1、机械密封技术知识机械密封技术知识 机械密封是流体机械和动力机械中不可缺少的零部件。它对整台机器设备、整套装置、甚至对整个工厂的安全生产影响都很大，特别是在石油化工企业中，对保证设备运转可靠、装置连续生产具有重大的意义。近几十年来，机械密封技术有了很大的发展。由于机械端面密封有着工作可靠、泄漏量少、使用寿命长、适用范围广优点，故在工业中获得了广泛的应用，尤其在石油化工机泵中应用最广。机械密封的发展史机械密封的发展史机械密封的发展史机械密封的发展史 随着密封技术的不断发展，对密封的要求也越来越高，因此在密封的结构上发生了一系列变化，从当初的大弹簧、小（多）弹簧机封，到目前的焊接金属波纹管机封；从非
2、集装式到集装式；从单端面到双（多）端密封；从接触式密封到非接触式密封；并开始使用密封面开深槽的热流体动力楔密封和热流体动压垫密封等。机械密封的发展史机械密封的发展史 新技术、新概念、新产品、新材料、新工艺和新标准不断涌现；高参数（如高压、高速、高温、大直径）、高性能（如干运转、零泄漏、无油润滑、浆液）和高水平（如高PV值、大型剖分式、监控）的密封产品大量研制；随着安全和环境保护要求的日益提高，过去只注意眼睛可视的“泄漏”，不注意眼睛看不见的易挥发物的“逸出”；为了延长工艺装置的检修周期和操作周期，要求机械密封的工作寿命由1年延长到2年甚至更长。密封的失效分析，是机封技术发展的又一个重要环节，它
3、可以帮助我们改进机封结构和改变密封参数等，促使机封技术的进一步完善。机械密封的发展史机械密封的发展史 总之，机封的发展，一是为了适应和解决实际问题的需要，对机封的要求不断提高；二是新技术的不断创新和应用促使了机封技术的不断进步。机械密封的发展史机械密封的发展史机械密封的目前水平机械密封的目前水平 单级压力：10-3Pa35Mpa；使用温度：最高达1000；最低可达低温深冷；机器转速：50000rpm；PV值：达1000Mpam/s。机械密封的基本原理机械密封概述机械密封概述:定义定义:机械密封机械密封(端面密封端面密封)-)-由至少一对垂直于轴线的端面在流体压力和补赏机构由至少一对垂直于轴线的
4、端面在流体压力和补赏机构 弹力弹力(或磁力或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下的作用下以及辅助密封的配合下,保持贴合并相对滑动而构成保持贴合并相对滑动而构成 防止流体泄漏的装置防止流体泄漏的装置.机封的组成机封的组成:动环和静环组成的密封端面动环和静环组成的密封端面摩擦副摩擦副弹性元件弹性元件绶冲补偿机构（有弹簧、波纹管等）绶冲补偿机构（有弹簧、波纹管等）辅助密封圈辅助密封圈动、静环密封圈等动、静环密封圈等传动机构传动机构弹簧盒、紧固螺钉、传动座等弹簧盒、紧固螺钉、传动座等 基本密封点基本密封点:端面主密封点端面主密封点静环与压盖辅助密封点静环与压盖辅助密封点动环与轴动环与轴(轴套轴套)辅助密
5、封点辅助密封点压盖与泵体连接密封点压盖与泵体连接密封点此外为了保证和提高机械密封的密封效果延长使用寿命此外为了保证和提高机械密封的密封效果延长使用寿命,采取不同端面采取不同端面的组合，增加如冲洗的组合，增加如冲洗,节流冷却节流冷却,阻封和杂质过滤等辅助系统阻封和杂质过滤等辅助系统.摩擦副弹性元件传动机构动、静环密封圈静环组件静环组件动环组件动环组件辅助密封密封面、传动座 和弹簧密封面要求很平（3个光圈以下）密封面之间要形成液膜（3微米）密封的泄漏液膜作用：将密封面分开润滑滑动面减少摩擦和热量阻止介质向大气泄漏0.294 m一、按补偿机构弹性元件的运动状况分：一、按补偿机构弹性元件的运动状况分：
6、旋转式和静止式旋转式和静止式二、按静环的安装位置分：二、按静环的安装位置分：内装式和外装式内装式和外装式三、按补偿机构弹簧的数量分：三、按补偿机构弹簧的数量分：多多(小小)弹簧和单弹簧和单(大大)弹簧弹簧四、根据密封面上介质载荷的作用情况：四、根据密封面上介质载荷的作用情况：平衡型和非平衡型平衡型和非平衡型五、按流体的泄漏方向：五、按流体的泄漏方向：内流型和外流型内流型和外流型六、按密封端面的接触形式：六、按密封端面的接触形式：接触常规密封接触常规密封,非接触密封非接触密封,全接触干运转密封全接触干运转密封七、按补偿结构型式：七、按补偿结构型式：弹簧型和波纹管型弹簧型和波纹管型八、按密封端面的
7、数量：八、按密封端面的数量：单端面、双端面和多端面单端面、双端面和多端面机械密封分类机械密封分类:API 682 API 682（2 2）分类分类按机械密封结构分类：按机械密封结构分类：A A类密封；内侧密封为平衡型推进式多弹簧旋转补偿，二次类密封；内侧密封为平衡型推进式多弹簧旋转补偿，二次“O O”型型,盒式密封盒式密封B B类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次“O O”型，盒式密型，盒式密封封C C类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次柔性石墨型，盒类密封；内侧密封为平衡型非推进式波纹管旋转补偿，二次柔性石墨
8、型，盒式密封式密封机械密封第三位代码原机械密封第三位代码原API 610API 610引用引用“P P”“T T”“A A”表示压盖结构形式，表示压盖结构形式，现规定分别用现规定分别用“A A”，“B B”，“C C”代表上述三类密封代表上述三类密封1轴通过传动座和推环，带动动环旋转，静环固定不动，在弹簧力和被密封介质压力的作用下，使动环和静环的密封端面紧密贴合，防止被密封介质从动环与静环的密封端面之间泄漏；当摩擦副表面磨损后，在弹簧力的推动下实现自动补偿。机械密封的工作原理机械密封的工作原理2密封圈在推环和介质压力的作用下，起到动环与轴套之间的密封作用，防止被密封介质从动环与轴套之间的泄漏；
9、静环密封圈安装在密封压盖中，防止被密封介质从静环与压盖之间的泄漏；压盖与泵体之间采用垫片（金属缠绕垫、高强垫等）或形圈密封；轴套与轴之间也采用垫片或形圈密封，这样就达到了密封作用。几种常用密封概况几种常用密封概况 1.GX型：内装、单端面，单弹簧、接触式非 平衡型机械密封；密封介质：清水、油类及其它弱腐蚀性液体 密封压力：00.8Mpa 密封腔温度：-2080 转速：n3000rpm 密封型号有：GX-35、GX-40GX-90几种常用密封概况几种常用密封概况 2.GY型：内装、单端面，单弹簧、接触式平衡型机械密封；密封介质：清水、油类及其它弱腐蚀性液体 密封压力：0.63.0Mpa 密封腔温
10、度：-2080 转速：n3000rpm 密封型号有：GY-35、GY-40GY-90几种常用密封概况几种常用密封概况 3.U(UK)型:内装、单端面，单弹簧、接触式平衡型机械密封；密封介质：油、水及其它石油化工介质。密封压力:Pmax6.9Mpa。密封温度：水066 其它介质40160。转速：n3000rpm。密封型号有：U-1750、U2125、U-2500、UK-2875、UK-3250、UK-3375、UK-3625。几种常用密封概况几种常用密封概况 4金属波纹管机封：平衡型机械密封；密封压力:Pmax7Mpa 密封温度：-240650。5小弹簧机封：平衡型或非平衡型机封。密封型号有：1
11、19B、59B、1523、109B、59U、108U、106U、C8等。机械密封端面组合形式机械密封端面组合形式考虑到介质复杂情况，环保要求，自动监控，安考虑到介质复杂情况，环保要求，自动监控，安全性等要求，机械密封组合成不同形式用以满足全性等要求，机械密封组合成不同形式用以满足上述要求：上述要求：机械密封端面组合形式：机械密封端面组合形式：一、单端面机械密封一、单端面机械密封二、双端面机械密封二、双端面机械密封1.1.背对背式背对背式 2.2.面对面式面对面式 3.3.串联式串联式 三、多端面机械密封三、多端面机械密封辅助密封：辅助密封：喉部节流密封喉部节流密封二次节流密封二次节流密封1.大
12、弹簧单端面机械密封大弹簧单端面机械密封密封的基本结构动环密封圈弹簧座轴封轴套弹簧静环传动环压盖螺栓冷却水孔静环密封圈节流环泵轴定位螺钉压盖静环防转销动环冲洗孔2.波纹管静止型单端面机械密封波纹管静止型单端面机械密封密封的基本结构34567891011121314161.动环2.波纹管组件 3.压盖 4.传动环5.传动螺钉 6.轴封 7.限位块 8.水套10.轴套12.定位环 13.节流环 14.15.内六角螺栓16.六角螺栓21153.3.波纹管旋转型单端面机械密封波纹管旋转型单端面机械密封密封的基本结构12345678910121311151.动环(波纹管组件)2.静环3.压盖4.传动环 5
13、.传动螺钉6.轴封 7.限位块 8.静环密封圈9.轴套 10.动环密封圈 11.六角螺栓 12.定位环 13.节流环 14.封油环15.内六角螺栓144.波纹管波纹管(旋转型旋转型)串联机械密封串联机械密封密封的基本结构5.波纹管波纹管(静止型静止型)串联机械密封串联机械密封密封的基本结构密封的基本结构机械密封机械密封 封油罐封油罐润滑系统润滑系统轴承密封轴承密封联轴节联轴节封油出封油入机械密封辅助系统机械密封辅助系统机械密封辅助系统应用机械密封辅助系统应用基本系统基本系统-为保证机械密封正常使用为保证机械密封正常使用,选用正确的密封辅助系统选用正确的密封辅助系统,增加如冲洗增加如冲洗,循环循
14、环,抗温抗温,抗压抗压,排渣排渣,节流节流,润滑润滑,防结晶防结晶,防介质泄漏等功能防介质泄漏等功能,改善机械密封的工作环境改善机械密封的工作环境,从而保从而保 证机械密封的正常运行证机械密封的正常运行.基本系统功能基本系统功能:控制泄漏控制泄漏 控制压力控制压力控制磨蚀控制磨蚀 控制腐蚀控制腐蚀防污染防污染 防泄漏防泄漏基本系统分类基本系统分类:API 610 PLAN 系统系统介质冲洗介质冲洗 API 610 PLAN 01,11,12,13,14，21,22,23,31,41外流体冲洗外流体冲洗 API 610 PLAN 32,51，（，（61）62缓冲液（气）循环系统缓冲液（气）循环系
15、统 API 610 PLAN 52，72隔离液（气）循环系统隔离液（气）循环系统 API 610 PLAN 53A,53B,53C,54，74收集与排放系统收集与排放系统 API PLAN（71），），75，76方案方案52注意点：注意点：外部储罐为不加压双密封的外侧外部储罐为不加压双密封的外侧密封提供缓冲流体；密封提供缓冲流体；n在正常工作时，内泵送环保持在正常工作时，内泵送环保持循环；循环；n 储罐通常连续地向蒸汽回收装储罐通常连续地向蒸汽回收装置中排气，并保持压力低于密置中排气，并保持压力低于密封腔内的压力封腔内的压力压力表压力表液位计液位计球阀球阀节流孔板节流孔板放空放空液位开关液位开
16、关(高高)液位开关液位开关(低低)压力开关压力开关(一般置长开位置一般置长开位置)放空阀放空阀泵效环产生封液循泵效环产生封液循环力环力 外侧保护密封外侧保护密封 1.几何参数：动环内外径（d1、d2），静环内外径（D1、D2），平衡直径d0，波纹管有效直径de；2.力学参数：弹簧比压Pt，载荷系数K，平衡系数，膜压系数，端面比压Pb，沸腾半径rb等。机封的有关参数机封的有关参数机封的力学参数机封的力学参数（1）弹簧比压：密封端面单位面积上所受的弹性力。Pt=Ft/A 弹簧比压推荐值Pt=0.10.2Mpa。（2）载荷系数：动环的轴向受力面积Ae与端面贴面积A之比，它是用来衡量动环受轴向力的作用
17、，压紧静环接触面上的压紧程度。机封的力学参数机封的力学参数 载荷系数K：（3 3）平衡系数：）平衡系数：=1-K=1-K 212220222122202244DDdDDDdDAAKe（4 4）端面比压：密封端面单位面积上所）端面比压：密封端面单位面积上所受的合力。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-）端面比压推荐值：端面比压推荐值：一般介质一般介质0.30.30.60.6Mpa Mpa 低粘度介质低粘度介质0.20.20.40.4Mpa Mpa 高粘度介质高粘度介质0.40.40.7 0.7 Mpa Mpa 机
18、封受力分析：机封受力分析：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为摩擦阻力，为摩擦阻力，实践证明很小，实践证明很小，可以忽略可以忽略。密封动环受力图FtFpFmP1RP1密封腔内介质压力Fp介质压力引起的闭合力Fm液膜压力产生的开启力（5 5）膜压系数膜压系数:P Pf f沸腾半径沸腾半径中的汽化压力中的汽化压力 r rb b沸腾半径沸腾半径r r1 1、r r2 2密封密封端面内、外半端面内、外半径。径。的选取的选取(经验值经验值)：高粘度介质（重油如渣油）高粘度介质（重油如渣油）=0.3=0
19、.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（如轻烃）低粘度（如轻烃）=0.65=0.650.750.7512211)6121(32rrrrPPPPbff rb Pb rb Pb 热量热量 破坏了机封的热平破坏了机封的热平衡，温度衡，温度 密封面破坏；密封面破坏；rb Pb rb Pb 密封面开启，破坏了机封密封面开启，破坏了机封的力平衡，工作不稳定，密封泄漏。的力平衡，工作不稳定，密封泄漏。力平衡是密封运行的基础，热平衡是密封力平衡是密封运行的基础，热平衡是密封能长周期运行的必要条件，两者相互依存，能长周期运行的必要条件，两者相互依存，缺一不可。
20、特别对于轻烃泵的密封，更要缺一不可。特别对于轻烃泵的密封，更要同时做好力平衡和热平衡，这一点非常关同时做好力平衡和热平衡，这一点非常关键。键。机械密封长周期运行的条件机械密封长周期运行的条件金属波纹管机械密封 金属波纹管机封工作原理金属波纹管机封工作原理 波纹管机封特点波纹管机封特点 波纹管机封的制造波纹管机封的制造 波纹管机封结构形式波纹管机封结构形式金属波纹管机封工作原理金属波纹管机封工作原理 波纹管密封的波纹管是利用微束等离子焊接制成的一种全封闭结构，由于波片本身波形的存在及焊接后波距的存在，使之在轴向被压缩一定位移后，产生弹性力，致使动静环表面始终处于贴合状态并形成一定的比压，在动静环
21、表面磨损后始终处于弹力补偿状态。波纹管机封特点 1.具有优越的追随性：由于波纹管密封本身为全封闭结构，在结构上消除了普通弹簧机封中所必备的动环与轴套（或轴）的动环密封圈，使波纹管身的弹率充分被利用来形成比压，显示出优越的追随性。2.耐高温性：由于波纹管机封取消了普通机械密封中的动环密封圈，所以不再受被密封介质状况及温度对动环密封圈的影响，适用的介质及温度被大大扩大(-250400)。波纹管机封特点 3.平衡性：波纹管密封和普通机封相比，不需要在轴套上加工出台阶，本身就可以建立平衡直径，处于平衡状态，波纹管密封在应用中一般均为平衡型。4.泄漏点少：由于波纹管密封动静环密封点均为金属（或非金属）垫
22、片，用静密封取代了动密封，发生泄漏的概率大为降低，这样波纹管密封的泄漏实质上只有摩擦副端面这个密封点，无疑泄漏的机率大大减少。而普通机械密封的泄漏渠道主要有动静环密封圈及摩擦副端面，在这三个泄漏渠道中，因动静环辅助密封圈失效造成密封泄漏占总泄漏的40%。波纹管机封特点 5.抗振性和高速性：波纹管密封取消了动环密封圈，大大减少了由于泵振动或轴振动造成的通过动环密封圈传递而引起的动环的振动，使动环免受大的影响，通常也称波纹管的浮动性。因此，适用的线速度被大大的提高，其线速度可达100m/s。波纹管机封特点 6.可降低弹簧比压：在通常普通机械密封的使用过程中，弹簧比压一般都设计在0.152.5Mpa
23、(对于中速密封而言)，而波纹管密封的弹簧比压可设计为远小于此数值，在实际使用过程中，弹簧比压一般设计为0.050.15Mpa之间，波纹管密封为静止结构时，弹簧比压可进一步减小。因此，由弹簧比压产生的摩擦热减小，降低了端面温度，从而减小了摩擦副端面的磨损量，即减少了机械功耗，提高了密封性能及延长密封的使用寿命。波纹管机封的制造波纹管机封的制造 金属波片焊接成的波纹管波纹管组件（动、静环）波片焊接角度机械密封的安装与使用机械密封的安装与使用1、目测：检查动、静环密封端面是否有锈蚀、凹坑、缺角、裂纹等缺陷；2、平面度检查：在光学平晶下检查密封端面的平直度，压力较低、粘度较高的介质平面度0.0009m
24、m(三个光圈以下)；压力较高、粘度低的介质（特别是轻烃）平面度0.0003mm(一个光圈以下)；3、机封组装：按要求进行，要保证组装好的机封能滑动灵活，压缩量适当，静压试验不漏；4、对于要求高、安装较难的机封，进行动态模拟试验，以提高机封安装的一次成功率。摩擦副端面检测：摩擦副端面检测：利用光波的干涉利用光波的干涉 效应测量效应测量工具：平晶工具：平晶光源：钠光光源：钠光原理：光波干涉原理：光波干涉干涉条纹按图示产生光带干涉条纹按图示产生光带确定密封端面平面度确定密封端面平面度1 1光带光带=0.294=0.294 m m =0.588=0.588 m m（=钠光波波长钠光波波长）摩擦副端面的
25、光波检测摩擦副端面的光波检测 本试验本试验台可以模拟台可以模拟机械密封的机械密封的实际工况实际工况,温度、压力、温度、压力、转速等进行转速等进行动态试验动态试验,提高密封的提高密封的安装质量。安装质量。机械密封动态试验台机械密封动态试验台机械密封动态试验控制台机械密封动态试验控制台 本控制台本控制台可以控制泵的可以控制泵的转速、加热温转速、加热温度，并显示泵度，并显示泵的运行工况：的运行工况：压力、温度、压力、温度、转速，定时记转速，定时记录运行数据。录运行数据。机封的常见故障分析 密封故障各种各样，根据具体情况进行分析。（1）动、静环端面变形、密封面裂开、磨损；（2）汽化、汽蚀、抽空；（3）
26、传动座磨损、拔叉断裂；（4）结垢、结焦、轴套磨损、辅助密封圈失效；（5）波纹管开裂、穿孔、失弹等。热量引起的热量引起的变形变形压力引起的压力引起的变形变形平行面接触平行面接触稳定运行状态稳定运行状态密封面接触变形分析密封面接触变形分析 高工况，高参数高工况，高参数 期望延长使用寿命期望延长使用寿命.密封标准化密封标准化/减少现场的调试减少现场的调试/减少库存减少库存.有计划的间隔维修有计划的间隔维修/防止故障间隔维修防止故障间隔维修.远程监测远程监测/监控监控 环保要求环保要求-零泄漏零泄漏 可靠性可靠性.安全性安全性 国产化与及时售后服务，降低采购及运行成本国产化与及时售后服务，降低采购及运行成本炼油和化学工业对机械密封要求的最新趋势炼油和化学工业对机械密封要求的最新趋势谢谢
