機(jī)械設(shè)計(jì)制冷

主要內(nèi)容：基本概念和基本結(jié)構(gòu)機(jī)械密封材料機(jī)械密封系統(tǒng)

密封失效與對(duì)策2006-11-162制冷基本概念機(jī)械密封是一種用來(lái)解決旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)體之間密封的裝置。它是由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力（或磁力）的作用及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體的裝置。2006-11-163制冷基本結(jié)構(gòu)與作用機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)多種多樣，最常用的結(jié)構(gòu)如圖1所示：2006-11-164制冷圖12006-11-165制冷基本結(jié)構(gòu)與作用機(jī)械密封安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，筒狀密封腔內(nèi)有補(bǔ)償環(huán)1，補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈2，彈簧3，彈簧座4，緊定螺釘5，它們都隨軸一起旋轉(zhuǎn)，稱為補(bǔ)償環(huán)組件。機(jī)械密封的其他零件，非補(bǔ)償環(huán)6，非補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈7和防轉(zhuǎn)銷8，安裝在與機(jī)體

頭螺栓聯(lián)接的端蓋內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸貫穿其中，相互不接觸，且相對(duì)

，稱為非補(bǔ)償環(huán)組件。2006-11-166制冷基本結(jié)構(gòu)與作用彈簧座用緊定螺釘固定在軸上，并圈彈簧裝在彈簧座和補(bǔ)償環(huán)的臺(tái)階上，靠過(guò)盈配合（我廠還有用螺釘傳動(dòng)）帶動(dòng)補(bǔ)償環(huán)旋轉(zhuǎn)。彈簧加載使補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)相互貼合，構(gòu)成密封端面。補(bǔ)償環(huán)不與軸接觸，而是通過(guò)其輔助密封圈支承于軸上。2006-11-167制冷基本結(jié)構(gòu)與作用當(dāng)密封腔內(nèi)充滿了壓力流體時(shí)，由圖1可見，壓力流體有4個(gè)點(diǎn)。

點(diǎn)1是在補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)接觸的端面間，這個(gè)部位稱為主密封。

點(diǎn)2，

點(diǎn)3分別處于補(bǔ)償環(huán)與旋轉(zhuǎn)軸之間，非補(bǔ)償環(huán)與端蓋之間，這個(gè)部位稱為輔助密封。工作時(shí)，輔助密封圈無(wú)明顯相對(duì)運(yùn)動(dòng)，基本上屬于

密封，并且

點(diǎn)4不屬于機(jī)械密封，它處于端蓋與機(jī)體的聯(lián)接處，常用O型圈或墊片來(lái)密封。2006-11-168制冷基本結(jié)構(gòu)與作用機(jī)械密封安裝后，依靠彈簧的彈力，以克服補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈與軸之間的摩擦阻力，使補(bǔ)償環(huán)端面緊緊地貼住非補(bǔ)償環(huán)的端面。此時(shí)，有初始閉合力存在。當(dāng)主機(jī)開始工作時(shí)，密封腔充滿了壓力流體，而產(chǎn)生更強(qiáng)有力的軸向推力，使密封端面貼合更緊密。由于端面的平面度高和粗糙度小，在壓力流體的作用下，相對(duì)滑動(dòng)的端面間便出現(xiàn)了邊界摩擦或半液體摩擦狀態(tài)，足以防止壓力流體的明顯，實(shí)現(xiàn)了主密封。2006-11-169制冷基本結(jié)構(gòu)與作用圖1所示機(jī)械密封的補(bǔ)償環(huán)組件處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這是機(jī)械密封的常用型式，成為旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封。式機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和布置與旋轉(zhuǎn)式相反，它的補(bǔ)償環(huán)組件安裝在與機(jī)體上，而非補(bǔ)償組件則安裝在軸上，其作用完全與旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封相同。2006-11-1610制冷主要零件及其功能機(jī)械密封由5個(gè)部分組成：1.由補(bǔ)償環(huán)和非補(bǔ)償環(huán)構(gòu)成的密封端面，亦稱摩擦副。2.由彈性元件為主構(gòu)成的加載，補(bǔ)償和緩沖機(jī)構(gòu)。3.輔助密封。4.與旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)接，并同軸一起旋轉(zhuǎn)的傳

構(gòu)。5.防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。由于機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)不同，其零件也不盡相同，但這5個(gè)要素基本上都具備。2006-11-1611制冷主要零件及其功能1.補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)補(bǔ)償環(huán)是具有軸向補(bǔ)償能力的密封環(huán)，它可以是旋轉(zhuǎn)環(huán)（亦稱動(dòng)環(huán)），也可以是非旋轉(zhuǎn)環(huán)。非補(bǔ)償環(huán)是不具有軸向補(bǔ)償能力的密封環(huán)，同樣可以是旋轉(zhuǎn)環(huán)，也可以是非旋轉(zhuǎn)環(huán)（亦稱靜環(huán)）。兩者的端面貼合在一起構(gòu)成密封端面。它是機(jī)械密封的主要構(gòu)件，起主密封作用。在不少情況下，補(bǔ)償環(huán)用軟質(zhì)材料制造，端面較窄，非補(bǔ)償環(huán)用硬質(zhì)材料制造，端面較寬。2006-11-1612制冷主要零件及其功能2.彈性元件與彈簧座

由它們構(gòu)成了加載，補(bǔ)償和緩沖機(jī)構(gòu)，以保證機(jī)械密封在安裝后端面貼合；在磨損時(shí)及時(shí)補(bǔ)償；在受振

動(dòng)，竄動(dòng)起緩沖作用。1彈性元件

指彈簧或波紋管之類具有彈性的元件。由彈性元件產(chǎn)生的彈力的大小必須足以克服補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈在軸上滑動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。彈簧可以是單個(gè)圓柱螺旋彈簧，圓錐螺旋彈簧，亦可以是多個(gè)周向布置的圓柱螺旋彈簧，或成對(duì)的片狀波形彈簧，疊形彈簧。2彈簧座

用于彈簧軸向和徑向定位的零件，通常還兼?zhèn)鋫鬟f轉(zhuǎn)矩或克服轉(zhuǎn)矩的功能。2006-11-1613制冷3.輔助密封圈

起輔助密封作用，分補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈和非補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈。1補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈

按其截面形狀O形圈（我廠II,III型壓縮機(jī)軸封上常見），V形圈（我廠I型壓縮機(jī)軸封上常見）。2非補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈

在旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封中用以密封非補(bǔ)償環(huán)與端蓋之間的

。主要零件及其功能2006-11-1614制冷主要零件及其功能傳

構(gòu)

起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。在旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封中，多彈簧結(jié)構(gòu)常用凸圓凹坑，柱銷等方式傳動(dòng)，傳

構(gòu)多布置在彈簧座和補(bǔ)償環(huán)上。防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

起克服轉(zhuǎn)矩作用，其結(jié)構(gòu)型式與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)相反。2006-11-1615制冷摩擦副組隊(duì)材料一.硬質(zhì)合金高硬度，耐磨損，耐高溫，線膨脹系數(shù)小，摩擦系數(shù)低和組對(duì)性能好。主要化學(xué)成分密度硬度抗彎強(qiáng)度線脹系數(shù)合金類別牌號(hào)WCCoNiCrg/cm2HRAN/mm2X10-6/oCWC-CoYG694614.6—1589.514215WC-CoYG892814.5—14.98914705.12006-11-1616制冷摩擦副組隊(duì)材料碳石墨碳石墨具有下列特性：（1）具有良好的自潤(rùn)滑性和低的摩擦系數(shù)。（2）耐腐蝕性能良好。（3）良好的耐溫性。（4）導(dǎo)熱性好且具有低的線脹系數(shù)。（5）組對(duì)性能好。（6）易于加工。石墨材料大致有以下幾類：燒墨，樹脂結(jié)合石墨，熱解石墨填充聚四氟乙烯聚四氟乙烯乙烯幾乎對(duì)一切已知的化學(xué)品均無(wú)反應(yīng)，具有很低的摩擦系數(shù)（僅0.04），不年滯，不吸附，并有極好的抗老化學(xué)性能。2006-11-1617制冷輔助密封圈材料機(jī)械密封用輔助密封圈要求具備以下性能：1良好的彈性，硬度合適且壓縮

變形小。2好。3耐高，低溫的老化性能與介質(zhì)相容，不易產(chǎn)生溶脹，分解，硬化。4較小的摩擦系數(shù)，耐磨耗和有一定的抗

強(qiáng)度。不同橡膠耐氟利昂性能比較名稱丁腈橡膠橡膠增重（%）76.312.4注：實(shí)驗(yàn)條件

R22;冷凍機(jī)油=70:30,壓力0.7MPa,時(shí)間72h2006-11-1618制冷橡膠的特性及適應(yīng)性用途安全使用溫度（oC）不適應(yīng)的介質(zhì)名稱一般特性補(bǔ)償環(huán)用非補(bǔ)償環(huán)用丁腈橡膠耐油性好，具有耐磨性，抗性，壓縮變形小，耐寒性差石油基油類，硅油，雙酯基潤(rùn)滑油，黃

油，動(dòng)植物油，乙二醇，二硫化碳，四氟化

碳，烯，水等。-20～+80-30～+100硝基化合物，磷酸酯類工作油，酮

類，乙醇，臭

氧，苯，甲酚，乙苯，苯乙烯，醚等。橡膠具有優(yōu)異的耐油性，耐臭

氧，耐氣透等綜合性

能，耐輻射性能差氟利昂，石油基油類-20～+120-30～+130強(qiáng)酸，甲醇，乙醇，氨，四氯化碳，二硫化碳，乙

烷，乙醚2006-11-1619制冷彈簧元件材料彈簧機(jī)械密封用彈簧大都用不銹鋼制造，主要有馬氏體淬火-回火型，奧氏體加工硬化型及沉淀硬化型等。2006-11-1620制冷彈簧元件材料金屬波紋管一般的沉淀硬化不銹鋼AM-350，INCONEL-X-750和鈦合金，Hasterlloy

C-276。2006-11-1621制冷其它結(jié)構(gòu)件材料機(jī)械密封中的其他結(jié)構(gòu)件用材料，除應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度要求外，還要求耐腐蝕。即使在無(wú)腐蝕性的介質(zhì)中，通常也不用碳素鋼，因?yàn)槊芊馐禽^精密的元件，它在儲(chǔ)運(yùn)中易銹蝕。一般情況下用2Cr13;1Cr-18Ni9Ti;0Cr18Ni12Mo2Ti;00Cr17Ni14Mo2;2006-11-1622制冷機(jī)械密封系統(tǒng)在使用場(chǎng)合中，機(jī)械密封是由兩部分組成的，即機(jī)械密封本身和機(jī)械密封循環(huán)系統(tǒng)。密封系統(tǒng)的功能在于采用沖洗，循環(huán)，熱對(duì)流等工作方式，控制機(jī)械密封的工況參數(shù)，即溫度，壓力，潤(rùn)滑，腐蝕，結(jié)晶，結(jié)垢等，以及防止介質(zhì)正常泄露對(duì)環(huán)境的污染。2006-11-1623制冷密封系統(tǒng)的器件密封系統(tǒng)的主要器件有：儲(chǔ)罐，換熱器，過(guò)濾器，管道，管件，以及控制儀表等。2006-11-1624制冷2006-11-1625制冷密封系統(tǒng)的基本流程密封系統(tǒng)的流程主要是按循環(huán)的方式和密封流體的種類分類。這里介紹下我廠25III型壓縮機(jī)采用的介質(zhì)沖洗系統(tǒng)。25III型壓縮機(jī)采用的是正向旁通式?jīng)_洗流程，即將介質(zhì)從壓縮機(jī)的出口引出，經(jīng)旁通管，通過(guò)油分離器，油冷卻器，過(guò)濾器，再進(jìn)入密封腔。依靠壓縮機(jī)出口（1.4MPa）與密封腔(1.2MPa)的壓差，維持介質(zhì)的正向流動(dòng)，達(dá)到?jīng)_洗的目的。2006-11-1626制冷密封失效分析與對(duì)策點(diǎn)1）；點(diǎn)2）的幾個(gè)方面：摩擦副端面之間（補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈處（非補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈處（機(jī)體與壓蓋結(jié)合端面間（點(diǎn)3）點(diǎn)4）碳石墨環(huán)有滲漏孔隙以及從鑲嵌件配合面處都可能成為通道。2006-11-1627制冷2006-11-1628制冷摩擦副端面之間端面不平 端面平面度，粗糙度未達(dá)到要求，或在使用前受到了損傷，因而產(chǎn)生 。這時(shí)應(yīng)重新研磨拋光或更換密封環(huán)。端面間存在異物

污物未被清除，裝配時(shí)未 。此時(shí)需清除端面污物重新裝配。安裝尺寸未達(dá)到圖紙工作尺寸的要求，重新調(diào)整安裝尺寸。非補(bǔ)償環(huán)安裝傾斜 若為壓蓋安裝偏斜應(yīng)重新安裝。同時(shí)檢查密封環(huán)端面與壓蓋端面各點(diǎn)的距離是否一致，防轉(zhuǎn)銷是否進(jìn)入密封環(huán)的凹槽中，防轉(zhuǎn)銷是否頂?shù)桨疾鄣撞??？傃b時(shí)壓蓋螺釘要均勻鎖緊。2006-11-1629制冷摩擦副端面之間5.橡膠O形圈在介質(zhì)中溶脹，體積增大，碳環(huán)受力而使端面變形。對(duì)此，應(yīng)更換O形圈。6.壓蓋內(nèi)夾雜金屬碎片或污垢，局部受載。對(duì)此，須清除碎片， 壓蓋。7.端面分離，彈簧阻塞。端面接觸壓力不足，這是因?yàn)檩S與密封圈之間摩擦阻力過(guò)大使閉合力減小。阻力增加可能是因?yàn)镺形圈漲大引起，軸可能因?yàn)辄c(diǎn)腐蝕而失去光滑表面，從而增加了摩擦力。必須注意溫升，軸必須具有合適的粗糙度。2006-11-1630制冷補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈處密封圈質(zhì)量不合格。密封圈安裝時(shí)受到損傷。軸表面有缺陷或有腐蝕。密封圈的材質(zhì)與介質(zhì)不相容。軸的尺寸公差，粗糙度未達(dá)到要求。2006-11-1631制冷非補(bǔ)償環(huán)密封圈處的安裝錯(cuò)誤。密封圈質(zhì)量不良。更換密封圈。密封圈的材質(zhì)與介質(zhì)不相容，更換正確材質(zhì)的密封圈。2006-11-1632制冷機(jī)體與壓蓋結(jié)合面之間的1）機(jī)體與壓蓋配合端面有缺陷，如凹坑，刻痕等。需整修，作為應(yīng)急措施，可涂布液態(tài)密封膠。2006-11-1633制冷密封件本身具有滲透性碳制品 的微孔容易形成 通道，密封環(huán)的石墨環(huán)也可能破壞造成

。2006-11-1634制冷密封失效典型實(shí)例分析1.端面不平平面度誤差超差，局部平面度超差。2006-11-1635制冷密封失效典型實(shí)例分析2.粘著磨損由于密封過(guò)熱過(guò)載，從而使軟質(zhì)材料碎片移附到硬質(zhì)材料表面，成團(tuán)的微粒十分頻繁地形成，然后又崩落，因而產(chǎn)生磨損。2006-11-1636制冷密封失效典型實(shí)例分析3.熱變形密封面上有對(duì)稱不連續(xù)的亮帶，這是由于熱變形引起的。這種情況主要是由于不規(guī)則的冷卻，引起密封面的熱應(yīng)力變形。2006-11-1637制冷密封失效典型實(shí)例分析4.熱裂紋密封面上產(chǎn)生的細(xì)裂紋有三種：a)徑向裂紋；

b)徑向裂紋帶有水泡或疤痕；c)表面龜裂。產(chǎn)生熱烈最普遍的原因是：缺乏適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和冷卻措施，密封面液膜汽化蒸發(fā)，pv值高等。2006-11-1638制冷密封失效典型實(shí)例分析5.端面偏斜表征為密封面磨損不均勻，造成密封面中凸或中凹，在介質(zhì)變壓力工況下，表現(xiàn)為密封性能不穩(wěn)

定；能使密封面摩擦轉(zhuǎn)矩增大，并產(chǎn)生大量的磨擦熱。2006-11-1639制冷密封失效典型實(shí)例分析6.沖刷磨損在碳石墨環(huán)上，最容易產(chǎn)生沖刷磨損。沖洗液過(guò)高的沖洗速度或沖洗孔的位置不當(dāng)，以及含有磨料顆粒的介質(zhì)都可能使密封件受到?jīng)_刷磨損。2006-11-1640制冷密封失效典型實(shí)例分析7.磨粒磨損通常是由于嵌入軟環(huán)內(nèi)或附夾在端面間的顆粒所引起的。磨損往往出現(xiàn)在硬環(huán)端面上，呈圓周溝槽且同心分布。2006-11-1641制冷密封失效典型實(shí)例分析流體的浸蝕和氣蝕 密封環(huán)的內(nèi)外表面，背端面出現(xiàn)凹坑麻點(diǎn)，這是因高速流體長(zhǎng)期沖擊的結(jié)果。微動(dòng)磨損與電隅腐蝕 微動(dòng)磨損與電隅腐蝕是機(jī)械密封中常見的現(xiàn)象，多出現(xiàn)在補(bǔ)償環(huán)密封圈與之對(duì)隅的軸表面。其表面呈現(xiàn)麻點(diǎn)或溝槽，成為使密封端面不能很好貼合，因而產(chǎn)生通道，或者。10.橡膠O形圈的擠出損壞 由于壓力作用及介質(zhì)的浸蝕，使O形橡膠圈變軟，而擠入小間隙中，又由于應(yīng)力集中使密封圈出現(xiàn)斷裂或