端面密封 定义 有至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置 二 机械密封有哪几部分组成 第一部分 是有动环和静环组成的密封端面 也叫摩擦副 第二部分 是有弹性元件为主要零件组成的缓冲补偿机构 其作用是使密封端面紧密贴合 第三部分 是辅助密封圈 包括动环和静环密封圈 第四部分 是使动环随轴旋转的传动机构 三 机械密封工作原理 动环靠密封腔中液体的压力和压紧元件的压力 使其端面贴合在静环的端面上 形成微小的轴向间隙而达到密封的目的 两密封环端面A 静环和压盖的密封C 动环和轴的密封B构成三道密封 封堵了密封腔中液体向外泄露的全部可能的途径 实现可靠的密封 密封元件除了起到密封作用外还起着缓冲振动和冲击的作用 四 机械密封的优缺点 其中 密封环是动环和静环的总称 是构成机械密封最主要的元件 密封环在很大程度上决定了机械密封的使用性能和寿命 因此 对它提出了一些要求 有足够的强度和刚度在工作条件下 如压力 温度和滑动速度等 不损坏 变形应尽量的小 工作条件波动时仍能保持密封性 尤其是密封端面要有足够的强度以及一定的耐腐蚀能力 以保证产品有满意的使用寿命 有良好的耐热冲击能力为此 要求材料有较高的导热系数和较小的线膨胀系数 承受热冲击时不至于开裂 较小的摩擦系数密封环匹配应有较小的摩擦系数 良好的自润滑性工作中如发生短时间的干摩擦 不损伤密封端面 因此 密封环要有良好的自润滑性 密封环材料与密封流体还要有很好的浸润性 结构简单密封环结构应力求简单对称 优先考虑用整体型结构 也可采用组合式 如镶装式 密封环 尽量避免用密封端面喷涂式结构 密封环要容易加工制造安装和维修要方便 价格要低廉 五 对密封环的要求 六 密封端面的平面度要求 平面度是密封环很重要的质量指标 要求在0 0009mm以内 需要使用光干涉法进行测量 一般用钠光灯检测 一条干涉条纹为0 3um 也叫一条光带 密封环平面度要求在三条光带内 才能保证不泄漏 一条光带 三条光带 两条光带 七 摩擦副匹配考虑因素 摩擦副一般都选择一软一硬配对 硬环的端面宽度要比软环宽 软环一般选用碳石墨材料 也有选用填充四氟 硬质环有WC SiC Al2O3等 在特殊情况下 如介质中含有固体颗粒 有结晶析出或高粘度流体中 要选用硬对硬配对 八 常用摩擦副材料 九 常用辅助密封圈材料机械密封用辅助密封圈包括动 静环密封圈 如O形圈 波纹管 L型密封圈等 常用的有丁晴橡胶 氟橡胶 硅橡胶 乙丙橡胶 聚四氟乙烯 四氟包胶O形圈 O形圈 波纹管 L型密封圈 十 几种常用橡胶的特性及适应性 十一 机械密封结构形式及选择 NJK系列平衡型机械密封 SZ系列多弹簧机械密封 根据不同的工况条件 如温度 介质 压力来选配合适的机械密封 如潜污泵 砂泵输送含有颗粒的介质 摩擦副材料要选用硬对硬材料 可以选配WC WC WC SiC SiC SiC 密封腔压力大于1Mpa的 要选用平衡型机械密封 酸碱溶剂类介质如乙醇 丙酮 硫酸 氢氧化钠等要选配相应的摩擦副和辅助密封材料 轴径大的机封考虑用多弹簧结构 密封端面压力比较均匀 窜动量大的采用大弹簧结构 补偿性能好 1 平衡型和非平衡型 按摩擦副接触端面的比压 单位面积上所受的力 与被密封介质压力的关系 可分为平衡型与非平衡型 如图所示 非平衡型 介质作用在动环上的有效面积B 去掉作用压力相互抵消部分的面积 等于或大于动静环接触面积A 端面比压随密封介质压力增减成正比增减 这样当介质压力高时 端面上产生很大比压 会加速摩擦面的磨损 发热 破坏端面的液体膜而形成干摩擦 一般非平衡型介质压力不超过656kPa B A非平衡型 平衡型 当介质压力高时 需要从密封结构上设法消除一部分压力对摩擦面的作用 这种形式的密封成为平衡型机械密封 在这种密封中 介质作用在动环上的有效面积B小于动静环的接触面积A 密封端面上的比压可以自行控制 介质压力增减对端面比压的影响较小 B A 平衡型 2 单弹簧和多弹簧 机械密封按弹簧个数分为单弹簧和多弹簧 多弹簧是沿圆周装有多个小弹簧 优点是弹簧受力比但弹簧 一个大弹簧 均匀 缓冲性好 便于调节 改变弹簧数目 轴向尺寸也小 一般来说 小轴径宜用大弹簧 大轴径宜用小弹簧 3 单端面与双端面 按密封腔中摩擦副的对数分为单端面和双端面机械密封 单端面密封 在密封腔中只有一对端面摩擦副 在双端面密封中 密封腔中用两对端面摩擦副来实现密封 在双端面密封的密封腔中 应注入压力一般高于介质压力49 196kPa的封液 对封液的要求是润滑性能好 汽化温度高 对工作介质无影响 封液的作用是 1 润滑密封的端面 4 封堵工作介质泄漏 2 带走摩擦的热量5 改变密封泄漏方向 3 将端面因磨损产生的颗粒带走 6 双端面密封适用于强腐蚀 高 温 贵重或有毒介质 十二 机械密封的安装注意事项 机械密封安装部位的尺寸偏差及表面粗糙度 十三 机械密封泄漏故障分析普通内装式机械密封的典型泄漏通道如左图所示有7处 分别为 1 摩擦副端面之间 泄漏点1 2 动环辅助密封圈处 泄漏点2 3 静环辅助密封圈处 泄漏点3 4 压盖与机体结合端面间 泄漏点4 5 轴套与转轴之间 泄漏点5 6 碳石墨环有渗漏孔隙以及从镶装件配合面处都有可能成为泄漏通道 6 7 机械密封的泄漏通道 一 摩擦副端面之间的泄漏1 端面不平平面度 粗糙度未达到要求 或在使用前受到了损伤 因而产生泄漏 这时应重新研磨抛光或更换密封环 2 端面间存在异物污物未被清除 装配时未清洗 此时需清除污物重新装配 3 安装不正确A 安装尺寸未达到图纸工作尺寸要求 B 静环安装倾斜 C 端面变形 碳石墨弹性模量低 易变形 碳石墨环变形的一般原因是 a 合成橡胶0形圈在介质中溶涨 体积增大 碳环受力而使端面变形 b 压盖内夹杂金属碎片或污垢 局部受载 4 端面分离 弹簧阻塞 如因温度变化引起介质结晶 积垢 造成端面不能很好的贴合 二 动环辅助密封圈处的泄漏1 辅助密封圈质量问题 如橡胶密封圈断面尺寸超差 压缩率不符合要求 表面质量问题 错位 开模缩裂 修边过量 流痕 凹凸缺陷 飞边过大 2 密封圈安装时受到损伤 如聚四氟乙烯V形圈安装时唇口被割伤 橡胶制件表面有划痕 都是密封失效的常见原因 3 轴表面有缺陷或有腐蚀 麻点 凹坑 4 密封圈的材料与介质不相容 5 轴的尺寸公差 粗糙度未达到要求 三 静环辅助密封圈处的泄漏1 压盖尺寸公差不符合设计要求 对此 应更换合格品 2 安装错误 如如聚四氟乙烯V形圈方向装反 安装时 其凹面应面向介质端 否则会出现泄漏 3 密封圈的质量不良 应用合格品替换 4 密封圈的材料与介质不相容 四 机体与压盖结合面之间的泄漏1 机体与压盖配合端面有缺陷 如凹坑 划痕等 2 螺栓力小 压缩垫片时不能把接触面不平的凹坑填满 螺栓力必须大于内部介质压力 因为内压总是使得密封压盖与机壳端面趋于分离 用聚四氟乙烯平垫片时 以厚度小于1mm为宜 3 垫片或密封圈受到损伤 4 安装时不清洁 异物进入其间 5 压盖变形 这是因为压盖刚度不够而产生的变形 6 螺栓受力不均匀 压盖单边锁紧 五 轴套与轴之间的泄漏轴套与轴之间的泄漏 一般是由于安装不当 密封圈或垫片不符合要求或损伤而造成的 一般可以用泄漏量的变化加以鉴别 轴套处的泄漏量通常是稳定的 而从其他通道泄漏出的泄漏量往往是不恒定的 六 密封件本身具有渗透性碳制品易于渗漏 这种渗漏不外乎是浸渍与固化未达到要求 或者是碳材料浸渍处理后加工切削余量过大 使微孔重新疏通而形成泄漏通道 为保证密封件不渗漏 经机械加工后的成品应再进行一次浸渍处理 在高压工况下 烧结制品 如陶瓷 填充聚四氟乙烯密封件也有可能渗漏 在使用前必须确认是否符合使用要求 高温 高压或气相介质 对热镶装的密封环来说 介质易于从镶装配合面泄漏 在这种情况下 推荐使用整体结构 十四 从失效形式分析故障原因 一 从泄漏量大小分析故障原因1 开始运转时有少量泄漏 但经过一段时间运转后 泄漏量逐渐减少到消失 这是机械密封正常的跑合过程 2 静压状态时有少量泄漏 运转时不漏 原因是橡胶波纹管接触动环背面部分平行度不好或弹簧比压不够大 3 泄漏量稳定 有可能是轴和轴套之间密封圈泄漏 因为从密封端面处泄漏往往是不稳定的 4 泄漏量从小到大 有可能是石墨环浸渍不好 微气孔逐步被打通 这种情况需增加浸渍的次数或更换优质的石墨材料 还有介质原因 如航空煤油渗透性特别强 开始不漏 过几个小时开始渗漏 并不断增大 还有辅助密封圈与介质的不容性引起 如混合的有机溶剂 二 根据磨损痕迹分析故障原因1 当端面出现过宽的磨损 表明机器的同轴度很差 机器每转一转密封件都要作轴向位移和径向摆动 产生轻微的分离和泄漏以离心泵为例 造成宽面磨损的原因大致有 联轴器不对中 泵轴弯曲 泵轴偏斜 轴承精度低 振动等 2 端面磨损痕迹宽度小于窄环环面宽度时 这就意味着密封受到过大的压力 使密封面呈现弓形 3 机械密封运转一段时间后 若摩擦端面没有磨损痕迹 表明密封开始使用时就泄漏 补偿环没有作补偿位移 对橡胶波纹管式机械密封 若摩擦副端面没有磨损痕迹 这表明密封端面可能已经压合在一起 摩擦副之间无相对转动 而是橡胶波纹管相对于轴旋转 或静环和压盖之间转动 同时会出现轴表面磨损 压盖内径磨损 弹簧或弹簧座磨损现象 4 石墨环或填充四氟同硬质环配对时 硬质环表面出现较深的沟槽 环状纹路 表明密封端面因振动引起分离时 两者之间有较大的颗粒物进入 如颗粒嵌入软质端面时 会像砂轮一样磨削硬质环软端面 造成硬质环过度磨损而泄漏 十五 泵用机械密封检修误区 1 弹簧压缩量越大密封效果越好 其实不然 弹簧压缩量过大 可导致摩擦副急剧磨损 瞬间烧损 过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力 导致密封失效 2 动环密封圈越紧越好 其实动环密封圈过紧有害无益 一是加剧密封圈与轴套间的磨损 过早泄漏 二是增大了动环轴向调整 移动的阻力 在工况变化频繁时无法适时进行调整 三是弹簧过度疲劳易损坏 四是使动环密封圈变形 影响密封效果 3 静环密封圈越紧越好 静环密封圈基本处于静止状态 相对较紧密封效果会好些 但过紧也是有害的 一是引起静环密封因过度变形 影响密封效果 二是静环材质以石墨居多 一般较脆 过度受力极易引起碎裂 三是安装 拆卸困难 极易损坏静环 4 叶轮锁母越紧越好 机械密封泄漏中 轴套与轴之间的泄漏 轴间泄漏 是比较常见的 一般认为 轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧 其实导致轴间泄漏的因素较多 如轴间垫失效 偏移 轴间内有杂质 轴与轴套配合处有较大的形位误差 接触面破坏 轴上各部件间有间隙 轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏 锁母锁紧过度只会导致轴间垫过早失效 相反适度锁紧锁母 使轴间垫始终保持一定的压缩弹性 在运转中锁母会自动适时锁紧 使轴间始终处