離心泵機械密封技術知識

1、機械密封技術知識機械密封技術知識 機械密封是流體機械和動力機械中不可缺少的零部件。它對整臺機器設備、整套裝置、甚至對整個工廠的安全生產(chǎn)影響都很大，特別是在石油化工企業(yè)中，對保證設備運轉可靠、裝置連續(xù)生產(chǎn)具有重大的意義。 近幾十年來，機械密封技術有了很大的發(fā)展。由于機械端面密封有著工作可靠、泄漏量少、使用壽命長、適用范圍廣優(yōu)點，故在工業(yè)中獲得了廣泛的應用，尤其在石油化工機泵中應用最廣。機械密封的發(fā)展史機械密封的發(fā)展史機械密封的發(fā)展史機械密封的發(fā)展史 隨著密封技術的不斷發(fā)展，對密封的要求也越來越高，因此在密封的結構上發(fā)生了一系列變化，從當初的大彈簧、?。ǘ啵椈蓹C封，到目前的焊接金屬波紋管機封；從

2、非集裝式到集裝式；從單端面到雙（多）端密封；從接觸式密封到非接觸式密封；并開始使用密封面開深槽的熱流體動力楔密封和熱流體動壓墊密封等。機械密封的發(fā)展史機械密封的發(fā)展史 新技術、新概念、新產(chǎn)品、新材料、新工藝和新標準不斷涌現(xiàn)；高參數(shù)（如高壓、高速、高溫、大直徑）、高性能（如干運轉、零泄漏、無油潤滑、漿液）和高水平（如高PV值、大型剖分式、監(jiān)控）的密封產(chǎn)品大量研制；隨著安全和環(huán)境保護要求的日益提高，過去只注意眼睛可視的“泄漏”，不注意眼睛看不見的易揮發(fā)物的“逸出”；為了延長工藝裝置的檢修周期和操作周期，要求機械密封的工作壽命由1年延長到2年甚至更長。 密封的失效分析，是機封技術發(fā)展的又一個重要環(huán)節(jié)

3、，它可以幫助我們改進機封結構和改變密封參數(shù)等，促使機封技術的進一步完善。 機械密封的發(fā)展史機械密封的發(fā)展史 總之，機封的發(fā)展，一是為了適應和解決實際問題的需要，對機封的要求不斷提高；二是新技術的不斷創(chuàng)新和應用促使了機封技術的不斷進步。 機械密封的發(fā)展史機械密封的發(fā)展史機械密封的目前水平機械密封的目前水平 單級壓力：10-3Pa35Mpa； 使用溫度：最高達1000；最低可達低溫深冷； 機器轉速：50000rpm； PV值：達1000Mpam/s。 機械密封的基本原理機械密封概述機械密封概述: :定義定義: :機械密封機械密封( (端面密封端面密封)-)-由至少一對垂直于軸線的端面在流體壓力和補

4、賞機構由至少一對垂直于軸線的端面在流體壓力和補賞機構 彈力彈力( (或磁力或磁力) )的作用下以及輔助密封的配合下的作用下以及輔助密封的配合下, ,保持貼合并相對滑動而構成保持貼合并相對滑動而構成 防止流體泄漏的裝置防止流體泄漏的裝置. . 機封的組成機封的組成: :動環(huán)和靜環(huán)組成的密封端面動環(huán)和靜環(huán)組成的密封端面摩擦副摩擦副彈性元件彈性元件綬沖補償機構（有彈簧、波紋管等）綬沖補償機構（有彈簧、波紋管等） 輔助密封圈輔助密封圈動、靜環(huán)密封圈等動、靜環(huán)密封圈等傳動機構傳動機構彈簧盒、緊固螺釘、傳動座等彈簧盒、緊固螺釘、傳動座等 基本密封點基本密封點: :端面主密封點端面主密封點靜環(huán)與壓蓋輔助密封

5、點靜環(huán)與壓蓋輔助密封點動環(huán)與軸動環(huán)與軸( (軸套軸套) )輔助密封點輔助密封點壓蓋與泵體連接密封點壓蓋與泵體連接密封點此外為了保證和提高機械密封的密封效果延長使用壽命此外為了保證和提高機械密封的密封效果延長使用壽命, ,采取不同端面采取不同端面的組合，增加如沖洗的組合，增加如沖洗, ,節(jié)流冷卻節(jié)流冷卻, ,阻封和雜質過濾等輔助系統(tǒng)阻封和雜質過濾等輔助系統(tǒng). .摩擦副彈性元件傳動機構動、靜環(huán)密封圈靜環(huán)組件靜環(huán)組件動環(huán)組件動環(huán)組件輔助密封密封面、傳動座 和彈簧密封面要求很平（3個光圈以下）密封面之間要形成液膜（3微米）密封的泄漏液膜作用：將密封面分開潤滑滑動面減少摩擦和熱量阻止介質向大氣泄漏0.2

6、94 m一、按補償機構彈性元件的運動狀況分：一、按補償機構彈性元件的運動狀況分： 旋轉式和靜止式旋轉式和靜止式二、按靜環(huán)的安裝位置分：二、按靜環(huán)的安裝位置分： 內(nèi)裝式和外裝式內(nèi)裝式和外裝式三、按補償機構彈簧的數(shù)量分：三、按補償機構彈簧的數(shù)量分： 多多( (小小) )彈簧和單彈簧和單( (大大) )彈簧彈簧四、根據(jù)密封面上介質載荷的作用情況：四、根據(jù)密封面上介質載荷的作用情況： 平衡型和非平衡型平衡型和非平衡型五、按流體的泄漏方向：五、按流體的泄漏方向： 內(nèi)流型和外流型內(nèi)流型和外流型六、按密封端面的接觸形式：六、按密封端面的接觸形式： 接觸常規(guī)密封接觸常規(guī)密封, ,非接觸密封非接觸密封, ,全接

7、觸干運轉密封全接觸干運轉密封七、按補償結構型式：七、按補償結構型式： 彈簧型和波紋管型彈簧型和波紋管型八、按密封端面的數(shù)量：八、按密封端面的數(shù)量： 單端面、雙端面和多端面單端面、雙端面和多端面機械密封分類機械密封分類: :API 682 API 682 （2 2）分類分類按機械密封結構分類：按機械密封結構分類：A A類密封；內(nèi)側密封為平衡型推進式多彈簧旋轉補償，二次類密封；內(nèi)側密封為平衡型推進式多彈簧旋轉補償，二次“O O”型型, ,盒式密封盒式密封B B類密封；內(nèi)側密封為平衡型非推進式波紋管旋轉補償，二次類密封；內(nèi)側密封為平衡型非推進式波紋管旋轉補償，二次“O O”型，盒式密型，盒式密封封C

8、 C類密封；內(nèi)側密封為平衡型非推進式波紋管旋轉補償，二次柔性石墨型，盒類密封；內(nèi)側密封為平衡型非推進式波紋管旋轉補償，二次柔性石墨型，盒式密封式密封機械密封第三位代碼原機械密封第三位代碼原API 610API 610引用引用“P P”“T T”“A A”表示壓蓋結構形式，表示壓蓋結構形式，現(xiàn)規(guī)定分別用現(xiàn)規(guī)定分別用“A A”，“B B”，“C C”代表上述三類密封代表上述三類密封1軸通過傳動座和推環(huán)，帶動動環(huán)旋轉，靜環(huán)固定不動，在彈簧力和被密封介質壓力的作用下，使動環(huán)和靜環(huán)的密封端面緊密貼合，防止被密封介質從動環(huán)與靜環(huán)的密封端面之間泄漏；當摩擦副表面磨損后，在彈簧力的推動下實現(xiàn)自動補償。 機械密

9、封的工作原理機械密封的工作原理2密封圈在推環(huán)和介質壓力的作用下，起到動環(huán)與軸套之間的密封作用，防止被密封介質從動環(huán)與軸套之間的泄漏；靜環(huán)密封圈安裝在密封壓蓋中，防止被密封介質從靜環(huán)與壓蓋之間的泄漏；壓蓋與泵體之間采用墊片（金屬纏繞墊、高強墊等）或形圈密封；軸套與軸之間也采用墊片或形圈密封，這樣就達到了密封作用。 幾種常用密封概況幾種常用密封概況 1. GX型：內(nèi)裝、單端面，單彈簧、接觸式非 平衡型機械密封； 密封介質：清水、油類及其它弱腐蝕性液體 密封壓力：00.8Mpa 密封腔溫度：-2080 轉速：n3000rpm 密封型號有：GX-35、GX-40GX-90幾種常用密封概況幾種常用密封概

10、況 2. GY型：內(nèi)裝、單端面，單彈簧、接觸式平衡型機械密封； 密封介質：清水、油類及其它弱腐蝕性液體 密封壓力：0.63.0Mpa 密封腔溫度：-2080 轉速：n3000rpm 密封型號有：GY-35、GY-40GY-90幾種常用密封概況幾種常用密封概況 3. U(UK)型: 內(nèi)裝、單端面，單彈簧、接觸式平衡型機械密封；密封介質：油、水及其它石油化工介質。密封壓力:Pmax6.9Mpa。密封溫度：水066 其它介質40160。轉速：n3000rpm。密封型號有：U-1750、U2125、U-2500、UK-2875、UK-3250、UK-3375、UK-3625。 幾種常用密封概況幾種常用

11、密封概況 4金屬波紋管機封：平衡型機械密封；密封壓力:Pmax7Mpa 密封溫度：-240650。 5小彈簧機封：平衡型或非平衡型機封。密封型號有：119B、59B、1523、109B、59U、108U、106U、C8等。 機械密封端面組合形式機械密封端面組合形式考慮到介質復雜情況，環(huán)保要求，自動監(jiān)控，安考慮到介質復雜情況，環(huán)保要求，自動監(jiān)控，安全性等要求，機械密封組合成不同形式用以滿足全性等要求，機械密封組合成不同形式用以滿足上述要求：上述要求：機械密封端面組合形式：機械密封端面組合形式：一、單端面機械密封一、單端面機械密封二、雙端面機械密封二、雙端面機械密封1.1.背對背式背對背式 2.

12、2.面對面式面對面式 3.3.串聯(lián)式串聯(lián)式 三、多端面機械密封三、多端面機械密封輔助密封：輔助密封：喉部節(jié)流密封喉部節(jié)流密封二次節(jié)流密封二次節(jié)流密封1.大彈簧單端面機械密封大彈簧單端面機械密封密封的基本結構動環(huán)密封圈彈簧座軸封軸套彈簧靜環(huán)傳動環(huán)壓蓋螺栓冷卻水孔靜環(huán)密封圈節(jié)流環(huán)泵軸定位螺釘壓蓋靜環(huán)防轉銷動環(huán)沖洗孔2.波紋管靜止型單端面機械密封波紋管靜止型單端面機械密封密封的基本結構34567891011121314161.動環(huán)2.波紋管組件 3.壓蓋 4.傳動環(huán)5.傳動螺釘 6.軸封 7.限位塊 8.水套10.軸套12.定位環(huán) 13.節(jié)流環(huán) 14.15.內(nèi)六角螺栓16.六角螺栓21153.3.波

13、紋管旋轉型單端面機械密封波紋管旋轉型單端面機械密封密封的基本結構12345678910121311151.動環(huán)(波紋管組件)2.靜環(huán)3.壓蓋4.傳動環(huán) 5.傳動螺釘6.軸封 7.限位塊 8.靜環(huán)密封圈9.軸套 10.動環(huán)密封圈 11.六角螺栓 12.定位環(huán) 13.節(jié)流環(huán) 14.封油環(huán)15.內(nèi)六角螺栓144.波紋管波紋管(旋轉型旋轉型)串聯(lián)機械密封串聯(lián)機械密封密封的基本結構5.波紋管波紋管(靜止型靜止型)串聯(lián)機械密封串聯(lián)機械密封密封的基本結構密封的基本結構機械密封機械密封 封油罐封油罐潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)軸承密封軸承密封聯(lián)軸節(jié)聯(lián)軸節(jié)封油出封油入機械密封輔助系統(tǒng)機械密封輔助系統(tǒng)機械密封輔助系統(tǒng)應用機械

14、密封輔助系統(tǒng)應用基本系統(tǒng)基本系統(tǒng)-為保證機械密封正常使用為保證機械密封正常使用,選用正確的密封輔助系統(tǒng)選用正確的密封輔助系統(tǒng), 增加如沖洗增加如沖洗,循環(huán)循環(huán),抗溫抗溫,抗壓抗壓,排渣排渣,節(jié)流節(jié)流,潤滑潤滑,防結晶防結晶, 防介質泄漏等功能防介質泄漏等功能,改善機械密封的工作環(huán)境改善機械密封的工作環(huán)境,從而保從而保 證機械密封的正常運行證機械密封的正常運行.基本系統(tǒng)功能基本系統(tǒng)功能:控制泄漏控制泄漏 控制壓力控制壓力控制磨蝕控制磨蝕 控制腐蝕控制腐蝕防污染防污染 防泄漏防泄漏基本系統(tǒng)分類基本系統(tǒng)分類: API 610 PLAN 系統(tǒng)系統(tǒng)介質沖洗介質沖洗 API 610 PLAN 01,11,

15、 12,13,14，21,22,23,31,41外流體沖洗外流體沖洗 API 610 PLAN 32,51，（，（61）62緩沖液（氣）循環(huán)系統(tǒng)緩沖液（氣）循環(huán)系統(tǒng) API 610 PLAN 52，72隔離液（氣）循環(huán)系統(tǒng)隔離液（氣）循環(huán)系統(tǒng) API 610 PLAN 53A,53B,53C,54，74收集與排放系統(tǒng)收集與排放系統(tǒng) API PLAN （71），），75，76方案方案52注意點：注意點：外部儲罐為不加壓雙密封的外側外部儲罐為不加壓雙密封的外側密封提供緩沖流體；密封提供緩沖流體； n在正常工作時，內(nèi)泵送環(huán)保持在正常工作時，內(nèi)泵送環(huán)保持循環(huán)；循環(huán)； n 儲罐通常連續(xù)地向蒸汽回收裝儲罐

16、通常連續(xù)地向蒸汽回收裝置中排氣，并保持壓力低于密置中排氣，并保持壓力低于密封腔內(nèi)的壓力封腔內(nèi)的壓力壓力表壓力表液位計液位計球閥球閥節(jié)流孔板節(jié)流孔板放空放空液位開關液位開關 ( (高高) )液位開關液位開關 ( (低低) )壓力開關壓力開關(一般置長開位置一般置長開位置) )放空閥放空閥泵效環(huán)產(chǎn)生封液循泵效環(huán)產(chǎn)生封液循環(huán)力環(huán)力 外側保護密封外側保護密封 1.幾何參數(shù)：動環(huán)內(nèi)外徑（d1、d2），靜環(huán)內(nèi)外徑（D1、D2），平衡直徑d0，波紋管有效直徑de； 2.力學參數(shù)：彈簧比壓Pt，載荷系數(shù)K，平衡系數(shù)，膜壓系數(shù)，端面比壓Pb，沸騰半徑rb等。 機封的有關參數(shù)機封的有關參數(shù)機封的力學參數(shù)機封的力學

17、參數(shù) （1）彈簧比壓：密封端面單位面積上所受的彈性力。 Pt=Ft/A 彈簧比壓推薦值Pt= 0.10.2Mpa。（2）載荷系數(shù)：動環(huán)的軸向受力面積Ae與端面貼面積A之比，它是用來衡量動環(huán)受軸向力的作用，壓緊靜環(huán)接觸面上的壓緊程度。 機封的力學參數(shù)機封的力學參數(shù) 載荷系數(shù)K：（3 3）平衡系數(shù)：）平衡系數(shù)：=1-K=1-K 212220222122202244DDdDDDdDAAKe（4 4）端面比壓：密封端面單位面積上所）端面比壓：密封端面單位面積上所受的合力。受的合力。 F=Ft+Fp-Fm P F=Ft+Fp-Fm Pb b=F/A=P=F/A=Pt t+P+P1 1（K-K-）端面比壓

18、推薦值：端面比壓推薦值： 一般介質一般介質0.30.30.60.6Mpa Mpa 低粘度介質低粘度介質0.20.20.40.4Mpa Mpa 高粘度介質高粘度介質0.40.40.7 0.7 Mpa Mpa 機封受力分析：機封受力分析：F F合合= =Ft+Fp-FmFt+Fp-FmR R Fp=pFp=p1 1A A Fm=pFm=pm mA=A=p p1 1A A R R為摩擦阻力，為摩擦阻力，實踐證明很小，實踐證明很小，可以忽略可以忽略。 密封動環(huán)受力圖FtFpFmP1RP1密封腔內(nèi)介質壓力Fp介質壓力引起的閉合力Fm液膜壓力產(chǎn)生的開啟力 （5 5）膜壓系數(shù)膜壓系數(shù): : P Pf f沸騰

19、半徑沸騰半徑中的汽化壓力中的汽化壓力 r rb b沸騰半徑沸騰半徑r r1 1、r r2 2密封密封端面內(nèi)、外半端面內(nèi)、外半徑。徑。 的選取的選取( (經(jīng)驗值經(jīng)驗值) )：高粘度介質（重油如渣油）高粘度介質（重油如渣油）=0.3=0.30.40.4中等粘度（如柴油、煤油、水）中等粘度（如柴油、煤油、水）0.50.5低粘度（如輕烴）低粘度（如輕烴）=0.65=0.650.750.7512211)6121(32rrrrPPPPbff rb Pb rb Pb 熱量熱量 破壞了機封的熱破壞了機封的熱平衡，溫度平衡，溫度 密封面破壞；密封面破壞；rb Pb rb Pb 密封面開啟，破壞了機封密封面開啟，

20、破壞了機封的力平衡，工作不穩(wěn)定，密封泄漏。的力平衡，工作不穩(wěn)定，密封泄漏。力平衡是密封運行的基礎，熱平衡是密封力平衡是密封運行的基礎，熱平衡是密封能長周期運行的必要條件，兩者相互依存，能長周期運行的必要條件，兩者相互依存，缺一不可。特別對于輕烴泵的密封，更要缺一不可。特別對于輕烴泵的密封，更要同時做好力平衡和熱平衡，這一點非常關同時做好力平衡和熱平衡，這一點非常關鍵。鍵。機械密封長周期運行的條件機械密封長周期運行的條件金屬波紋管機械密封 金屬波紋管機封工作原理金屬波紋管機封工作原理 波紋管機封特點波紋管機封特點 波紋管機封的制造波紋管機封的制造 波紋管機封結構形式波紋管機封結構形式金屬波紋管機

21、封工作原理金屬波紋管機封工作原理 波紋管密封的波紋管是利用微束等離子焊接制成的一種全封閉結構，由于波片本身波形的存在及焊接后波距的存在，使之在軸向被壓縮一定位移后，產(chǎn)生彈性力，致使動靜環(huán)表面始終處于貼合狀態(tài)并形成一定的比壓，在動靜環(huán)表面磨損后始終處于彈力補償狀態(tài)。 波紋管機封特點 1.具有優(yōu)越的追隨性：由于波紋管密封本身為全封閉結構，在結構上消除了普通彈簧機封中所必備的動環(huán)與軸套（或軸）的動環(huán)密封圈，使波紋管身的彈率充分被利用來形成比壓，顯示出優(yōu)越的追隨性。 2.耐高溫性：由于波紋管機封取消了普通機械密封中的動環(huán)密封圈，所以不再受被密封介質狀況及溫度對動環(huán)密封圈的影響，適用的介質及溫度被大大擴

22、大(-250400)。 波紋管機封特點 3.平衡性：波紋管密封和普通機封相比，不需要在軸套上加工出臺階，本身就可以建立平衡直徑，處于平衡狀態(tài)，波紋管密封在應用中一般均為平衡型。 4.泄漏點少：由于波紋管密封動靜環(huán)密封點均為金屬（或非金屬）墊片，用靜密封取代了動密封，發(fā)生泄漏的概率大為降低，這樣波紋管密封的泄漏實質上只有摩擦副端面這個密封點，無疑泄漏的機率大大減少。而普通機械密封的泄漏渠道主要有動靜環(huán)密封圈及摩擦副端面，在這三個泄漏渠道中，因動靜環(huán)輔助密封圈失效造成密封泄漏占總泄漏的40%。 波紋管機封特點 5.抗振性和高速性：波紋管密封取消了動環(huán)密封圈，大大減少了由于泵振動或軸振動造成的通過動

23、環(huán)密封圈傳遞而引起的動環(huán)的振動，使動環(huán)免受大的影響，通常也稱波紋管的浮動性。因此，適用的線速度被大大的提高，其線速度可達100m/s。 波紋管機封特點 6.可降低彈簧比壓：在通常普通機械密封的使用過程中，彈簧比壓一般都設計在0.152.5Mpa(對于中速密封而言)，而波紋管密封的彈簧比壓可設計為遠小于此數(shù)值，在實際使用過程中，彈簧比壓一般設計為0.050.15Mpa之間，波紋管密封為靜止結構時，彈簧比壓可進一步減小。因此，由彈簧比壓產(chǎn)生的摩擦熱減小，降低了端面溫度，從而減小了摩擦副端面的磨損量，即減少了機械功耗，提高了密封性能及延長密封的使用壽命。 波紋管機封的制造波紋管機封的制造 金屬波片焊接成的波紋管波紋管組件（動、靜環(huán)）波片焊接角度機械密封的安裝與使用機械密封的安裝與使用1、目測：檢查動、靜環(huán)密封端面是否有銹蝕、凹坑、缺角、裂紋等缺陷；2、平面度檢查：在光學平晶下檢查密封端面的平直度，壓力較低、粘度較高的介質平面度0.0009mm(三個光圈以下)；壓力較高、粘度低的介質（特別是輕烴）平面度0.0003mm(一個光圈以下)；3、機封組裝：按要求進行，要保證組裝好的機封能滑動靈活，壓縮量適當，靜壓試驗不漏；4、對于要求高、安裝較難的機封，進行動態(tài)模擬試驗，以提高機封安裝的一次成功率。摩擦副端面檢測：摩擦副端面檢測：利用光波的干涉利用光波的干涉 效應測量效應測量工具：