1、1目目 录录第一节 机械密封原理和基本结构型式 一 密封原理和特点 二 结构类型 三 常用机械密封标准结构简介第二节 冷却冲洗与安装、使用 一 密封环端面发热 二 冷却、冲洗方法及系统设计 三 机械密封的安装第三节 特殊工况下机械密封的设计要点 一 高温条件 2 二 低温条件 三 高压与真空 四 高速 五 腐蚀性介质条件 六 含有固体粒子条件第四节 机械密封失效原因与故障分析 一 机械密封的故障在零件上的表现 二 机械密封振动、发热的原因分析及处理 三 机械密封泄漏的原因分析及处理 四 机械密封典型失效原因分析 五 常见的渗漏现象 六 机封正常运行和维护问题3什么是机械密封 机械密封是一种用于
2、旋转流体机械的轴封装置。（用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，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。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点，成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。）在国家有关标准中的定义：由至少一对垂直于旋转轴 线的端面组成,在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作用下，以及辅助密封圈的配合下，该对端面保持贴合并相对滑动，从而构成的防止流体泄漏的装置。4一、密封原理和特点一、密封原理和特点1.结构结构1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉51234
3、567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉62.密封原理密封原理1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉71234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉83.基本构件基本构件910114.12比较比较软填料密封软填料密封机械密封机械密封泄漏量泄漏量180450ml/h一般为软填料密封的一般为软填料密封的摩擦功率损失摩擦功率损失机械密封为软
4、填料密封的机械密封为软填料密封的1050轴磨损轴磨损有磨损，用久后要更换有磨损，用久后要更换几乎无磨损几乎无磨损维护及寿命维护及寿命要经常维护，更换填料，个别情况要经常维护，更换填料，个别情况每班换一次每班换一次寿命很长，很少需要维修寿命很长，很少需要维修高参数高参数高压、高温、高真空、高转速、大高压、高温、高真空、高转速、大直径密封不能解决直径密封不能解决可以可以加工及安装加工及安装加工要求一般，填料更换方便加工要求一般，填料更换方便动、静环表面粗糙度及平直度动、静环表面粗糙度及平直度要求高，不易加工，成本高，要求高，不易加工，成本高，装拆不便装拆不便对材料要求对材料要求一般一般动、静环要求
5、较高动、静环要求较高13二、结构类型二、结构类型按按介质泄漏方向介质泄漏方向分为内流式和外流式。分为内流式和外流式。内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄者称为内流式。内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄者称为内流式。外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄者称为外流式。外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄者称为外流式。内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固体颗泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固体颗粒的情况尤其应该采用内流式。这样可防止固体颗粒进入摩粒的情况尤其应该
6、采用内流式。这样可防止固体颗粒进入摩擦面。擦面。1、内流式和外流式（图、内流式和外流式（图3-2）14按弹簧是否与介质接触分为内装式和外装式。按弹簧是否与介质接触分为内装式和外装式。内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介质之外。质之外。2、内装式和外装式（如图、内装式和外装式（如图3-3）15外装式特点：一般来说大部分机械密封零件不与介质接触，外装式特点：一般来说大部分机械密封零件不与介质接触，且暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是由于外装式结且暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是由于外装式结构的介质作用与弹簧力相反（指常用
7、结构）。当介质压力有构的介质作用与弹簧力相反（指常用结构）。当介质压力有波动或升高的情况下，弹簧力余量又不大时，会出现密封不波动或升高的情况下，弹簧力余量又不大时，会出现密封不稳定的情况以致产生泄漏。当介质压力降低时，因弹簧力不稳定的情况以致产生泄漏。当介质压力降低时，因弹簧力不变，在摩擦面上受负荷增大，特别在低压起动时，摩擦副的变，在摩擦面上受负荷增大，特别在低压起动时，摩擦副的表面间尚未构成液膜，此时比压又是最大，容易擦伤端面。表面间尚未构成液膜，此时比压又是最大，容易擦伤端面。内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大的弹簧力
8、即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较的弹簧力即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大，小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大，因而增加了密封的可靠性。因而增加了密封的可靠性。一般情况下内装式的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装一般情况下内装式的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能采用内装式式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能采用内装式结构。结构。16主要按介质作用在端面的载荷程度分。主要按介质作用在端面的载荷程度分。3、平衡型和非平
9、衡型、平衡型和非平衡型当不计摩擦副间反压力及密封圈摩擦力时，作用在端面上当不计摩擦副间反压力及密封圈摩擦力时，作用在端面上的比压为：的比压为：KPPPddddPPsbsc)()(212222217AAKddddeb2122222AAAPAPAAAPK=0K 1K 00 K 1图3-418AAAPAPAAAPK=0K 1K 00 K 1图3-41920按弹簧的运转状态分为旋转式与静止式。按弹簧的运转状态分为旋转式与静止式。旋转式：即是弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸较小。高旋转式：即是弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸较小。高转速情况下，弹簧及其它转动零件产生的离心力很大，动平转速情况下，弹簧及其
10、它转动零件产生的离心力很大，动平衡要求高，有的介质经强烈搅拌后易结晶，对于这种情况宜衡要求高，有的介质经强烈搅拌后易结晶，对于这种情况宜采用静止式较适宜。采用静止式较适宜。4、21单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同中心安装。中心安装。多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均匀分布。匀分布。一般说负荷较轻而且大量生产的密封采用单弹簧为佳，小量一般说负荷较轻而且大量生产的密封采用单弹簧为佳，小量生产且在严格的条件下使用时，则都采用多弹簧。生产且在严格的条件下使用时，
11、则都采用多弹簧。5、22按摩擦面对数分为单端面、按摩擦面对数分为单端面、双端面和多端面。双端面和多端面。单端面：指在密封机构中仅单端面：指在密封机构中仅有一对摩擦副。有一对摩擦副。双端面：指在密封机构中有双端面：指在密封机构中有两对摩擦副，且两对摩擦副两对摩擦副，且两对摩擦副处于相同封液压力下（图处于相同封液压力下（图3-5）。）。密封机构中有两对以上的摩密封机构中有两对以上的摩擦副且密封腔的压力逐渐降擦副且密封腔的压力逐渐降低，根据摩擦副的对数分别低，根据摩擦副的对数分别称为双端面、三端面和多端称为双端面、三端面和多端面。面。6、23从结构比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较从结构
12、比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较容易，因而使用很普遍。双端面因要通入带液体（封液）至容易，因而使用很普遍。双端面因要通入带液体（封液）至密封腔内起密封腔内起“封堵封堵”和润滑作用，就需另设一套装置。单端和润滑作用，就需另设一套装置。单端面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许内漏的情况。内漏的情况。24三、常用机
13、械密封标准结构简介三、常用机械密封标准结构简介1、泵用机械密封标准结构、泵用机械密封标准结构1）103、109型机械密封252）104、110型机械密封263）105、111型机械密封274）114型机械密封282、釜用机械密封标准结构、釜用机械密封标准结构2930 分下列6种型式：201型-单端面单弹簧非平衡型密封，202型-单端面多弹簧非平衡型密封，203型-单端面单弹簧平衡型密封，204型-单端面多弹簧平衡型密封，205型-双端面多弹簧非平衡型密封，206型-双端面多弹簧平衡型密封。31泵用机械密封和釜用的区别泵用机械密封和釜用的区别 泵用机械密封水泵用的机械密封，通常水泵电机和机械密封
14、是与地面平行的，转速比较高，通常密封介质为液体，工艺要求相对简单 釜用机械密封反应釜用的机械密封，通常电机和机械密封是与地面垂直的，转速很慢，通常的密封介质为气体，或气液混合介质，工艺要求高，多数情况下会有冷却水套，将机械密封包围实现冷却 323334一、密封环端面发热一、密封环端面发热机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。前面已经讨论过，如果摩擦产生的热量越多，密前面已经讨
15、论过，如果摩擦产生的热量越多，密封的工作封的工作PV值就越大。当然摩擦热除与值就越大。当然摩擦热除与PV值有关值有关外，还与摩擦系数及端面面积有关。外，还与摩擦系数及端面面积有关。假设端面比压是均布的，则摩擦热假设端面比压是均布的，则摩擦热第二节第二节 冷却、冲洗与安装、使用冷却、冲洗与安装、使用VAfPQc 35热量的传递有三种方式：对流、间壁导热、辐射。热量的传递有三种方式：对流、间壁导热、辐射。显然机械密封端面的摩擦热就是以这三种方式传递显然机械密封端面的摩擦热就是以这三种方式传递出去的。如果密封环向周围散失的热量与产生的摩出去的。如果密封环向周围散失的热量与产生的摩擦热相平衡，则可得到
16、一个稳定的温度值。擦热相平衡，则可得到一个稳定的温度值。对于普通机械密封，泄漏量较小，它带走的热量可对于普通机械密封，泄漏量较小，它带走的热量可以忽略，那么摩擦热主要是由轴导入动静环，再由以忽略，那么摩擦热主要是由轴导入动静环，再由动静环传给周围介质，即：动静环传给周围介质，即：lTAQlT-环端面温度与周围介质温度差环端面温度与周围介质温度差l-温度降方向的壁厚，轴向为环厚温度降方向的壁厚，轴向为环厚h，径向为端面宽度，径向为端面宽度b。显然，显然，越小，传出的热量就少，温升越高，越小，传出的热量就少，温升越高，PV值就越大；值就越大；反之，反之，越大，传出的热量就多，温升越低，越大，传出的
17、热量就多，温升越低，PV值就越小。值就越小。因此要选择导热系数大的材料。因此要选择导热系数大的材料。36二、冷却、冲洗方法及系统设计二、冷却、冲洗方法及系统设计如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或PVPV值比较高的情况下，端面间的大量热量不能及值比较高的情况下，端面间的大量热量不能及时导出，必然引起端面温度急剧上升。其结果可时导出，必然引起端面温度急剧上升。其结果可能造成端面间液膜汽化，恶化润滑条件，甚至完能造成端面间液膜汽化，恶化润滑条件，甚至完全处于干摩擦状态，这不仅使磨损加剧，还会导全处于干摩擦状态，这不仅使磨损加剧，还会导致密封环的热裂、
18、变形等等。因此只是依靠选择致密封环的热裂、变形等等。因此只是依靠选择耐高温、导热性好的密封环材料或仅从结构上考耐高温、导热性好的密封环材料或仅从结构上考虑，都很难达到预期的效果。合理的方法就是强虑，都很难达到预期的效果。合理的方法就是强化冷却，使端面摩擦热及时导出。化冷却，使端面摩擦热及时导出。使端面冷却的方式主要有三种：使端面冷却的方式主要有三种：371、端面直接冷却、端面直接冷却(1)闭路自冲洗（图闭路自冲洗（图3-24，a）381、端面直接冷却、端面直接冷却(2)反向自冲洗反向自冲洗391、端面直接冷却、端面直接冷却(3)贯通自冲洗贯通自冲洗401、端面直接冷却、端面直接冷却(4)内冲洗
19、内冲洗 411、端面直接冷却、端面直接冷却(5)局部循环冲洗局部循环冲洗422、静环背部冷却、静环背部冷却433、间接冷却、间接冷却静环外周冷却（图静环外周冷却（图3-27，b）夹套冷却（图）夹套冷却（图3-27，a）轴套冷却（图轴套冷却（图3-27，c）蛇管冷却（图）蛇管冷却（图3-28）44三、机械密封的安装三、机械密封的安装1、安装前的准备及注意事项、安装前的准备及注意事项45三、机械密封的安装三、机械密封的安装1、安装前的准备及注意事项、安装前的准备及注意事项46三、机械密封的安装三、机械密封的安装2、安装顺序、安装顺序47483、机械密封安装、使用技术要领、机械密封安装、使用技术要领
20、设备转轴的径向跳动应0.04毫米，轴向窜动量不允许 大于0.1毫米；设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进 行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密 封部位；在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦 付破损而密封失效；安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装；49 安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求；安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移 动，并有一定弹性；安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉；设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而 使密封失效；50第三节第三节 特殊工况下机械密封的设计要点特殊工况下机械密封的设计
21、要点51一、高温条件一、高温条件当温度大于当温度大于120时，即认为是高温。时，即认为是高温。5253二、低温条件二、低温条件温度为温度为0-50时视为普冷机械密封，当时视为普冷机械密封，当温度低于温度低于-50时视为深冷机械密封。时视为深冷机械密封。54二、低温条件二、低温条件55三、高压与真空三、高压与真空按照密封术语，压力在常压按照密封术语，压力在常压1MPa称作低压；大称作低压；大于于13MPa属于中压；超过属于中压；超过315MPa称为高压。称为高压。565758596061四、高速四、高速当线速度超过当线速度超过25m/s时称为高速机械密封。时称为高速机械密封。6263五、腐蚀性介
22、质条件五、腐蚀性介质条件6465六、含有固体粒子条件六、含有固体粒子条件66第四节第四节 机械密封失效原因与故障分析机械密封失效原因与故障分析 一、机械密封的故障在零件上的表现 1、密封端面的故障：磨损、热裂、变形、破损(尤其是非金属密封端面)。2、弹簧的故障：松弛、断裂和腐蚀。3、辅助密封圈的故障：装配性的故障有掉块、裂口、碰伤、卷边和扭曲；非装配性的故障有变形、硬化、破裂和变质。机械密封故障在运行中表现为振动、发热、磨损，最终以介质泄漏的形式出现。67二、机械密封振动、发热的原因分析及处理 1、动静环端而粗糙。2、动静环与密封腔的间隙太小，由于振摆引起碰撞。处理方法：增大密封腔内径或减小转
23、动件外径，至少保证0.75mm的间隙。3、密封断面耐腐蚀和耐温性能不良，摩擦副配对不当。处理方法：更改动静环材料，使其耐温，耐腐蚀。4、冷却不足或断面再安装时夹有颗粒杂质。处理方法：增大冷却液管道管径或提高液压。68三、机械密封泄漏的原因分析及处理 1、静压试验时泄漏 密封端面安装时被碰伤、变形、损坏。密封端面安装时，清理不净，夹有颗粒状杂质。密封端面由于定位螺钉松动或没有拧紧，压盖（静止型的静环组件为压板）没有压紧。机器、设备精度不够，使密封面没有完全贴合。动静环密封圈未被压紧或压缩量不够或损坏。动静环V形密封圈方向装反。如果是轴套漏，则是轴套密封圈装配时未被压紧或 压缩量不够或损坏。处理方
24、法：应加强装配时的检查、清洗，严格按技术要求装配。69 2、周期性或阵发性泄漏 转子组件轴向窜动量太大。处理方法：调整推力轴承，使轴的窜动量不大于0.25mm。转子组件周期性振动。处理方法：找出原因并予以消除。密封腔内压力经常大幅度变化。处理方法：稳定工艺条件。70四四 机械密封典型失效原因分析机械密封典型失效原因分析1、机械密封本身问题、机械密封本身问题 镶装不到位或不平整。载荷系数太大或端面比压设计不合理。材质选用不当。密封面不平。密封面太宽或太窄。71 2、辅助系统问题、辅助系统问题 工况条件复杂，但没有冲洗等辅助设施。冲洗管堵塞。冷却管结垢。3、介质及工作条件问题、介质及工作条件问题
25、介质腐蚀性强。介质中有固体颗粒。设备抽空。密封面结晶。介质粘度太大72 4、泵的问题、泵的问题 轴的加工精度不佳、串轴、跳动、安装间隙过大。泵开启后振动太大。压盖垫环不佳。密封箱不平。机械密封安装没有达到应有的压缩量。73五五 常见的渗漏现象常见的渗漏现象 机械密封渗漏的比例占全部维修泵的50%以上，机械密封的运行好坏直接影响到水泵的正常运行，现总结分析如下：1、周期性渗漏、周期性渗漏（1）泵转子轴向窜动量大，辅助密封与轴的过盈量大，动环不能在轴上灵活移动。在泵翻转，动、静环磨损后，得不到补偿位移。对策：在装配机械密封时，轴的轴向窜动量应小于01mm，辅助密封与轴的过盈量应适中，在保证径向密封
26、的同时，动环装配后保证能在轴上灵活移动（把动环压向弹簧能自由地弹回来）。（2）密封面润滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。对策：油室腔内润滑油面高度应加到高于动、静环密封面。（3）转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡，汽蚀或轴承损坏（磨损），这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。对策：可根据维修标准来纠正上述问题。74 2、由于压力产生的渗漏：、由于压力产生的渗漏：（1）高压和压力波造成的机械密封渗漏由于弹簧比压力及总比压设计过大和密封腔内压力超过3MPa 时，会使密封端面比压过大，液膜难以形成，密封端面磨损严重，发热量增多，造成密封面热变形。对策：对策：在装配机封时，弹
27、簧压缩量一定要按规定进行，不允许有过大或过小的现象，高压条件下的机械密封应采取措施。为使端面受力合理，尽量减小变形，可采用硬质合金、陶瓷等耐压强度高的材料，并加强冷却的润滑措施。（2）真空状态运行造成的机械密封渗漏泵在起动、停机过程中，由于泵进口堵塞，抽送介质中含有气体等原因，有可能使密封腔出现负压，密封腔内若是负压，会引起密封端面干摩擦，内装式机械密封会产生漏气（水）现象，真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性差异，而且机械密封也有其某一方向的适应性。对策：对策：采用双端面机械密封，这样有助于改善润滑条件，提高密封性能。75 3、由于介质引起的渗漏：、由于介质引起的渗漏：（1）大多数
28、潜污泵机械密封拆解后，静环和动环的辅助密封件无弹性，有的已经腐烂，造成了机封的大量渗漏甚至有磨轴的现象。由于高温、污水中的弱酸、弱碱对静环和动环辅助橡胶密封件的腐蚀作用，造成了机械渗漏过大，动、静环橡胶密封圈材料为丁腈40，不耐高温，不耐酸碱，当污水为酸性碱性时易腐蚀。对策：对策：对腐蚀性介质，橡胶件应选用耐高温、耐弱酸、弱碱的氟橡胶。（2）固体颗粒杂质引起的机械密封渗漏如果固体颗粒进入密封端面，将会划伤或加快密封端面的磨损，水垢和油污在轴（套）表面的堆积速度超过摩擦副的磨损速度，致使动环不能补偿磨耗位移，硬对硬摩擦副的运转寿命要比硬对石墨摩擦副的长，因为固体颗粒会嵌入石墨密封环的密封面内。对
29、策：对策：在固体颗粒容易进入的位置应选用碳化钨对碳化钨摩擦副的机械密封。76六六 机封正常运行和维护问题机封正常运行和维护问题1.启动前的准备工作及注意事项启动前的准备工作及注意事项 a.全面检查机械密封，以及附属装置和管线安装是否齐全，是否符合技术要求。b.机械密封启动前进行静压试验，检查机械密封是否有泄漏现象。若泄漏较多，应查清原因设法消除。如仍无效，则应拆卸检查并重新安装。一般静压试验压力用2-3公斤/平方厘米。c.按泵旋向盘车，检查是否轻快均匀。如盘车吃力或不动时，则应检查装配尺寸是否错误，安装是否合理。77 2.安装与停运安装与停运 a.启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的介
30、质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂。b.对于利用泵外封油系统的机械密封，应先启动封油系统。停车后最后停止封油系统。c.热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80度以下时，才可以停止冷却水，以免损坏密封零件。78 3.运转运转 a.泵启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。如连续运行4小时，泄漏量仍不减小，则应停泵检查。b.泵的操作压力应平稳，压力波动不大于1公斤/平方厘米。c.泵在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏。79 机械密封本身是一种要求较高的精密部件，对设计、机械加工、装配质量都有很高的要求。在使用机械密封时，应分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于各种泵的技术要求和使用介质要求且有充分的润滑条件，这样才能保证密封长期可靠地运转。谢谢大家！谢谢大家！结结束束语语
