高压高速机械密封ppt课件

1、四川日封件张有华 副总工程师2006年8月l按照JB/4127.2机械密封分类规范，当密封腔体压力超越3MPa时所采用的机械密封就属于高压机械密封；密封端面平均线速度为25100m/s被定义为高速机械密封。l高压高速密封可以采用浮环密封，机械加浮环密封，干气密封，金属波纹管等很多方式的密封。此处仅研讨弹簧式机械密封。普通密封大多采用弹簧式密封，经过对密封构造，尺寸，设计参数及其它相关要素进展调整，提高密封的运用参数如压力，转速，拓展密封的运用范围。采用弹簧式高压高速密封具有本钱低，互换性好，通用性强的特点，弹簧式高压高速密封在现代密封领域占有重要位置。高压密封常用于热水循环泵、锅炉给水泵、丙烷

2、泵、甲醇泵、乙二醇泵，或炭黑洗涤水，灰水，汽包水，除氧水，醋酸乙烯，聚丙烯介质的密封，以及原油管道保送等。l1.技术关键l1机械密封构造确实定l高压机械密封的构造方式非常关键，假设设计不合理，其它的细节部分再怎样思索，也只能到达事倍功半的效果。因此，构外型式设计好了，密封性能就好了一半。构造方式包括两部分：密封构外型式，零件构外型式。设计构造方式重点要思索压力的平衡问题，以防止力不平衡呵斥密封移位或变形，从而导致密封失效。 2传动机构的设计机械密封属于动密封，传动机构提供和维持机械密封的任务运转形状。处于高压中的一切密封零件都遭到高的压力作用，其中承力的最薄弱环节当属传动机构，由于传动机构经常

3、是一些小零件，杆细、壁薄是它的特点。传动机构一旦失效，密封一定失效。因此要思索可靠的传动方式，需按起动扭矩来校核强度。起动扭矩比任务扭矩大得多，可以估算为任务扭矩的四倍。3密封端面型式确实定机械密封的主要零件是摩擦副。密封端面接受着最恶劣的任务环境，因此，端面要求很高：既要求有很高的平面度、粗糙度、和轴的垂直度，又要求资料具有很高的强度、刚度、耐磨性、耐蚀性和耐高温性。由于在高压下，端面摩擦热更高，端面更容易产生热变形，同时端面也更容易产生力变形，所以，高压机械密封的端面，必需求思索合理的方式，以利于导热，减小温升，平衡作用力，抑制端面变形。4载荷系数确实定载荷系数为密封重要设计参数，其取值的

4、大小直接影响端面比压，影响密封端面的贴合形状。在高压下，其取值尤为重要，载荷系数只需有微小变动，就会引起端面比压发生很大的变化，而且可供参考的取值极为有限。高压机械密封载荷系数与密封构造、介质性质有关，其值确实定必需经过大量的实验获得。5资料的选取原那么高压机械密封零件资料选取原那么思索的内容和通用型机械密封一样，不同的是，对机械强度、刚度、耐热性和导热性、摩擦性能和气密性要求更高。同时，资料的其他性能通常要降低也要满足工况要求。6密封辅助系统的设计机械密封离不开辅助系统，对于高压密封更是如此。合理地设计辅助系统，对于改善密封的任务环境，提高密封的可靠性和运用寿命意义艰苦。 2.采取的措施1采

5、用可靠的零件支承、定位方法，强化转矩传送机构机械密封需求把轴的运动方式，经过一系列零件如轴套、弹簧座、推环等，传送给旋转环。同时，需求对静止环防转，以及对不需求浮动的零件进展定位和紧固。通常，这些功能是靠密封的传动机构完成的。常用的传动方式有：紧定螺钉、键、拨叉、并圈弹簧、销钉、凸耳、勾圈弹簧、波纹管、锁紧螺母等。对于高压密封，应采用加强措施：紧定螺钉应加大规格，并在被压零件上划凹坑；销钉规格需加大；凸耳壁厚应添加或采用实凸耳；波纹管应采用双层构造。不采用并圈弹簧、勾圈弹簧来传动，尽能够采用键、拨叉来传动。力的作用点也尽能够远离轴心，以减小传动件受的作用力。 2采用合理的构外型式1密封构外型式

6、密封构造方式需详细情况详细分析，通常的方式是平衡轴向力如采用对称构造，静环背部设立平衡腔等，采用串联式或三端面构造，采用平衡型密封。2零件构外型式对于密封中各零件，应设计成有利于对称受力、抑制变形的的构造方式。采用圆弧过渡防止零件断面面积突变，增大零件截面，提高零件加工精度。 3密封端面方式 a偏心式 b椭圆式 c循环槽式 d内循环槽式 e内螺旋槽式 f螺旋槽式 g内光滑槽式 h光滑槽式图图1 1 典型流体动压端面型式典型流体动压端面型式 密封端面可以采用流体动压槽方式，这种方式是在动环或静环端面上开数个均布的流体动压槽，深度1mm左右。槽形多种多样，如图1。根据工况，主要是运用PV值来设计，

7、经过实验来确立。这是一种新型的流体动压式密封，专门为在高压和高摩擦热的情况下，改善密封端面光滑膜稳定性而研制的。当密封环旋转时，槽能使液体剧烈地冷却距它较远的密封端面见图2。进展这种冷却时，在密封环的初始外表上构成与槽数相等的流体动力楔和高压区。由于切向流和压力降，在每一槽后构成慧星状光滑楔。因此，随着密封面上载荷和滑动速度的添加，摩擦系数反而减小。 图2 流体动压槽端面 图3 流体动压式密封端面压力场和光滑场 摩擦系数曲线 1承载区 2密封区 实验条件 介质：锅炉水 温度：3060 密封轴经：30 这种密封的热流体动力效应就是在密封端面缝隙高度为0.21.5m的情况下，在非槽环带密封区2上主

8、要为边境摩擦，这时密封的走漏量极小。 3采取冷却措施对于高压机械密封，应设置介质冲洗和静环背部急冷安装。对于双密封和多端面密封，应设置缓冲阻塞液循环系统。与通用型密封比，应加快循环，增大缓冲阻塞液的循环量，并在循环管路中安装换热器。循环可以经过密封腔内部的泵送环来实现。 4合理选取零件材质高压密封摩擦副中碳石墨的强度及刚度是设计中的关键，碳石墨环变形是影响其性能的重要要素。摩擦副的硬环资料如硬质合金、碳化硅等的强度比碳石墨资料高一个数量级，因此硬环的强度与刚度均能满足要求，但是这些资料一旦变形就不易复原，设计时应留意热变形以及抗冲击性能。过高的负荷，特别是可变的密封压力，会引起端面变形，即使微

9、米级的变形也将影响密封的性能。 5选取合理的载荷系数经过长期的研讨和实验，我们引荐，对于非流体动压式密封，高压机械密封的载荷系数比膜压系数高0.050.152，配合弹簧比压选取；对于流体动压式密封，载荷系数应设计成0.70.853。这样，既保证了密封端面一直贴合，又限制了高压对密封端面比压的影响幅度。 4.密封的主要型式、技术目的1机封总体构造确实定1单端面高压机械密封图4为我们设计的一种典型的高压泵用带中间环的单端面机械密封的构造。在设计中，我们仔细仔细地对国外同类型机械密封的构造进展了分析。我们以为进口机械密封静环上两个对称的椭圆形孔如图5减弱了静环的机械强度曾经出现过进口机械密封延续失效

10、的情况，其失效的景象均为从两椭圆形孔处断裂。为提高摩擦副的强度、刚度，选用整体式构造的动静环，防止热镶产生的内应力呵斥摩擦副变形，影响密封性能。静环采用浮动式构造。我们对进口机械密封静环的构造作了如下的改良，首先改原静环的防转销防转为对称的凸耳防转，以增大静环本身的强度；其次在静环的外圆周上开出均匀的半圆槽，让介质以最短的时间充溢静环反面的平衡腔，改善其受力情况。改良后的静环构造如图6所示。从而提高其跟随性，还可以降低对静环本身强度和刚度的要求。 图图4 带中间环的高压密封带中间环的高压密封构造特点1.石墨静环轴向力平衡2.常用于高压热水的密封3.辅助系统采用plan23两对称椭圆形孔半圆形槽

11、 图5 进口密封中间环 图6 改良后中间环另外小弹簧弹力均匀，并且可使机械密封构造紧凑，因此，选用小弹簧；辅助密封圈选用V形圈，因O形圈在高压下容易被挤入动环与轴套或轴间的缝隙中，呵斥密封失效；外接强迫冲洗液，带走摩擦热，冲洗液应沿摩擦副的切线方向引入。 1弹簧座；2紧定螺钉；3弹簧；4导向销；5推环；6动环V形圈；7动环组件；8静环密封圈；9静环；10.防转销；11传动螺钉图7 典型单端面高压泵用密封构造特点1.构造简单，零件厚实2.键加拨叉传动3.能接受高压到12MPa图7也是一种典型的的单端面高压泵用机械密封，属于多弹簧、螺钉加键传动、平衡型构造，静环端面可以开设流体动压槽以顺应更高的任

12、务负荷。这种密封的特点是构造简单，零件采用添加了厚壁的构造，动环、静环常采用硬对硬资料组合方式。该种密封型式运用范围很广。图8 204B型高压机械密封构造特点1.静止式，可用于大轴径2.防止镶嵌构造3.动环轴向力由台阶接受4.楔形抱轴器使传动可靠图8是一种静止式高压机械密封，适用于大轴径或高线速度的场所。该构造思索了力平衡，并采用楔形抱轴器，最高压力可达15MPa。2双端面、串联式及三端面高压机械密封其设计思绪与单端面高压机械密封的设计思绪一样，不同之处在于，对于双端面密封，其运用压力低于6MPa时，在静环的设计上可不用浮动式构造。在设计中必需求思索力矩的可靠传送，动、静环要有最正确的几何外形

13、，以及高的强度和刚度，良好的跟随性。对于有毒、易燃、易爆的介质，单端面密封不能适用，因密封一旦失效，将会呵斥严重的后果，给国家和企业呵斥宏大的经济损失，还会呵斥环境污染，甚至会危及生命平安。针对这种工况，我们设计了平衡型双端面机械密封。为了及时将密封腔内的摩擦热带走，在传动套上加一螺旋套，加大密封液的循环。弹簧选用小弹簧，辅圈选用O形圈，构造如图9所示。当密封压力很高时，如超越6MPa，可采用串联式密封，假设介质为易燃、易爆、有毒或贵重流体时，可采用三端面密封，即双端面加串联式构造。 (2端面比压确实定密封负荷程度的标志是PV值，通常轴的转速是恒定的，密封端面的压力负荷主要受介质压力影响，所以

14、可以经过采用平衡型构造来减小有效的压力值。减小摩擦端面的宽度，可以减小摩擦热。高压密封设计的要点之一是确定载荷系数及端面宽度。要确定载荷系数和端面宽度的最正确值比较困难，通常端面宽度b=25mm4，根据载荷系数设计及强度设计的需求进展调整。我们知道，端面比压P比=P弹+K-P介。在机械密封的设计中，应防止出现K-0的情况，否那么机械密封将处于极不稳定的形状，随时有被翻开的能够，呵斥密封失效。另外，摩擦热的大小与端面比压的大小成正比，要降低摩擦热，就必需求控制端面比压，和选择较小的弹簧比压P弹。在此，我们选择载荷系数K与该工况下的膜压系数相近，弹簧比压P弹选用0.10.15MPa，这样就可将端面

15、比压控制在理想的范围内，从而到达控制摩擦热的目的，提高机械密封的运用寿命。 图 9 双端面高压泵用机械密封 构造特点1.载荷系数、端面宽度、零件尺寸特殊设计2.构造类似通用型密封，运用范围广，本钱低，不修正腔体3技术目的 我们研制的高压机械密封的技术参数如下：1) 密封腔内压力P=315MPa轴径d50，转速n3000r/min，对于常温、水介质，采用单端面密封时，P值可达15 MPa2密封腔内温度：T=-401803转速：n15000rpm，线速度v35m/s轴径d40，压力P=3.5MPa，对于常温、水介质，采用单端面密封时，n值可达15000r/min 4走漏量le5300ml/h5寿命

16、：L40008000h 高压机械密封重点考核的目的是：寿命L和走漏量le。5.实验室实验和工业运转情况 研制初期，由于实验室条件的限制，不能模拟现场工况，因此，我们将实验室实验改在现场进展。在现场按要求将机械密封装上设备，按机械密封实验规范，先作静压实验，静压合格后，再作动压实验。我们的带中间环单端面高压密封产品曾经在镇海炼化化肥厂合成氨安装4112-P3泵上运用有3年时间，运转情况良好，已完全替代进口产品。此泵任务参数如下：介质：水，进口压力8.6Mpa，出口压力9.5MPa，密封腔压力9.65MPa，温度187。同时在齐鲁塑料厂聚丙烯安装的P200泵上采用的双端面密封和P201泵上采用的三

17、端面密封，运用也曾经有6年时间；在内蒙化肥厂和九江大化肥合成氨安装A-GA302泵上运用曾经有2年时间；在荆门化肥厂P200泵上也运用了几年时间。经过现场工业运转，证明我们的设计是合理的，研制是胜利的，参数和构造的选择也是正确的，我们提供的产品已完全替代进口同类产品，运用寿命有些甚至超越了国外同类产品。经过现场工业运转实验的多次装拆、启动、停机及长周期延续运转，证明我们研制开发的高压密封性能好、寿命长，并可运用于不同的介质工况。本课题现已圆满完成，各项考核目的均满足和超越合同要求。该工程的研制是胜利的，我们的设计思想和技术道路是正确的，扩展运用将会产生较大的经济效益和社会效益。l端面热量大；l

18、离心力呵斥振动和不平衡，端面产生冲击和振动，加大端面摩擦热和疲劳破坏，同时无法构成稳定液膜；l传动机构易在冲击载荷或交变载荷下失效；l高频颤振要求密封有更好的跟随性，抗疲劳性。l1.弹性元件静止；l2.减小转动件质量，并尽能够坚持与轴中心线对称；l3.减小转动件长度，降低涡流损失；l4.充分散热，加大强化冷却力度；l5.构造上采取措施，降低端面摩擦热；l6.提高精度，包括形位公差，尺寸公差和外表粗糙度；l7.强化传动机构；l8.减小补归还辅圈紧缩量。l1.采用多弹簧静止式平衡型机械密封；l2.减小密封端面宽度；l3.减小选转环外径，长度；l4.减小径环质量；l5.增大弹簧比压；l6.端面开流体动压槽；l7.减小静环密封圈紧缩率。 热水20B构造，30%氨水高速机封，烃类，丙烯进料泵，乙烯，油，30%氢氧