機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)

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1、中國(guó)石油 第二章機(jī)械密封原理與結(jié)構(gòu)形式 ? 一、基本概念 (1) 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)軸錢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下并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成防 止流體泄漏的裝置，常用于泵、壓縮機(jī).反應(yīng)攪拌釜等旋轉(zhuǎn)式流體機(jī) 械，也用于齒輪箱.船舶尾軸等密封。因此，機(jī)械密封是一種通用的 軸封裝置。 (2) 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)多種多樣，最

2、常用的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)是端面密封。 見圖2-1。端面密封的靜環(huán).動(dòng)環(huán)組成一對(duì)摩擦副，摩擦副的作用是 防止介質(zhì)泄漏。它要求靜環(huán).動(dòng)環(huán)，具有良好的耐磨性，動(dòng)環(huán)可以在 軸向靈活地移動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)償密封面磨損，使之與靜環(huán)良好地貼合；靜 環(huán)具有浮動(dòng)性，起緩沖作用。為此，密封面要求有良好的加工質(zhì)量， 保證密封副有良好的貼合性能。構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有靜環(huán)、動(dòng) 環(huán).壓蓋.推環(huán).彈簧.定位環(huán).軸套.動(dòng)環(huán)密封圈.靜環(huán)密封圈軸 套密封圈等。 (3) 彈性元件(彈簧.波紋管)它主要起預(yù)緊.補(bǔ)償和緩沖的 作用，要求始終保持足夠的彈性來(lái)克服輔助密封和傳動(dòng)件的摩擦和動(dòng) 環(huán)等的慣性，保證端面密封副良好的貼合和動(dòng)環(huán)的追隨性，

3、材料要求 耐腐蝕.耐疲勞。 (4) 輔助密封(0形圈.V形圈.U形圈.楔形圈和異形圈等) 它主要起靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的密封作用，同時(shí)也起到浮動(dòng)和緩沖作用。要求 靜環(huán)的密封元件能保證靜環(huán)與壓蓋之間的密封性，靜環(huán)有一定的浮動(dòng) 性，動(dòng)環(huán)的密封元件能保證動(dòng)環(huán)與軸或軸套之間的密封性和動(dòng)環(huán)的浮 動(dòng)性。材料要求耐熱等。 CH 圖2?1單端面機(jī)械密封 構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有;1靜環(huán)、2動(dòng)環(huán)、3壓蓋、4推環(huán)5彈簧6定位 環(huán)、7軸套、8動(dòng)環(huán)密封 、9靜環(huán)密封徉  二、機(jī)械密封的泄漏通道點(diǎn)如下: QW三、機(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)， ? (1)結(jié)構(gòu)可靠，泄漏量可以限制到很少，只要主密封面的表面粗

4、糙 度和平直度能保證達(dá)到要求，只要材料耐磨性好，機(jī)械密封可以達(dá)到 很少泄漏量，甚至肉眼看不見泄漏。 (2)壽命長(zhǎng)。在機(jī)械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面，因 為密封端面的磨損量在正常工作條件下不大，一般可以連續(xù)使用1~2 年，特殊場(chǎng)合下也有用到5-10年。 ? (3)運(yùn)轉(zhuǎn)中無(wú)需調(diào)整。由于機(jī)械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副 貼合，在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)保持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調(diào) 整壓緊。 ? (4)具有耐耐振性。在轉(zhuǎn)速為3000r/min下最大振幅不超過0.05mm 使用PV值不斷提高 ? (5)功率損失小。填料密封是靠盤根的壓緊在軸上或軸套上起作用 的。填料密封與軸直接

5、摩擦，填料壓的越緊摩擦力就越大、消耗功率 也就越大。而機(jī)械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)非常的 小，機(jī)械密封的功率損失是填料密封的10-50% ? (6)波紋管密封軸或軸套不受磨損，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對(duì)殼體的 偏斜不敏感。 ? (7)適用范圍廣。當(dāng)介質(zhì)易燃、易爆、有毒有害時(shí)，采用機(jī)械密封 可保證密封。它還適用于高溫、低溫、高壓、真空各種轉(zhuǎn)速的及腐蝕 介質(zhì)的設(shè)備密封。 ? 2、缺點(diǎn) ? (1)如結(jié)構(gòu)比填料密封復(fù)雜，加工精度要求高，并要求一定的安裝 技術(shù)等，特別是干氣密封的安裝要求更高。而且密封技術(shù)發(fā)展的很快， 新技術(shù)不斷出現(xiàn)給我們維修帶來(lái)了新的課題。 ? (2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜.拆裝

6、不便。與其它密封比較，機(jī)械端面密封的零件 數(shù)目多，要求精密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。特別是在裝配方面較困難，拆裝時(shí)要 從軸端抽出密封環(huán)，必須把機(jī)器部分(聯(lián)軸器)或全部拆卸。這一問 題目前已作了某些改進(jìn)，例如采用拆裝方便并可保證裝配質(zhì)量的剖分 式和集裝式機(jī)械密封等。 CH ? 機(jī)械密封的基本型式多種多樣，分類的方法很多我們這里只介 紹石油化工企業(yè)的一些常用的接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。接觸式機(jī)械密 封泄漏量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用范圍廣。分類方法各有差異，常用的 有內(nèi)裝式機(jī)械密封.外裝式機(jī)械密封等。 1＞內(nèi)裝式機(jī)械密封, (1)內(nèi)裝內(nèi)流多彈簧靜止式接觸機(jī)械密封 ?特征：只有一對(duì)摩擦副和多只小彈簧。

7、?載荷系數(shù)K小于1能平衡介質(zhì)壓力對(duì)端面的作用。 ?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及拆裝容易。詳見圖2-3 2、內(nèi)裝內(nèi)流旋轉(zhuǎn)型機(jī)械密封 3、內(nèi)裝單端面單彈簧平衡型密封。 軸套加工成帶臺(tái)階， 能平衡一部分介質(zhì)壓力 軸套加工成帶臺(tái)階， 能平衡一部分介質(zhì)壓力 < 丿 4、雙端

8、面多彈簧機(jī)械密封 一級(jí)壓蓋 一級(jí)靜環(huán) !＞彈簧盒上加工方形曹 !羽 一級(jí)彈簧盒， 內(nèi)裝多個(gè)小彈簧 一級(jí)動(dòng)環(huán) 二級(jí)動(dòng)環(huán) 二級(jí)彈簧盒 二級(jí)壓蓋 6、內(nèi)裝雙端面波紋管密封 兩套密封面對(duì)面或背對(duì)背安裝在一起O 內(nèi)裝雙端面彈簧密封

9、 ? 用于工作介質(zhì)有毒、易燃、易爆、易揮發(fā)、易結(jié)晶、 高溫、低溫, 或氣體、 高真空度等場(chǎng)合。 ? 兩套密封之間形成一個(gè)密封腔，在密封腔中引入封液: 堵封、潤(rùn)滑、冷卻，選潔凈、潤(rùn)滑性好的封液介質(zhì)。 、內(nèi)裝式靜止式波紋管機(jī)械密封 軸套 IIIIIIIIIIII 壓蓋 橡膠水封 波紋管不旋轉(zhuǎn) 動(dòng)環(huán) 波紋管靜止安裝 去掉了補(bǔ)償環(huán)密封圈及 其摩擦阻力，補(bǔ)償環(huán)密 封鹵改至碼簧矗處，補(bǔ) 償環(huán)追隨性提高，而且 避免了補(bǔ)償環(huán)密封圈因 軸串、轅動(dòng)所產(chǎn)生的磨 損。 9、高壓高速密封 鎖緊環(huán) 彈簧不旋轉(zhuǎn) 壓縮量定位

10、片 彈簧 靜環(huán) 鎖緊環(huán) 付壓蓋 主壓蓋 彈簧座 動(dòng)環(huán)密封圈 壓蓋 多點(diǎn)沖洗 動(dòng)環(huán) 軸套密封圈 密封壓蓋 10、集成式集裝機(jī)械密封 集成式集裝密封。渣 漿型密封。適用于密 封例如污水，渣漿等 含有固體顆粒或纖維 狀雜質(zhì)的介質(zhì)。安裝 方便， 適用范圍廣, 軸向尺寸小等特點(diǎn)。 lr波紋管環(huán)座上開弧型曹代替葉輪循環(huán)冷卻的熱水泵密封 在彈簧盒開孔代 替葉輪的作用， 使本

11、身的介質(zhì)自 循環(huán)，在經(jīng)過冷 卻灌冷卻介質(zhì)達(dá) 到改善密封的工 作環(huán)境的目的。 適用于高溫油泵 ,適用溫度在 200C~ 300C 左 12、彈簧盒開孔代替葉輪的作用 介質(zhì)循環(huán)入口 在彈簧盒開孔代替 葉輪的作用，使本 身的介質(zhì)自循環(huán)， 在經(jīng)過冷卻灌冷卻 介質(zhì)達(dá)到改善密封 的工作環(huán)境的目的 o適用于高溫油泵 ,適用溫度在200C ~ 300C左右 兩套密封沿同一方向布置，密封腔壓力逐級(jí) 降低，用于有毒介質(zhì)、易揮發(fā)介質(zhì)、高壓場(chǎng)合 等 13、軸套尾部安裝節(jié)流環(huán) 沖洗入 Lo_ 在軸套尾部安裝節(jié)流 環(huán)，減少密封腔的壓力 同時(shí)采用多點(diǎn)沖洗，密 封受熱均勻，波紋管靜 止安裝

12、廣泛用于高溫泵 14、磁力機(jī)械密封 靜環(huán) 壓蓋 動(dòng)環(huán)密封圈 軸承 動(dòng)環(huán) 特點(diǎn)： ① 結(jié)構(gòu)緊湊：軸向、徑向 尺寸均短小緊湊。 ② 磁力補(bǔ)償：使用磁力作 為密封端面貼合力，新穎 可靠③轉(zhuǎn)動(dòng)部件一體化： 方便安裝和使用。 ④優(yōu)選材料：端面材料 優(yōu)選，密封效果好，使用 壽命長(zhǎng)。 15＞外裝式機(jī)械密封 4—F方型波紋管 便。彈簧可不受介質(zhì)的腐 蝕。泄漏量較大，外裝外 流多彈簧旋轉(zhuǎn)接觸式機(jī)械 外裝式多彈簧4-F波紋管密 封的特征是動(dòng)環(huán)安裝在填 料函外面，檢查與調(diào)節(jié)方 密封，密封型號(hào)有151. 152. 153型。圖2

13、-20是 152 型機(jī)械密封是耐酸泵最常 見的一種密封 CH 浮裝式 托裝式 非補(bǔ)償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補(bǔ)償）：主要有三種安裝方式： 補(bǔ)償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)只補(bǔ)償）：其輔助密封圈情況和補(bǔ)償動(dòng)環(huán)基 本一致。 五、平衡型密封與非平衡型密封的區(qū)別 平衡型密封軸 套加工成臺(tái)階 平衡型 動(dòng).靜環(huán)密封面 非平衡型一端面壓力受介 質(zhì)壓力的影響

14、。過大會(huì)壓壞 端面間隙的潤(rùn)滑膜。 的壓力不受（或很少受）介 質(zhì)壓另的影響。 1、內(nèi)裝式平衡型密封受力圖 介質(zhì)壓力作用 面積 2、內(nèi)裝式平衡型密封受力圖 介質(zhì)壓力對(duì)補(bǔ)償環(huán)的有效作用A面積與端面面積S之比o K=A/S K= 叫一吋丿/ g—吋丿 當(dāng)KA1時(shí)，機(jī)械密封為非平衡型； 當(dāng)K<1時(shí)，機(jī)械密封為平衡型; 平衡系數(shù)B=100 (1-K ) % dO為介質(zhì)分界圓直徑(軸徑) B為平衡系數(shù)，它表示介子產(chǎn)生的比

15、壓在摩擦副上的 卸栽程度， 因此B = l-K內(nèi)1-0.85=0.15即平衡系數(shù)為15% 一般石油化工的離心泵的K載荷系數(shù)為K=0.63~0.85 當(dāng)密封腔壓力超過0. 7MPa時(shí)應(yīng)考率采用部分平衡型 Til 對(duì)于一般介質(zhì)，當(dāng)p介=0. 6 ~ 0. 7Mpa以上采用平衡型 密封，對(duì)粘度較大，潤(rùn)滑性能好的介質(zhì)，非平衡型機(jī)械密 封使用壓力可以超過該值；對(duì)于粘度較小，潤(rùn)滑性能差的 介質(zhì)，當(dāng)P介=0. 29 ~ 0. 49Mpa時(shí)就得采用平衡型機(jī)械密封。 平衡系數(shù)B愈大，由介質(zhì)引起的端面比壓就愈小，雖然磨 損小，但不易保證密封。反之，衡系數(shù)B愈小，則端面比 后使密封失效。因此要選取適當(dāng)?shù)腂

16、值，其值的大小與很 多因素有關(guān)，情況比較復(fù)雜，通常情況下，B值不易超過 0.5否則，端面間的反壓力將使得端面有被推開的趨勢(shì)。 壓就愈大，使端面磨損加劇，發(fā)熱甚至有咬壞的危險(xiǎn), 平衡系數(shù)B值的選擇與密封介質(zhì)粘度、溫度、轉(zhuǎn)速、等 有關(guān)。 B值的常用范圍為15% -40% 即載荷系數(shù)K = 0.85 - 0. 60在其他條件不變化的情 況下，粘度越大的適用的B值愈小，粘度越小使用的B就越 大。試驗(yàn)證明水、汽油、煤油等介質(zhì)的B值約為20%~30 % （對(duì)于水B = 48時(shí)，已接近端面打開的極限對(duì)于粘度大 的油B值約為30% -40%機(jī)械密封的B值分為20%_30% 介質(zhì)壓力越大，適用的B

17、值也越大；介質(zhì)壓力越小適用的B 越小，B值是一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)，有時(shí)密封的選型不對(duì) 則造成密封泄漏。 3.端面比壓 —作用于密封端面單位面積的力稱為密封比壓。 要求: 1 ）端面比壓必須是正值，保證密封端面緊密貼合； 2 ）大于物料在密封端面上的蒸汽壓； 3）保證液膜存在，端面比壓不宜過大，以免液膜蒸發(fā)使磨 損加劇。也不能過小，以免密封性能變差。 泵用內(nèi)置式，一般取0. 3-0. 5MPa; 外置式，0. 15-0. 4MPa; 粘度大者，適當(dāng)增加，一般0. 5-0. 7MPa; 潤(rùn)滑性差，易揮發(fā)物料，比壓較小，一般0. 25-0. 45MPa; 反應(yīng)釜外置式，比壓比泵用稍大。 彈簧比壓： 彈簧作用于密封端面單位面積的力。 作甩?迫介癒壓力很小或波動(dòng)時(shí)，仍能維持一定的端面比壓, 應(yīng)介質(zhì)不致泄漏。 選擇依據(jù)：端面平均線速度。 高速機(jī)械密封，平均線速度〉30m/s, <(0.5~2.0)X9.8X 104Pa； 中速， 平均線速度10~30m/s, K(1.5~3)X9.8X104Pa ； 低俗, 平均線<10m/s, (1.5~6)X9.8X104Pa ； 釜用, .取0.22MPao (轉(zhuǎn)速低，氣相，軸擺動(dòng)較大，操作 壓力、溫度、相態(tài)不穩(wěn)定)。取值較大。