机械密封技术

2024/5/81机械密封常见机泵类接触式密封2024/5/82一、机械密封原理什么是机械密封？

机械密封也称端面密封，其至少有一对垂直于旋转轴线的端面。动环端面在流体介质压力及补偿机械弹力的作用下，加之辅助密封（O型圈等）的配合，与另一端面（静环端面）保持贴合并相对转动，从而防止流体泄漏的装置。机械密封原理结构图机封工作时的状况:1、液膜的形成2、摩擦/热3、杂质/固体颗粒工艺流体动环

静环轴密封腔体PF正常来说，此处即密封端面的泄漏量极小，在正常可控范围之内。大气侧2024/5/84喉部衬套喉部衬套作用：引外部液体，用喉部衬套保持密封腔内介质压力、维持一定流速。P1P22024/5/85Shaft轴ProcessFluid密封流体Leakage泄漏环境VesselWall釜壁

基本的密封问题:防止泄漏ShaftProcessFluid流体流动Leakage泄漏Environment环境VesselWall釜壁

机械密封--端面--的概念ShaftMovement轴的运动必须的特征小的轴向间隙自调节MatingRing配合环PrimaryRing补偿环SecondarySealingElement辅助密封机械密封流体静力学负荷（单纯从密封介质对动环的压力方面分析）辅助密封可替换的部件P泵体O-RingO型圈Shaft轴MatingRing配合环PrimaryRing补偿环SnapRing卡环Anti-XRing挡环O-RingO型圈Disk推环Springs弹簧Retainer传动套SetScrew定位螺丝AnExampleofaCompleteSealRetainer传动套

简单的说,机械密封就是:1.一个耐磨,静止的密封件2.一个耐磨,旋转的密封件3.二次密封针对串联双级密封来说的4.使件1和件2相互贴合的机械装置，弹簧5.辅助密封没有闪蒸闪蒸平行收敛发散密封面分离Shape:形态Gap:间隙Fluid:流体密封接触面形式Lubricant润滑剂Separation分离面MagnifiedSurfaceA放大面MagnifiedSurfaceB放大面Heat热量密封面润滑目的分离两个面防止出现面接触减少摩擦/生热流体在两个面之间充当润滑剂的过程Gland密封端盖PumpHousing泵腔ProcessFluid工艺流体不可见泄漏，微量的泄漏在大气侧蒸发。配合环补偿环Gland密封端盖PumpHousing泵腔没有流体或者干运转里面是空气MatingRing配合环没有润滑干磨运转导致过热补偿环MatingRing配合环PrimaryRing补偿环生热原因摩擦粘性剪切力热传递传导对流2024/5/818什么是液膜?1、端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液膜动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。2、两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。3、机械密封形成液膜，干气密封形成气膜。都有一定的刚度。4、机械密封端面流膜厚度表征了摩擦副的摩擦状态,直接影响着机械密封的端面泄漏率和磨损量,也是确定端面摩擦生热的一个重要参数。5、典型的机械密封的端面液膜厚度在0.3～3μm,干气密封的端面气膜厚度在3～5μm时,既能保持良好的密封,泄漏很少,又能有较长的工作寿命,磨损很小。因此两端面间存在一个持续稳定的液膜2024/5/819形成液膜的介质1、单端面密封工艺介质一般靠泵的进口或出口进行自循环冷却液2、双端面密封缓冲液（低压）一般外来隔离液（高压）※机封成功的关键就是形成并保持一定厚度的液膜，而端面间必须控制合理的单位面积压力以维持这一层液体膜，使其获得较高的机械密封技术水平，有效延长机械密封的使用寿命。1、端面干接触/“干磨”2、过度磨损3、产生大量摩擦热4、固体颗粒损坏端面如没有液膜形成会发生什么?动环静环1、提供润滑4、防止固体颗粒损坏端面液膜能帮助我们做什么?

2、防止端面直接接触3、减少摩擦热的生成，将热量带走。动环静环工艺液体1、工艺流体汽化/腐蚀率增加2、液膜的状态发生改变/固体颗粒沉积摩擦热带来的后果3、减少或无法形成液膜动环静环最初的轴封—盘根缺点：泄漏量大（每分钟约7滴)轴磨损严重轴功率损耗大经常需要调整使用寿命短优点：价格低廉安装方便盘根也叫密封填料，通常由较柔软的线状物编织而成，通常截面积是正方形或长方形、圆形的条状物填充在密封腔体内,从而实现密封。第一代机械密封（分离式、非平衡型、单个大弹簧）优点：初始价格较低

缺点：容易产生人为安装误差弹簧和介质接触易堵塞O形圈及动静环材质不过关动环受弹簧力不均端面比压受介质影响大使用寿命低第二代机械密封（分离式、多弹簧）优点：动环受弹簧力均匀价格较低缺点：容易产生人为安装误差弹簧和介质接触易堵塞O形圈及动静环材质不过关端面比压受介质影响大使用寿命低第三代机械密封（卡式或集装式）现在的主流优点：无人为安装误差弹簧不与介质接触不会堵塞优异的O形圈及动静环材质密封环有良好的补偿性O形圈无磨损设计寿命3年2024/5/8272024/5/828（一）机封的组成（图1-1）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、波纹管等)构成。—使两端面贴合;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4.使动环和轴一起旋转的传动机构。5.其它零部件（轴套、压盖、定位销、垫片等）2024/5/8292024/5/830机械密封是一种用于旋转流体机械的轴端密封装置。（看离心泵2张图片）用途：用于离心泵、离心机、反应釜等设备，因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。

2024/5/831（二）机封有哪些优点？我们为什么要使用机械密封？

1密封性能好2使用寿命长，即使在腐蚀性介质中也可以保持半年以上。3轴或轴套无磨损，他两相对静止。4轴功率消耗小，机械密封的端面接触面积小，其摩擦功耗仅为软填料密封的10%～50%。5不需经常调整，整体采用集装式。6应用范围广，机械密封可以在高温、低温、高压、真空、强腐蚀的环境下工作。机械密封成功的关键“形成并保持一种稳定的液膜”所以它成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。2024/5/832（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—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.泄漏点2—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3—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4—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）2024/5/833方式一：通过均匀分布的几个顶丝（内六角小螺栓），将驱动环和轴套上的对应的螺纹孔紧固起来，最后，顶丝的头部与轴表面（在轴表面划凹坑，否则易打滑失效，特别当直径较大和温度较高时。）之间紧密接触在一起，可简化看成几个“点与面”的接触，从而将轴套与轴联结为一体。2、传动关系（轴与轴套的传动方式有两种）轴套顶丝驱动环轴1-A点与面顶丝轴套轴2024/5/834方式二：如右所述。轴轴套端面卡瓣1-B点与面与面驱动环顶丝2024/5/8352024/5/8361-C键＋台阶传动一般配合前面两类方式一起工作2024/5/837

2、轴套───紧固螺钉5──弹簧座4──弹簧3─补偿动环1

3、端盖──防转销8─非补偿环（静环）6

通过机械镶嵌刚性连接成一体紧固螺钉5弹簧座4轴套静环6动环1密封端盖防转销8弹簧32024/5/838

把轴或轴套的运动方式(旋转)传递给动环，一般是通过键（要配合阶梯轴）、紧定螺钉、传动螺钉、销、R槽、拨叉、弹簧、波纹管等的组合来传递运动。（1）紧定螺钉（顶丝）传动：在轴表面划凹坑，否则易打滑失效，特别当直径较大和温度较高时。（2）驱动环+轴套端面卡瓣（3）键＋台阶传动（4）波纹管传动（四）传动机构的作用2024/5/839※在密封端盖上一般开有介质循环冲洗孔，静环的尾部应有冷却冲洗孔。建立封液及冷却系统，而且要经常检查并更换，从而加强对端面的冷却、冲洗，通过对密封液过滤、分离等方式进行冷却和润滑或隔离，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。

（四）辅助设施一）机械密封件的要求稳定的液膜良好的润滑性能封液在密封腔内不会闪蒸或气化不含污染物和固体颗粒适当的粘度2024/5/840二)冲洗方案的目的A、为机械密封创造更有利的环境冲洗以散热降低液温改变密封腔压力清洁工艺流体控制机械密封的大气侧B提供检测和控制密封泄漏的方法捕捉和/或防止泄漏检测泄漏将泄漏引导至适当的收集或处理系统为密封环境提供除工艺流体之外的液体2024/5/841三）实现目标的方法为工艺流体布置管道引入外部流体辅助设备密封冷却器旋液分离器

封液罐仪表2024/5/842冲洗孔形式2024/5/843冷却孔形式基本密封:冲洗1(APIPlan11)

单密封通过出口进行冲洗从泵出口到密封端盖的管线出口流动入口基本密封:冲洗2最小压力值要大于A处0.3BarFlow流动出口Suction入口RestrictionalDevice(Bushing)限流装置(APIPlan32)

单密封通过外部来源进行冲洗A1巴（bar)=100千帕（KPa)=0.1MPaPrimarySeal:Quench

基本密封:急冷限流装置(盘根)唇环QuenchSource急冷源ProcessFluid工艺流体(APIPlan62)

单密封通过外部急冷静环动环2024/5/847冲洗方案符合标准：API610API682ISO21049ASMEB73通过数字标明API范例11、32或53ASME范例7311、7332或73532024/5/848冲洗方案---依据API682(2004第三版)机械密封冲洗方案PLAN01方案PLAN02方案PLAN11方案PLAN13方案PLAN21方案PLAN31方案旋液分离器PLAN32方案引外部液体，用喉部衬套保持压力、维持流速PLAN41方案旋液分离器+密封冷却器PLAN52方案泵效环--双端面--轻烃，一期低甲P3002PLAN53A方案高饱和蒸汽压的轻烃PLAN72方案串联双级密封PLAN74方案串联双级密封--脱乙烷塔回流泵PLAN75方案轻烃PLAN76方案轻烃配合课件2024/5/849密封罐2024/5/8501、

按使用工况、条件分类如下（五）机械密封的分类2024/5/8512024/5/8522、

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2024/5/853机械密封的允许泄漏量

1mL汽油≈30滴；1mL机油≈10滴；1mL水≈23～25滴；1mL医院治病用盐水≈20滴；中国：引用标准：JB/T4127.1-1985/1999《机械密封技术条件》本标准适用于离心泵及其它类似旋转式机械的机械密封。其工作参数一般为:工作压力为

0~1.6MPa

(指密封腔内实际压力)

工作温度为–20~80℃

；(指密封腔内实际温度)

轴

(或轴套)

外径为

10~120mm；

转速不大于

3000r/min;介质为清水、油类和一般腐蚀性液体。

、机械密封性能要求

：泄漏量，

当被密封介质为液体时，平均泄漏量规定如下：

轴(或轴套)外径>

50mm

时，≤

5mL/h；

轴(或轴套)外径≤

50mm

时，≤

3mL/h.

对于特殊条件及被密封介质为气体时不受此限上式为为某范围直径内按迈尔泄漏公式计算的平均值。2024/5/854机械密封的使用寿命1、通常，在选型合理、安装使用正确的情况下，被密封介质为中性、弱腐蚀其他或液体时，机械密封的使用期一般至少为8000-10000小时。在此期间密封环中较软的一只（大都用碳-石墨制造）的承磨台首先被磨掉，磨损量在2-3mm之间；2、被密封介质为较强腐蚀性或易挥发气体时，机械密封的使用周期一般为4000h，特殊情况不受此限。3、机械密封到达使用寿命极限时，因弹簧不能补偿或比压过低而丧失了密封能力，其他零件基本上无磨损。这种密封失效属自然磨损。2024/5/855（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）

2024/5/8561、旋转型工作时受离心力的影响，不适合高速泵。组件在工作时产生动不平衡。2、静止型工作时不受离心力的影响，适用于高速泵。2024/5/857（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）（1）

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）（2）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）

2024/5/858（一般与内装式、外装式一致）

（1）内流式：密封流体在端面的泄漏方向与离心力方向相反。（一般密封都采用这种结构）（2）外流式：密封流体在端面的泄漏方向与离心力方向相同。（泄漏量大，只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用）

（八）内流式和外流式机械密封2024/5/859外流式机械密封弹性元件不与介质直接接触，故可应用在强腐蚀性、高粘度、易结晶的环境中。外流式的泄漏量是内流式的约10倍左右，不适合在高压环境中使用。使用时压力应小于1-2MPa。2024/5/860（九）多弹簧和单弹簧机械密封（1）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。（2）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。

2024/5/861单弹簧：只有一个大弹簧密封，单弹簧受力不均匀，影响弹簧的使用寿命。高速下离心泵会使弹簧偏移或变形，弹簧力不宜调节。因此多用于小轴径、轴向尺寸大、低速的密封。多弹簧：小弹簧数量不止一个，轴向尺寸小。多弹簧的分布点和数量可以调整端面使受力均匀，但是在腐蚀性介质和有固体颗粒的场所会因堵塞和腐蚀而失效。2024/5/862（十）平衡型和非平衡型机械密封

如图5—30所示，1、密封流体作用于单位密封面上轴向压力大于或等于密封腔内流体压力时，称非平衡式（完全不卸荷）；2、流体作用于单位密封面上的轴向压力小于密封腔内流体压力时称部分平衡式(部分卸荷)；3、若流体对密封面无轴向压力反而有推开力则称为过平衡式(全部卸荷)。用公式F=PS解释按离心泵密封流体作用在密封端面上的压力是卸荷或不卸荷分类分为平衡式机械密封和非平衡式机械密封。2024/5/863图5-3是内装式平衡型和非平衡型的机械密封示意图，图中箭头是表示介质对动环的作用力。何为卸荷？就是卸载掉作用于密封端面上的部分或全部载荷，如果不卸荷的话，在高压密封介质作用下，动环给静环的轴向力增大，即密封环面上的压力Pm增大，不利于液膜的密封作用，破坏其存在环境，加剧了密封面的磨损，降低其使用寿命。问题：那么非平衡型密封适用于高压还是低压环境？2024/5/8641、非平衡型密封端面上的作用力随密封流体的压力升高而增大，因此只适合小于1.5MPa的低压环境。对于一般液体可用于密封压力≤0.7MPa；对于润滑性差及腐蚀性液体可用于压力≤0.3～0.5MPa。2、而平衡式机械密封能部分或全部平衡流体压力对端面的作用，即卸荷，密封端面上的作用力随密封流体压力变化较小，能降低端面上的摩擦和磨损，减小摩擦热，承载能力大，因此它适用于压力较高的场合。对于一般液体可用于0.7～4.0MPa，甚至可达到10MPa；对于润滑性较差、黏度低、密度小的液体(如液化气)，可用于液体压力较高的场合。1、非平衡型机械密封=压力梯度力=压强X面积实例:密封腔压强=100PSI密封面积=2sq...in闭合力=2sq...inX100PSI=200lbs张开力=2sq...inX50PSI=100lbs200lbs-100lbs=100lbs闭合力工艺介质动环静环密封腔体轴2、平衡型密封=压力梯度力=压强X面积实例:密封腔压强=100PSI密封面积=1sq...in闭合力=1sqinX100PSI=100lbs张开力=2sq..inX50PSI=100lbs100lbs-100lbs=0lbs闭合力工艺介质轴套静环密封腔体轴讨论：如果动环端面积稍稍大了一圈，后果怎样？？动环工艺介质轴套静环动环一、LBS-力学单位，此处代表的闭合力、张开力LB是英文一磅（pound）（重量单位）的缩写,复数为Lbs。1磅写作1lb，5磅写作5lbs。通常1pound(磅)=16ounces(盎司)=454克。二、SqureInch平方英寸是一个英制面积单位。1英寸=2.54厘米1SqureInch=6.45CM2三、PSI

压强单位PoundsperSquareInch磅/平方英寸换算关系为：1PSI=454g/6.45cm21MPa=10kg/cm2密封腔内流体压强100PSI=7.03kg/cm2=0.7MPa所以前面的张开力为:100LBS=100磅=454克×100=45.4kg（公斤）讨论为什么要采用平衡型机械密封？？1、可以密封的工艺介质压力较高，也就是泵的输送流体压力相对较高。2、产生较少热量3、减少端面磨损或变形4、减少转矩5、降低轴功率损耗6、端面材质选择范围广2024/5/869（十二）单端面机械密封密封腔体中只含有一个旋转端面。单端面密封结构简单，制造、安装容易，应用广，适合于一般液体场合，如油品等，与其他辅助装置合用时，可用于带悬浮颗粒、高温、高压液体等场合。但当介质有毒、易燃、易爆以及对泄漏量有严格要求时，不宜使用。2024/5/870（十三）双端面机械密封（图1-4）每个密封腔体中有两对摩擦副，且两端面之间腔的压力高于密封介质的压力。设置问题？轴向双端面密封有背靠背[图(a)]和面对面[图(b)]布置的结构。这种密封工作时要在两对端面间引入高于介质压力0.05～0.15MPa的封液，以改善端面间的润滑及冷却条件，并把被密封介质与外界隔离，有可能实现介质“零泄漏”。如果说密封腔的压力高于封液压力，那么介质端的动环环面就会被高于封液压力的介质推开，导致漏液，不能满足泄露要求。2024/5/871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。

用于工作介质润滑性能差、有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、比较贵重、高温、低温，或气体、高真空度等场合。2024/5/872讨论：Q双端面集装式机械密封密封罐介质封液的选择依据是什么？密封罐压力设定的标准？如果密封罐液位下降肯定意味着什么？该如何处理？

答：1、双端面机械密封通常是作用有压双重密封使用的，密封系统内压力一般要高于内侧密封腔压力，如果内侧密封泄漏，封液是要进入泵内与介质混到一起的，即使密封没损坏，也会有微量封液进入泵内的。所以选择的封液是允许少量封液混入工艺介质的。一起低甲P3002泵，密封罐介质是贫甲醇，工艺液是~~~~~，允许混合。2、一般密封罐压力要高于泵进口压力2~3公斤即可。美国石油协会682标准即API682关于泵轴封系统对封液的选择有明确的规定，关于压力一般要大于密封腔介质压力0.1MPa。3、如果内漏肯定会报警，一般根据报警频繁程度决定是否更换机封。内漏严重应该即时换机封，否则密封液很快就漏光了。2024/5/8732024/5/874（十三）串联式机械密封（图1-5）使密封流体处于一种压力状态为单级密封，处于两种压力状态为双级密封，为两级密封串联布置。特点：两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低,密封流体压力依次递减。优点：1）工艺介质与主封外侧接触，主要用在高危介质机泵上，达到0泄露，防止污染空气。2）可用于高压工况。2024/5/8751、传统的串联机械密封密封组件中两组密封摩擦副依串联方式布置:1、内侧为主密封，起到密封高温介质的作用;2、外侧为次级密封，用于两套密封之间介质为封油，可在主密封意外失效时起到安全密封的作用。弹性元件采用波纹管组件。密封运转过程中，适宜压力、温度和流量的封油由封油入口注入密封组件间隙，之后从封油出口流出，产生循环流动:一方面为主密封提供缓冲或阻塞流体，另一方面对密封组件进行冲洗和冷却。通过密封里面的泵送环循环解释泵效环2024/5/876工艺介质是温度为597K的高温重油，封油选用温度为343K、压力为0.5MPa的重柴油，泵轴转速为2970r/min。采用它的优点：(1)采用串联式布置方式和封油循环冲洗方式可以使密封组件处于相对低温(与高温工艺介质相比)的环境中运转，提高了密封的安全性和可靠性;(2)增大封油循环量将会增加封油带走的热量，同时明显降低封油在各部位的温升，提高了对密封组件的冷却效果;(3)主密封附近封油轴向流动缓慢，不利于该部位的冲洗冷却，可采取添加折流板、改变封油出口位置等措施加强主密封部位的封油流动与传热。2024/5/877问题：重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高。这种介质适合于此类泵输送。那么当在泵内输送液化石油气时,这种呈低沸点、低粘度、高蒸汽压液体,还适合用此种泵输送吗？？？不适合。因为轻烃类、液化气在输送过程中，不仅存在低温材料脆化、液体容易汽化等问题,而且还具有低引火点、低粘度、高蒸汽压等特征。工艺液体进入封油腔体内，气化，这样封油中夹杂气泡，造成次级机械密封液膜难以保持稳定，易产生磨损，失效。2024/5/8782、现在串联式干气密封在轻烃泵上得到广泛应用串联式干气密封在脱乙烷塔回流泵上的应用实例：广州石化乙烯装置的脱乙烷塔回流泵,长期以来存在磨损严重、寿命短、泄漏问题突出等现象,使用效果很不理想。密封频繁地出现故障,对装置的连续、稳定运行造成了较大的影响。为此,对该泵的机械密封进行了改造,并取得了良好效果。A）串联式机械密封失效分析该泵技术参数如下:介质

乙烷温度

-25℃吸入压力

2.62MPa(a)排出压力

2.92MPa(a)工作转速

2950r/min密封形式

<21248HP/“PP”2<2148B1/“P”串联式机械密封密封介质

甲醇2024/5/879乙烷等液态烃类机械密封存在很多的难点。这些液化石油气在泵内输送过程中,呈低沸点液体,不仅存在低温材料脆化、液体容易汽化等问题,而且还具有低引火点、低粘度、高蒸汽压等特征。其在密封的摩擦副端面难以形成和维持连续、稳定的流体膜,从而导致因流体膜汽化引起干摩擦,造成端面早期磨损。现场设备管理人员在长期的使用及维修过程中,发现发生泄漏的密封拆下后密封面通常有两种形态:一）是密封端面存在冲蚀的痕迹,主要原因是当工艺介质乙烷进入密封腔,液态工艺介质部分产生汽化,形成气、液混相,在动环旋转过程中形成了气液冲蚀,导致机封密封面磨损失效泄漏;二）另一种情况是载荷系数、弹簧比压过大,密封仅运行了很短时间即发生严重磨损。2024/5/880B)

脱乙烷塔回流泵串联式干气密封的设计根据液态烃泵机械密封的特点,结合现场实际情况,决定采用机械密封与干气密封结合的串联式结构。该密封具有以下特点:a.干气密封与接触式机械密封串联使用,第1级机械密封为主密封,要密封的介质为液态烃;冲洗液为泵出口液态烃。第2级干气密封为次密封,密封介质主要为氮气及少量从机械密封泄漏出已挥发为气体的液态烃气体。b.干气密封与主密封间通入氮气,压力一般为0.6～0.8MPa。这大大提高了主密封的背压,避免了液态烃在端面间由于摩擦热而过早的汽化,形成液汽混相导致磨损加剧的问题,从而大大延长主密封的使用寿命,提高主密封的性能。2024/5/881图1泵用串联式干气密封系统流程A———与外部氮气管线接口,压力0.6~0.7MPa;B———与密封腔体接口,为干气密封提供N2;C———密封气体出口,节流阀调节密封腔气压力;D———与火炬连接。2024/5/882设计流程：脱乙烷塔回流泵干气密封系统流程设计通过设计,采用图1所示的流程。图1中,外部氮气管网氮气进入控制系统,经过滤器、减压阀后,为干气密封提供稳定、干燥、清洁的密封气。当主密封泄漏过大或氮气压力过低,单向阀起到防止工艺介质反串入氮气管网的作用。进入密封腔的氮气与主密封泄漏的微量工艺介质通过节流孔板排向火炬。当主密封机械密封泄漏过大时,由于限流孔板的作用,密封腔压力上升,冲洗液采用泵出口的自冲洗和外部引入新鲜介质冲洗。1.如何判断主密封机械密封已损坏？泄漏管线上的压力表指示上升(或压力开关发出报警信号),表明密封失效。讨论？？2024/5/8831、概念：波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。（十四）波纹管机械密封2、分为金属波纹管型机械密封、聚四氟乙烯波纹管型机械密封和橡胶波纹管型机械密封。2024/5/884避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。金属波纹管用于高温介质聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。3、波纹管型机械密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损.追随性好，适用范围广。追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。各种波纹管的优点：金属波纹管又可分为液压成型金属波纹管和焊接金属波纹管[图(a)、(b)]。金属波纹管本身能代替弹性元件，耐蚀性好，可在高、低温下使用。聚四氟乙烯波纹管型机械密封[图(c)]由于聚四氟乙烯耐腐蚀性好，可用于各种腐蚀介质中。橡胶波纹管型机械密封[图5-36(d)]结构简单紧凑，安装方便且价格便宜，适用于工作压力不大于1.5MPa、温度不大于100℃的低参数条件。2024/5/885将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。安装方便，排除了安装不良的影响。（十五）集装式机械密封（图1-6）2024/5/886代替盘根的最佳装置

集装式密封SCUSITM短型单端面集装式机械密封冲洗液CURCTM单端面集装式机械密封冷却液SMSSTM单端面整装固定型集装式机械密封

CDSATM双端面集装式机械密封Bi-MetalCDSATM具备特殊合金部件的双端面集装式机械密封Copyright1999A.E.S.EngineeringLtd.DMSFTM

双端面整装固定型集装式机械密封

金属波纹管系列密封Copyright2000A.E.S.EngineeringLtd.……...…….....IncreasesSealLife50%MoreBellows……………TM12

50%ExtraIndustryStandard讨论：为什么要使用集装式密封？？“集装式机械密封已经成为引导市场的潮流”

安装简便，无人为安装误差泄漏量极小提高了使用可靠性适合于多种型式的泵降低维修率，使用寿命长增加了生产利润特点：（十六）补偿机构形式（1）螺旋圆柱大弹簧、小弹簧

（2）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管

波纹管型机械密封按波纹管材料不同分类1、分为金属波纹管型机械密封、聚四氟乙烯波纹管型机械密封和橡胶波纹管型机械密封。2、波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。3、波纹管型机械密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损.追随性好，适用范围广。追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。2024/5/897二、机械密封的基本零件（一）对摩擦副密封环的要求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。2024/5/898（1）一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，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（0.4~0.6mm）以利补偿静环和轴（轴套）间隙1~3mm以免摩擦（二）摩擦副匹配要考虑的因素2024/5/899密封端面的材质GlassFilledTeflon（填充聚四氟乙烯）软材质Carbon（碳石墨）软材质StainlessSteel（不锈钢）Ceramic（陶瓷）ChromeOxide（氧化铬）TungstenCarbide（碳化钨）SiliconCarbide（碳化硅）2024/5/8100A

填充聚四氟乙烯：化学稳定性最好的有机聚合物，几乎能耐所有强酸、强碱和强氧化剂的腐蚀。聚四氟乙烯存在的最大问题是：具有冷流性，即在载荷的作用下，随时间增长而产生永久变形，产生蠕变。此外，聚四氟乙烯的热膨胀系数大，约为钢的10倍；导热性很差，仅为钢的1/200。为了克服这些缺点，通常在聚四氟乙烯中加入适量的各种填充剂，构成填充聚四氟乙烯。常用的填充剂有玻璃纤维、石墨等。2024/5/8101B碳素石墨，简称碳石墨，强度高、硬度大、耐磨损，但脆性大、导热系数低。它是机械密封常选用的软环材料。石墨化石墨，又称电化石墨、软质石墨，质软、强度低、自润滑性能好、加工容易。石墨密封环的制作：过程配料、烧结、浸渍（合成树脂——酚醛树脂、环氧树脂和呋喃树脂，金属锑）2024/5/8102C工程陶瓷氧化铝陶瓷：主要成分是Al2O3和SiO2，Al2O3超过60%的叫做刚玉瓷。目前机械密封环用的较多的是（95～99.8%）Al2O3的刚玉瓷，分别被简称为95瓷和99瓷。特点：硬度高、耐腐蚀能力强，但加工困难，成本高。应用：耐腐蚀的机械密封中，但是一套机械密封的动静环不能都使用氧化铝陶瓷制造，因有产生静电的危险。氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷2024/5/8103D碳化硅陶瓷：新型的、性能非常良好的摩擦副材料特点：重量轻、比强度高、有一定的自润滑性、摩擦系数小；硬度高、耐磨损、组对性能好；化学稳定性高、耐腐蚀；导热性能良好、耐冲击。应用：自20世纪80年代以来，国内外各大机械密封公司纷纷把碳化硅作为高pv值得新一代摩擦副组对材料。分类：反应烧结SiC、常压（无压）烧结SiC和热压烧结SiC2024/5/8104E氮化硅陶瓷：氮化硅（Si3N4）也是新开发出来的摩擦副材料，耐磨性好、摩擦系数低，并且具有良好的耐腐蚀性，且线膨胀系数小，抗热冲击能力比氧化铝陶瓷好。根据制造工艺不同，主要可分为反应烧结Si3N4、常压（无压）烧结Si3N4和热压烧结Si3N4耐腐蚀机械密封中，氮化硅陶瓷与碳石墨组对性能良好，而与填充玻璃纤维聚四氟乙烯组对时，氮化硅损耗大；氮化硅和氮化硅组对的性能也不是太好，会导致较大的磨损率。2024/5/81052024/5/8106（1）材料要求（ⅰ）在工作温度下耐介质腐蚀（ⅱ）足够的弹性（ⅲ）有一定强度(柔性石墨因强度差，使用场合受到限制)（ⅳ）耐磨（ⅴ）易加工、价格低（2）种类（ⅰ）按材料分：合成橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨等；（ⅱ）按截面形状分：圆形、矩形、V形、楔形、包四氟形等；

（三）辅助密封圈PS：安装O型圈时抹点机油，对准定位槽，强行压入，有些O圈要抹肥皂水或凡士林。避免浸油失效。2024/5/8107

把轴或轴套的运动方式(旋转)传递给动环，一般是通过键（要配合阶梯轴）、紧定螺钉、传动螺钉、销、R槽、拨叉、弹簧、波纹管等的组合来传递运动。（1）紧定螺钉（顶丝）传动：在轴表面划凹坑，否则易打滑失效，特别当直径较大和温度较高时。（2）驱动环+轴套（3）键＋台阶传动（5）销钉传动（8）波纹管传动（四）传动机构的作用2024/5/8108（1）浮装式（可以在轴向、径向设计防转销）（2）托装式(一般小扭矩可不用销，要注意端面垂直度)（3）夹固式(浮动性差，注意端面垂直度)（4）防抽空(前加卡环)（五）静环防转方式

看图片2024/5/8109三、机械密封失效原因分析探讨1机械密封失效时长见的现象1.1工作时发生尖叫这是因为密封端面润滑效果不佳,应安装旁路冲洗管路,加大管径和相应的节流装置的尺寸。1.2密封在工作时发生爆鸣原因是密封介质汽化或闪蒸,应在允许范围内提高密封腔压力,改进密封设计,降低介质温差,安装旁路冲洗管路,加大管径和相应的节流元件;加强密封端面的冷却,检查密封平衡设计,精确测量密封腔内的压力，温度及介质压力。1.3石磨粉聚集在密封面外侧原因是密封面润滑不良,密封端面间的液膜汽化或闪蒸,产生残留物质,造成石墨环磨损，应改善润滑状态,防汽化。2024/5/81101.4密封泄露a由于密封介质汽化或闪蒸密封端面,应先判断泄漏源,断面密封问题可能出在端面不平、裂纹、破碎或爆破,发生热变形或机械变形;b密封零件结构不合理或强度不够产生变形;c因材料及加工原因产生的残余变形;d安装时零件受力不均等,应检查安装尺寸是否正确，密封和材质是否适于使用工况,密封垫是否压紧,是否螺栓力矩太大造成密封座变形，是否有安装损伤,必要时予以更换;e检查填料腔装配面和其他有关元件对轴线的垂直度，管道及设备安装误差"辅助密封安装时可能被压伤或擦伤;f介质从轴套间隙中漏出,0型圈老化;g密封压缩屈服变形,化学腐蚀"检查密封槽和导角是否正常,起动设备前应将密封端面重新研磨以保证密封面的光滑平整。2024/5/81112机械密封失效的原因分析2.1振动

泵的振动原因很多，振动原因主要为转子不平衡，也有其它原因。例如：泵和电机振正不佳，轴承故障、地脚螺栓松动等。振动以轴向振动对密封的危害最大。大多数工艺流程泵的转速在2950r/min左右，由于密封的追随性较差，泵的振动加剧了动静环的分离，瞬间的分离在液膜压力作用下使密封面开启，出现大量泄露，如果摩擦副附近存在固体颗粒，进入密封端面间会导致密封端面损坏，从而使机械密封失效。2024/5/81122.2腐蚀失效(1)表面腐蚀。机械密封件会因腐蚀介质的侵蚀而导致表面腐蚀，严重时会造成腐蚀穿透。(2)点腐蚀。弹簧套常出现大面积或区域性的点蚀，有的导致穿孔。此类局部腐蚀对密封的使用虽未造成严重后果，但大修时也应更换。(3)应力腐蚀破裂.在应力和介质腐蚀的共同作用下，金属焊接管道、轴承、弹簧等会发生破裂现象。(4)间隙腐蚀。因介质浓度之差而导致缝隙泄露而长生腐蚀。(5)电化学腐蚀。密封中使用的金属因工作环境的介质而发生电化学反应，导致密封失效。(6)晶间腐蚀。碳化钨环不锈钢环座以铜焊连接，使用中不锈钢座易发生晶间腐蚀，为克服敏化的影响，不锈钢应进行固溶处理。图2所示为带波纹管的动环采用有填充剂的聚四氟乙烯，静环为陶瓷，此装置对大部分腐蚀介质都适用。

2024/5/8113图2强腐蚀介质用机械密封2024/5/81142.3高温失效当密封腔内的温度高达150℃时，机械密封可能出现一些问题：1.配对使用的密封环摩擦副发生热变形和热裂是材料发生腐蚀和磨损加快，发生失效。2.密封圈在超出须用温度时会发生高温老化、变硬、龟裂等现象是之失效。3.对与碳-石墨形式的密封环可能造成炭化从而产生泄露密封失效。4.对于有弹簧的装置可能使其高温失弹。5.运转中产生的摩擦热使局部发生温度变化，如果没有合理的冲洗冷却控制会使机密件发生失效。2.4摩擦失效摩擦副使用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压过大，当密封面进入固体颗粒杂质时使摩擦面磨损，端面间液膜难以形成和维持，造成密封失效。2024/5/81152.5压力造成失效(1)高压和压力波动造成机械密封失效密封腔内压力超过须用压力时，会时密封端面比压过大，液膜难以形成，端面磨损严重，发热量过多。还会使密封零件变形。高压条件下的机密应采取方法使端面受力合理，减少变形;加强冷却和润滑措施;使用平衡型机密和较小的载荷系数;采用多端面密封结构等。工作压力的波动会影响密封零件的弹性变形量，影响密封效果。当压力变化幅度较大时会产生很明显的泄露量。应选用WC对WC摩擦副等措施降低压力波动的影响。(2)真空状态造成失效，即形成抽空和汽蚀