企业单位内机械密封基本知识讲座.ppt

2020/10/19,1,机械密封基础知识讲座,2020/10/19,2,序 言,机械密封最早于1885年在英国发明并获得专利，首先获得应用是在20世纪20年代的冷冻机装置上，同时出现了研究和生产机械密封的专业公司（英国的Crane公司、德国的Pacific公司等）。 我国在20世纪60年代才相继出现研究和生产机械密封的专业机构（天津克兰），目前已有四十年历史，在普通机械密封领域技术及产品日趋成熟，大部分地方已能替代进口产品，性能接近国外产品。目前国内具有规模的研究、生产厂家已有十余个，并在高参数密封及新技术方面取得一定突破。 机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。 机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式，对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。,2020/10/19,3,目 录,一、机械密封原理 二、机械密封的基本零件 三、机械密封的计算 四、机械密封用材料 五、机械密封辅助系统 六、机械密封性能的影响因素 七、石化行业典型泵的密封 八、机械密封的安装和使用 九、机械密封故障分析 十、补充内容,2020/10/19,4,（一）定义 （二）组成 （三）密封机理 （四）辅助设施 （五）机械密封的种类 （六）旋转式和静止式机械密封 （七）内装式和外装式机械密封 （八）内流式和外流式机械密封 （九）多弹簧和单弹簧机械密封 （十）平衡型和非平衡型机械密封,一、机械密封原理,2020/10/19,5,（十一）补偿机构形式 （十二）双端面机械密封 （十三）串联式机械密封 （十四）波纹管机械密封 （十五）集装式机械密封,2020/10/19,6,（一）对摩擦副密封环的要求 （二）摩擦副匹配要考虑的因素 （三）密封端面宽度 （四）密封环的主要技术要求 （五）摩擦副端面平面度检测 （六）密封端面的粗糙度要求 （七）动环（旋转环） （八）静环（不旋转） （九）密封环的种类 （十）整体式密封环,二、机械密封的基本零件,2020/10/19,7,（十一）组合式 （十二）热装式密封环 （十三）热装式密封环的过盈值选择 （十四）辅助密封圈 （十五）传动机构的作用 （十六）静环防转方式 （十七）机械密封的弹性元件 （十八）波纹管种类 （十九）焊接金属波纹管密封,2020/10/19,8,（一）补偿环的受力状况 （二）密封端面中液膜反力的分布情况 （三）液膜反力的计算 （四）易汽化介质中密封端面间的液膜压力分布 （五）膜压系数的影响因素 （六）弹簧比压的计算 （七）载荷系数K （八）端面比压 （九）波纹管的有效作用直径de （十）PV值,三、机械密封的计算,2020/10/19,9,（一）摩擦副材料要求 （二）制造摩擦副的常用材料 （三）碳石墨 （四）硬质合金WC （五）SiC陶瓷 （六）Al2O3 陶瓷及其它陶瓷介绍 （七）表面堆焊硬质合金 （八）作摩擦副的金属材料 （九）填充聚四氟乙烯 （十）辅助密封圈材料要求,四、机械密封用材料,2020/10/19,10,（十一）合成橡胶 （十二）柔性石墨（也称膨胀石墨） （十三）弹性元件材料 （十四）机械密封中基体材料,2020/10/19,11,（一）为什么机械密封要采用辅助系统 （二）什么是辅助系统 （三）自冲洗的形式 （四）循环冲洗 （五）注入式冲洗 （六）冲洗液进入密封腔的方式 （七）冲洗量的确定 （八）冲洗量的控制 （九）冲洗压力的确定 （十）密封腔中的压力确定,五、机械密封辅助系统,2020/10/19,12,（十一）对冲洗流体的要求 （十二）热油泵的冲洗液选择 （十三）烷基化装置中浓硫酸的冲洗液的选择 （十四）轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择 （十五）机械密封的冷却方式 （十六）辅助设施在何种工况下必须选用,2020/10/19,13,（一）安装机封的泵的技术要求 （二）安装密封前要了解泵及介质情况 （三）机械密封的安装 （四）泵的抽空和汽蚀,六、机械密封的安装和使用,2020/10/19,14,（一）摩擦痕迹大于端面宽度 （二）摩擦痕迹小于端面宽度 （三）硬环上无摩擦痕迹 （四）石墨端面出现均匀的环状沟纹 （五）石墨端面中间产生环状深沟 （六）石墨内缘磨损 （七）石墨环台阶过早全磨掉 （八）石墨环外缘出现缺口 （九）石墨环断裂 （十）石墨环出现蚀坑,七、机械密封故障分析,2020/10/19,15,（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹 （十二）其它故障简介 （十三）泵抽空密封失效现象 （十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象 （十五）密封端面汽化的失效现象 （十六）泵振动过大的失效现象 （十七）没有冲洗的故障现象 （十八）动环选材注意事项,2020/10/19,16,（一）机械密封标准介绍 （二）机械密封辅助系统 （三）机械密封的安装 （四）磁力密封介绍 （五）高压机械密封研制,八、补充内容,2020/10/19,17,一、机械密封原理,（一）定义（图1-1）,2020/10/19,18,机械密封是一种用于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，而构成的防止流体泄漏的装置。,2020/10/19,19,1、 密封端面：动环、静环摩擦副 2、 缓冲补偿机构：由弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、 波片弹簧、波纹管等）构成。（使贴合） 3、 辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各 种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等,（二）组成,2020/10/19,20,1、 4个密封点（亦称4个泄漏点，如图1-1） 泄漏点1摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持 贴和；（动密封点,两个摩擦副之间有相对转动） 泄漏点2 补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封； （静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动） 泄漏点3 非补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封； （静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止） 泄漏点4 压盖与腔体间的密封圈，依靠密封圈的过盈量实现 密封；（静密封点，密封圈与相配合件之间相对静 止）,（三）密封机理,2020/10/19,21,3、 原理 通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹 簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴 向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。由 于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行 补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补 偿，故机械密封比填料密封寿命长。,2、 传动关系 轴或轴套紧固螺钉5弹簧座4弹簧3补偿环1 压盖防转销8非补偿环6,2020/10/19,22,通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却 和润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄 漏量，延长使用寿命。应当把它看作机械密封的组 成部分。,（四）辅助设施,2020/10/19,23,1、 按使用条件分类 （1）高速密封（ZBJ22-001-88：线速度25100m/s）和普通密封 （2）高压和低压密封 （3）高温、常温和低温密封 （4）泵用、釜用和压缩机用密封 （5）耐腐蚀、抗颗粒机械密封 2、 通常按结构分类 多弹簧、单弹簧密封 旋转式、静止式密封 外装式、内装式密封 外流式、内流式密封,（五）机械密封的种类,2020/10/19,24,（1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。 （由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生不 平衡，而且消耗搅拌功率，所以不能用于高速） （2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。 （用于高速）,（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2）,2020/10/19,25,2020/10/19,26,（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）,2020/10/19,27,（1） 内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。 （用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合） （2） 外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。 （用于低压、腐蚀性强的场合）,2020/10/19,28,（一般和内装式、外装式一致）,（1）内流式：泄漏方向朝向轴心。（一般密封都采用这 种结构） （2）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大， 只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用）,（八）内流式和外流式机械密封,2020/10/19,29,（1）多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均 匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。 （2）单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不 均匀）不宜用于高转速的场合。,（九）多弹簧和单弹簧机械密封,2020/10/19,30,（1）平衡型：载荷系数K1.0 （用于高压场合） （2）非平衡型：载荷系数K1.0 （用于普通压力场合）,（十）平衡型和非平衡型机械密封,2020/10/19,31,（1）磁力：系统压力较低时用 （2）波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧 （3）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管,（十一）补偿机构形式,2020/10/19,32,两套密封面对面或背对背安装在一起。 用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。 两套密封之间形成一个密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的封液介质。,（十二）双端面机械密封（图1-4）,2020/10/19,33,两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降 低用于高压场合。,（十三）串联式机械密封（图1-5）,2020/10/19,34,去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改 至弹簧座处，补偿环追随性提高，而且避免了补偿环密封 圈因轴串、振动所产生的磨损。 金属波纹管用于高温介质，聚四氟乙烯波纹管用于腐 蚀性介质。,（十四）波纹管机械密封,2020/10/19,35,将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。安装方便，排除了安装不良的影响。（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测）,（十五）集装式机械密封（图1-6）,2020/10/19,36,二、机械密封的基本零件,（一）对摩擦副密封环的要求,摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度 上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本 要求。,（1）足够的强度和刚度 保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损 坏，变形小，工作条件波动时影响小。 （2）端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。,2020/10/19,37,（3）耐热冲击力 高的导热系数，低的线膨胀系数。 （4）较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有 很好的浸润性短时间干摩擦，不损伤端面。 （5）易加工，材料成本低,2020/10/19,38,（1）一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，如 YG6/M106K，只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高时才选用硬对硬。 （2）尽量采用内装、内流式结构，防止机械杂质进入密封 端面，减少泄漏量。 （3）选导热性良好材料作动环。 以利散热，降低端面温度。 （4）环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散 热（导热欠佳的材料，可薄一些）。 （5）动环和轴（轴套）间隙A11（0406）以利补偿 静环和轴（轴套）间隙13mm以免摩擦,（二）摩擦副匹配要考虑的因素,2020/10/19,39,（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径窄环外径 0.5，宽环内径窄环内径0.5；,（2）泄漏量与摩擦副端面宽度关系不大,（3）窄的端面摩擦热少，温度梯度小，热变形小，磨损均匀；,（4）从受力角度出发，窄的端面整体强度和刚度差，易损坏 或变形。因此应综合考虑。对于普通密封，端面宽度推 荐值如下：,（三） 密封端面宽度,2020/10/19,40,宽系列用于组对性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、 工况条件好的场合 窄系列用于组对性能欠佳（如YG6/YG6、YG6/青铜）、 饱和蒸气压高、易挥发、颗粒介质，高速机械密封，（对 于轻烃介质，在强度够的情况下，取窄系列）。,2020/10/19,41,（）平面度0.0009，硬质0.2，软质0.4，表 面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷。 （）密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按 的级精度要求。 （）安装辅助密封圈处粗糙度：3.2，径向尺寸公 差或。 上述要求是对普通机械密封而言，对转速较低的釜用 机械密封可适当放宽标准，对高速机封要求更高。,（四）密封环的主要技术要求,2020/10/19,42,平面度0.0009，普通量具无法检测，通常利用光波的干 涉效应来检测。 （1）光波的干涉效应 根据波动学原理，两波产生干涉的条件是： （a）两波在相遇点振向一致； （b）两波具有相同的频率； （c）两波在相遇点有固定的周相差 。（两个同样的钠光灯 不行，只有用同一光源发出的光设法分成两束，才 满足相干条件）,（五）摩擦副端面平面度检测,2020/10/19,43,满足相干条件的两束光的叠加效果是：在波程差为波长 整数倍的地方，光强度加强；在波程差为半个波长的奇数倍 的地方，光强度减至零（变暗）。这就是光的干涉原理。,2020/10/19,44,（2）平面度检测原理 设入射角i=0，e为气膜厚度（即是被检测面上点到平 晶的距离），为光波波长，为光的波程差，那么 =2e/2 当=k时，被检测面上点变暗； =(2k1)/2 ，被检测面上点变亮 ；（其中k=0,1,2,3,4,， k为整数） 由以上公式可以得出下面结论： （）相邻两条光带所对应两点的气膜厚度差（高度差） 为/2，（对于钠光灯=0.589m，/20.3m）,2020/10/19,45,（）相邻两条光带宽b=/2Sin，（为空气膜倾斜角） （）当e=0时，=/2（半波损失），出现暗条纹；,（1）合格光带举例,2020/10/19,46,（2）平面度检测器（图2-3）,平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系数为1.516的光学玻璃制造。表面平面度0.1m(2级)，0.03m (1级)。 光源:钠光灯(=0.589m),2020/10/19,47,密封端面承载能力与表面粗糙度有很大关系，大约有 如下关系：,（六）密封端面的粗糙度要求,2020/10/19,48,由此可以看出，密封端面粗糙度应在0.2以上，否则， 端面比压比理论值高的多，结果是高点接触，局部压力很 高；由于摩擦副的硬度、刚度的差异，局部高点发热甚至 产生裂纹。石墨环表面磨出细微的环状沟纹。泵的振动和 动、静环的不同心会加剧这种磨损。被磨掉的颗粒存在于 端面中，形成磨粒磨损，磨损加剧，有时在泄漏的介质中 可以看到石墨黑浆。,2020/10/19,49,非补偿动环（只旋转，不能补偿，其后无弹性元件。) 补偿动环（既旋转，又作轴向补偿，其后有弹性元件。) （）辅助密封圈受轴向力，轴向、径向都起密封作用，这 种密封方式较为可靠。 （）辅助密封圈只受径向力，易产生老化、冷流变形，从 而导致密封失效。 （）波纹管：无作轴向补偿的辅助密封圈，因此，浮动 性好，密封圈不易失效。,（七）动环（旋转环）,2020/10/19,50,非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式： 浮装式、托装式、夹固式。 补偿静环（不旋转只补偿）：其辅助密封圈情况和补 偿动环基本一致。,（八）静环(不旋转),2020/10/19,51,整体式（用同一种材料制造）、组合式（如镶嵌）、 表面堆焊、表面喷涂,（九）密封环的种类,2020/10/19,52,（十）整体式密封环,各个部位性能均匀一致，最常用的有：石墨、SiC、钴 基硬质合金、镍基硬质合金、NiCr基硬质合金、陶瓷等。,2020/10/19,53,整体环价格高，加工困难，因此出现组合式密封环。 组合式包括： （）热装式 （）带密封圈式（无组合应力、无应力变形；开槽、打 孔麻烦，多一泄漏点）,（十一）组合式,2020/10/19,54,优点：结构简单，性能优异，价格较低，运用较多。 缺点：（）因过盈接触不均匀，而产生机械变形。 （）两种材料线膨胀系数不一致，当温度变化 时，过盈量变化，会产生应力变形。,（十二）热装式密封环,2020/10/19,55,=Dp（12）T 式中 ：工作温度时的过盈量 ：常温过盈量 Dp：镶嵌直径 1：座线胀系数 2：环的线胀系数 T=工作温度常温（20。C） （YG6：4.5106 1/。C 1Cr18Ni9Ti：16.6106 1/。C 3Cr13：11.5106 1/。C） （1）在满足传递扭矩的情况下，取最小过盈值；,（十三）热装式密封环的过盈值选择,2020/10/19,56,（2）由上式，当使用温度为300C时，对 YG6/1Cr18Ni9Ti，过盈量为： = Dp（16.64.5）106（30020） =3.4103 Dp （以便记忆） （3）长期放置的镶嵌环，使用前要检查平面度； （4）对大直径、高转速(环座产生离心力)、弹性模量小 的材质(4J42、钛合金)，过盈量可相应大一些。 （5）高温200C以上少用热装式结构，否则要核算过 盈量。,2020/10/19,57,（1）材料要求 （）在工作温度下耐介质腐蚀 （）足够的弹性 （）有一定强度(柔性石墨因强度差，使用场合受到限制) （）耐磨 （）易加工、价格低 （2）种类 （）按材料分：合成橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨等； （）按截面形状分：矩形、V形、楔形、包四氟形等；,（十四）辅助密封圈,2020/10/19,58,把轴或轴套的运动方式(旋转)传递给动环，一般是通过 键、紧定螺钉、传动螺钉、销、R槽、拨叉、弹簧、波纹管 等的组合来传递运动。 （1）紧定螺钉（顶丝）传动：在轴表面划凹坑，否则易打 滑失效，特别当直径较大和温度较高时。 （2）键台阶传动 （3）拨叉传动（一边开槽一边伸爪） （4）并圈弹簧传动（弹簧旋向必须和轴旋向一致）,（十五）传动机构的作用,2020/10/19,59,（5）销钉传动 （6）凸耳传动 （7）勾圈弹簧传动 （8）波纹管传动 （9）螺帽固定,2020/10/19,60,（1）浮装式（可以在轴向、径向设计防转销） （2）托装式(一般小扭矩可不用销，要注意端面垂直度) （3）夹固式(浮动性差，注意端面垂直度) （4）防抽空(前加卡环),（十六）静环防转方式,2020/10/19,61,螺旋压缩弹簧 锥形弹簧：轴向尺寸较小 碟形弹簧：轴向尺寸小 波片弹簧：轴向尺寸小 并圈弹簧、带勾弹簧：双功能(弹力、传动) 波纹管：三功能(弹力、传动、密封),（十七）机械密封的弹性元件,2020/10/19,62,橡胶波纹管：用于中性介质：水、油，压力、温度都不高 的场合； 聚四氟乙烯波纹管：用于腐蚀性介质，酸、碱； 金属波纹管：用于高温、高速(追随性好)。,(十八)波纹管种类,2020/10/19,63,（1） 制造 采用厚度为0.1-0.2mm的沉淀硬化不锈钢薄带(AM350、0Cr17Ni17Ti、0Cr15Ni17Mo2Al、INCONEL-X-750及Ti合金、Hasterlloy C-276等)冲压成截面为S形的片状环形件，再焊接成型(用微束等离子焊)。 沉淀硬化不锈钢焊接后须经热时效处理，将奥氏体转变为马氏体，并使马氏体中析出金属化合物，沉淀出硬化相，从而获得高强度、较高的塑性及屈强比（S/D0.80.9）。 例：AM350 热失效：真空炉850C进行淬火处理，再进行80C的低温处理(制冷剂F12)，以达到增加弹性、稳定尺寸的目的。,（十九） 焊接金属波纹管密封,2020/10/19,64,（2）特点 焊接金属波纹管密封不用会产生较小滑移的辅助密封圈，使用温度范围广：200600C。高速下对轴的振动、振摆适应性强，追随性好。,（3）弹率(即刚度N/mm) k=Et3（d1d2）/2nB3d2/d1,E：工作温度下弹性模量（N/mm2）：,AM350： 1.75106(315.6C)、 INCONEL：2.14106(26.7C)、1.59106(649C)、 17-7PH： 2.0106(21.1C)、 Ti： 1.31106(196C)、1.14106(23.9C)、 0.70106(538C)。,2020/10/19,65,t：波片厚度mm n：波数 d1/d2：管子内外径mm B：波纹管片宽（d2d1）/2 公式中未考虑波片断面形状，具有一定误差，实际 生产中用弹簧测力计测弹率。,2020/10/19,66,八、机械密封的安装和使用,据国内某炼油厂的一份密封失效统计数据表明： 密封本身问题（镶环不佳14，动环硬度不够9，K太大6，材质不对3，静环垫太紧3，密封面不平2，密封面太窄2）占34.5%。 辅助设施问题（没有冲洗23，冲洗管堵塞1，冷却水结垢3）占23.9%。 介质及工作条件不好(腐蚀加磨损10，有固体颗粒6，抽空4，密封面结冰4，密封面结晶3,粘度太大2)占25.7%。 泵的问题(串轴4，振动大3，压盖垫坏2，密封箱面不平1)占8.8%。 安装问题(轴套垫漏5，压缩量小3)占7.1%。 后三项属于安装和使用的原因,合计占41.6%。 因此,必须认识安装和使用的问题。,2020/10/19,67,（一）安装机封的泵的技术要求,1 转子部分 （1）轴径向跳动0.030.05mm 转子径向跳动：叶轮口环0.060.10 轴套等部位0.040.06(小直径对小值，大直径对大值) （2）叶轮应找静平衡,在3000r/min工作的叶轮,不平衡量应小于下表规定,2020/10/19,68,（3）属于下列情况之一者还需检查转子的动平衡 单级泵的叶轮直径超过300mm 两级泵的叶轮直径超过250mm 允许剩余不平衡量可用下式计算 剩余不平衡量：max=635w/n W：轴颈的质量Kg n：泵转 速r/min （4）对于弹性柱销式及其他用铸铁制造的联轴器，当直径 超过125而总长度超过300mm时也需进行动平衡校验，允 许剩余不平衡值仍用上式计算，式中w应为联轴器的质量。,2020/10/19,69,2、各部件相对位置公差 密封腔与轴的同轴度0.1mm(即轴的径向跳动) 密封腔端面与轴的垂直度0.05mm 转子的轴向串量0.30mm 压盖与密封腔配合止口的同轴度0.1mm 3、与电机的同心度 电机单独运转时，其振幅不超过0.03mm 工作温度下泵与电机的同心度：轴向0.08mm，径向0.10mm 立式泵采用的刚性联轴器同心度：轴向 0.04mm,径向0.05mm 4、泵运转时双振恒值最大不超过0.06mm,2020/10/19,70,（二）安装密封前要了解泵及介质情况,1、泵型号及结构、支承方式(悬臂或双支承)、转速、转向及泵安装方面的情况。 2、泵内介质性质：如粘度、润滑性、汽化压力、腐蚀性以及是否含机械杂质、出现结晶等。 3、泵的工作情况：工作温度、进出口压力，密封箱中的压力、温度，采取何种辅助设施，泵运转中的振动，泵是连续还是间断运转等。 了解上述情况后，再检查配备的密封型式、结构参数、零件材料以及辅助设施是否合适。一旦密封失效，对分析原因也是必须的。,2020/10/19,71,（三）机械密封的安装,安装步骤 （1）静环装入压盖，并检查端面与压盖定位面平行度（如 图8-1用深度尺测四周l，max-min即为平行度）液态烃 介质：0.02 油类介质：0.04,图 8-1,2020/10/19,72,（2）动环和传动座的装配 （3）机封定位并紧固传动座(定位很重要,要保证压缩到工作 高度) （4）装上带静环的压盖。静环及压盖内孔与轴外圆间隙沿圆 周误差0.1，拧紧压盖螺栓，四周均匀用力,偏斜度 0.04。 （5）盘车检查压盖、静环与轴是否有摩擦，感觉应均匀， 轻快 （6）安装辅助设施 （7）打开泵入口阀，引入介质试静压，检查密封性。再缓慢 盘车逐渐加快，一方面检查泄漏情况，另一方面排出密 封腔中气体（很重要），最后等待开车。,2020/10/19,73,（四）泵的抽空和汽蚀,抽空：泵启动前没灌泵、进空气、液体不满或介质大量汽化，这种情况下，泵出口压力近于零或接近泵入口压力，泵内压力降低。这叫抽空。抽空会让泵内接触零件和机械摩擦副发生干摩擦或半干摩擦，加剧磨损或零件移位而损坏泵及密封。 汽蚀：正在运转中的泵，由于泵内各点压力及温度的差异，介质中溶解的气体溢出或介质组分的局部汽化，同时在另外某些处又不断溶解和凝聚，导致泵内产生高速、高压、高频的水力冲击，这叫汽蚀。汽蚀使泵发出噪音，泵体振动，出口压力大幅波动，严重时损坏泵的某些零件：如叶片出现麻点或蜂窝状，叶轮耐磨环磨损或脱落，叶轮锁紧螺母松动，甚至断轴，抱轴等，机封发生失效及至损坏。,2020/10/19,74,防抽空和汽蚀办法： 1、从工艺操作上减少（从稳定工艺操作条件入手） 泵的吸入管径应适当加大并尽量减少阻力损失；灌注高度要足够；吸入管路应防止气体的留存；一旦出现气体要能返回塔器，为此在进泵前需加一气体返塔的管线。 从工艺操作上,温度宜取下限，压力宜取上限，塔底液面不可过低，泵的流量要适中，尽量减小压力和温度出样较大变化。对入口压力是负压的备用泵入口阀门应关闭。 影响压力、温度的因素很多，单纯通过工艺操作避免抽空和汽蚀是不可能的。 2、注入式冲洗是解决汽蚀和抽空的有效措施,2020/10/19,75,3、从机械密封结构入手 从密封结构无法避免汽蚀的产生，但可以减少汽蚀 对密封的危害。 减少摩擦热，密封面直径尽量小，宽度尽量窄；选 材要有好的自润滑性能和低的摩擦系数。静环采用夹固 式或增加限位压板。采用平衡型机封（降PV值降摩擦 热，动环限位等）或用其他限位方式。,2020/10/19,76,九、机械密封故障分析,（一）摩擦痕迹大于端面宽度,1、泵运转时振动太大（使动环运转中产生径向和轴向振 摆，液膜厚度变化大，有时密封面被推开，造成泄漏量 增大）。 2、窄环与轴不同心（静环压盖止口间隙太大，因自重下 沉）。,2020/10/19,77,（二）摩擦痕迹小于端面宽度,1、窄环内缘高，外缘低，端面间隙呈收敛形 液膜压力增大，P比减小，造成泄漏（如果润滑条件好， 长期不易跑和至正常）。 2、窄环外缘高，内缘低，端面间隙呈喇叭形，液膜压力 减小，P比增大（如果润滑条件好，较快跑和，可用， 但润滑条件差，会加剧磨损，很快失效）。 3、摩擦痕迹不连续，或局部接触，有时出现大半圆（俗 称马蹄形）产生泄漏（硬环不平，有可能是热应力变 形）。,2020/10/19,78,（三）硬环上无摩擦痕迹,1、传动装置和轴（或轴套）打滑（如顶丝在高温下松动） 2、端面未贴和，安装失误 3、镶嵌环在高温下松脱,2020/10/19,79,（四）石墨端面出现均匀的环状沟纹,1、端面液膜汽化，介质工作温度高，摩擦热产生汽化。 2、端面高温使浸树脂石墨性能下降。 3、非平衡型机械密封，K大，PV值高，大量摩擦热产生汽化。 4、介质润滑性不良（液态烃、热水）。 5、抽空和汽蚀，引起干摩擦或半干摩擦，使沟纹深一些,2020/10/19,80,（五）石墨端面中间产生环状深沟,端面过热过载（易发生在温度较高的柴油泵非平衡机械密封上），石墨撕裂附在硬环上磨损石墨，发生粘着磨损。,2020/10/19,81,2020/10/19,82,（六）石墨内缘磨损,高温泵密封，压盖通冷却水，高温下冷却水结垢，磨 掉石墨内缘，同时动环堵塞，无补偿性。（改用软化水 或低压水蒸气）,2020/10/19,83,（七）石墨环台阶过早全磨掉,1、介质润滑性差（如丁烯等），非平衡型机械密封， 无冲洗、冷却。 2、石墨质量差，质地粗，不耐磨。,2020/10/19,84,（八）石墨环外缘出现缺口,冲洗量过大，冲洗孔正对着石墨，石墨环被冲蚀出现缺口。,2020/10/19,85,（九）石墨环断裂,1、轻烃类介质 直径较大，没有冲洗等辅助设施，PV值大，摩擦热不 易散失，密封面间汽化，使石墨环温度升高。因石墨传热 好，使辅助密封圈升温膨胀（PTFE），挤压力大。同时密 封端面附近存在膨胀热应力。二力作用，使石墨断裂。 2、平衡型密封，由于安装失误，轴套台阶顶住动环台 阶，轴向力太大，造成石墨断裂。,2020/10/19,86,2020/10/19,87,（十）石墨环出现蚀坑(大小不等15mm，形状不规则),多发生在高粘度介质（如100左右的渣油）泵上，因 表面受挤压应力，同时又处于滑动状态。石墨表面内部受剪 切应力。粘度越大，摩擦力越大，剪切应力越大，当超过石 墨强度时，表面发生剥落，表现出来就出现蚀坑。,2020/10/19,88,（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹,2020/10/19,89,密封面上有环状沟纹是由于密封表面汽化的结果（密 封腔中仍为液态），那么，表面灼伤，产生热裂纹则是密 封腔中液体已经汽化或抽空，即摩擦副属于干或半干摩擦， 表面温度急剧升高，摩擦副过热，一旦液体重新出现，摩 擦副被急剧冷却，产生很大的温度应力。对于导热性好和 强度高的材料（如WC），出现擦亮和变色的痕迹。有时在 密封表面出现裂纹，对导热性差，强度低的材料（堆焊） 表面出现径向裂纹。 无论哪中材料在环表面都会出现环状 沟纹。,2020/10/19,90,（十二）其他故障简介,1、镶嵌环松脱 在高温泵（或PV值高的场合）镶嵌环易松脱产生泄漏。如介质为重油、渣油等，环与座之间有油渍，但磨损小（因润滑性好），如介质是汽油，液态轻，环与座之间有磨损，但无油渍。 2、辅助密封圈失效方式 （1）如图，镶嵌环松脱，端面磨损。 （2）4FV圈唇部卷边（密封腔汽蚀产生。） （3）4F由白色变成灰黄色，两件粘在一起；橡胶出现龟裂 粘在密封环上。（泵抽空，密封面干摩擦所致）。 （4）仅仅靠径向密封的密封圈，使用过程中，橡胶老化失 弹，4F冷流变形，失去过盈量造成泄漏。,2020/10/19,91,2020/10/19,92,3、传动机构失效 密封的传动件常常是紧定螺钉，传动螺钉，传动销，凸缘，拔叉，甚至是单只大弹簧，造成他们的失效常常是： （1）高温使其松动； （2）泵的汽蚀或非补偿环安装倾斜,造成振动冲击磨损； （3）端面比压过高或频繁大幅波动； （4）组对不当（易咬合）使摩擦系数高，润滑性不好； （5）开、停车频繁或受力过大。,2020/10/19,93,4、弹簧断裂 （1）设计不当（弹簧指数过小，c=D/d应4（58）、 材料缺陷、制造不良、疲劳裂纹扩展造成。 （2）应力，腐蚀断裂。 （3）过载断裂。 5、轴套（靠补偿环密封圈处）出现麻坑 （1）泵内介质汽蚀 （2）非补偿环安装倾斜。这两种原因会导致振动，密封 圈轴向振动频率过高使轴套产生麻坑。,2020/10/19,94,6、焊接金属波纹管故障 （1）高温失弹，高压破裂 （2）波片之间结焦、积碳，堵塞失弹（不能用于结焦、积 碳和有结晶析出的泵中） （3）外装式弹率小，打开端面,2020/10/19,95,（十三）泵抽空密封失效现象,泵抽空是指叶轮内发生汽蚀或泵内没有液体，以及漏 进气体或液体汽化。此时，密封处于干或半干摩擦状态。 1、石墨环表面出现可目测的环状沟纹 2、硬环（堆焊或喷涂）表面出现径向裂纹 3、硬环（WC）出现环状沟纹，有时出现径向裂纹或断裂 4、辅助密封圈变质（橡胶老化，龟裂、4F变灰黄色，严重 时两件粘接在一起） 5、热装式环脱落,2020/10/19,96,（十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象,密封腔汽蚀指在机封周围产生激烈的水力震荡，带动密 封件发生迅速的轴向往复运动，使密封遭到严重破坏，比 泵抽空要严重得多。其失效现象，包括泵抽空产生的现象， 另外，还有以下现象： 1、静环离位或防转销打弯 2、4F-V圈唇部卷边 3、动环被抽到传动座中卡住，弹簧失去作用。 4、摩擦副中脆性材料（如SiC）因敲击出现片状剥落,2020/10/19,97,（十五）密封端面汽化的失效现象,端面汽化是由于PV值过高，或高温泵没有辅助设施，或冲洗中断（过滤网堵塞），以及高温泵冷却夹套水结垢，冷却能力下降，泵入口压力下降引起密封腔中压力下降，在轻烃泵中轻组分的含量增加都可能产生端面汽化。密封腔中仍充满液体没有发生汽蚀，也没有发生泵的抽空，其失效现象是： 1、石墨环端面有均匀细小的环状沟纹 2、硬环、堆焊也出现沟纹 3、WC环表面有局部擦亮，在热水和轻烃介质中有时也出现 沟纹 4、硬环表面粘结小块石墨，该小快石墨将石墨环表面磨出 深沟。,2020/10/19,98,（十六）泵振动过大的失效现象,泵振动过大没有明显失效现象，但对密封的可靠性和 使用寿命有很大的影响，其程度取决于振动的程度。 1、密封工作不稳定，有时两端面打开（尤其是平衡型机 封），泄漏量大，缩短使用寿命。 2、机械杂质易进入端面，加剧磨损。 3、摩擦痕迹大于端面宽度。 4、轴套和辅圈磨损加快。 5、传动机构易损坏失效。,2020/10/19,99,（十七）没有冲洗的故障现象,1、摩擦热不能及时导走，摩擦副温度高，密封端面易汽化， 工作不稳定，易失效； 2、密封腔机械杂质易进入端面，端面出现沟纹而失效； 3、泵叶轮内汽蚀或泵抽空时，易损伤密封； 4、密封腔少量汽化时，很易发展成汽蚀，使密封严重损坏 （如果有注入式冲洗，可以避免）； 5、弹簧周围淤积杂质，堵塞失弹； 6、有些备用泵长期不运行，密封腔内淤塞，致使盘车不动。,2020/10/19,100,（十八）动环选材注意事项,1、导热系数高于静环（动环有转动热），有利于热量散失， 否则端面温度高，使用寿命短； 2、在腐蚀很小场合，尽量不用喷涂陶瓷（导热性差，易产生裂纹），特别在液态烃中禁止使用； 3、在没有冲洗的密封中，尽量不选堆焊及耐磨性低的材料，因为表面易出现沟纹，使用寿命短； 4、高温泵冲洗不佳密封，尽量不用热装环，即使用，选线膨胀系数一致的材料； 5、钴基WC在酸性介质中， 耐蚀性差而寿命短； 6、直径较大的密封（90），由凸缘传动的动环不用WC，改用石墨或SiC（磨损小）。,