公司内机械密封基础知识讲座ppt课件.ppt
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1、2022-8-121机械密封机械密封基础知识讲座基础知识讲座2022-8-122序序 言言 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
2、、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。 2022-8-123目目 录录一、一、机械密封原理机械密封原理二、二、机械密封的基本零件机械密封的基本零件三、三、机械密封的计算机械密封的计算四、四、机械密封用材料机械密封用材料五、五、机械密封辅助系统机械密封辅助系统六、六、机械密封性能的影响因素机械密封性能的影响因素七、七、石化行业典型泵的密封石化行业典型泵的密封八、八、机械密封的安装和使用机械密封的安装和使用九、九、机械密封故障分析机械密封故障分析十、十、补充内容补充内容2
3、022-8-124(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、机械密封原理一、机械密封原理2022-8-125(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2022-8-126(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)(
4、九)密封环的种类(十)整体式密封环二、机械密封的基本零件二、机械密封的基本零件2022-8-127(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2022-8-128(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、机械密封的计算三、机械密封的计算2022-8-1
5、29(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、机械密封用材料四、机械密封用材料2022-8-1210(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2022-8-1211(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
6、力确定五、机械密封辅助系统五、机械密封辅助系统2022-8-1212(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)(十四)轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择 (十五)十五)机械密封的冷却方式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2022-8-1213(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六、机械密封的安装和使用2022-8-1214(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
7、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、机械密封故障分析七、机械密封故障分析2022-8-1215(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2022-8-1216(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、补充内容八、补充内容2022-8-1
8、217一、机械密封原理一、机械密封原理(一)定义(一)定义(图图1-1)2022-8-1218 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。 2022-8-12191、 密封端面:动环、静环摩擦副2、 缓冲补偿机构:由
9、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(二)组成2022-8-1220 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
10、封点,密封圈与相配合件之间相对静 止)(三)密封机理(三)密封机理2022-8-12213、 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62022-8-1222 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
11、部分。 (四)辅助设施(四)辅助设施2022-8-12231、 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(五)机械密封的种类2022-8-1224(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
12、高速) (六)旋转式和静止式机械密封(六)旋转式和静止式机械密封(图1-2) 2022-8-12252022-8-1226(七)内装式和外装式机械密封(图(七)内装式和外装式机械密封(图1-3)2022-8-1227(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) 2022-8-1228(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
13、用) (八)内流式和外流式机械密封(八)内流式和外流式机械密封2022-8-1229(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(九)多弹簧和单弹簧机械密封2022-8-1230(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(十)平衡型和非平衡型机械密封 2022-8-1231(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 (
14、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(十一)补偿机构形式2022-8-1232 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(十二)双端面机械密封(图1-4)2022-8-1233 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(十三)串联式机械密封(图1-5)2022-8-1234 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
15、,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(十四)波纹管机械密封2022-8-1235 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(十五)集装式机械密封(图1-6)2022-8-1236二、机械密封的基本零件二、机械密封的基本零件(一)对摩擦副密封环的要求(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
16、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。2022-8-1237 (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2022-8-1238(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
17、)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(二)摩擦副匹配要考虑的因素2022-8-1239(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
18、下: (三)(三) 密封端面宽度密封端面宽度2022-8-1240 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)。 轴 径16355570100120宽系列2.53.04.05.06.07.0中系列2.02.53.04.05.05.0窄系列1.52.02.02.53.03.02022-8-1241()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
19、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(四)密封环的主要技术要求2022-8-1242 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(五)
20、摩擦副端面平面度检测2022-8-1243 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。 2022-8-1244(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)2022-8-124
21、5()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 2022-8-1246(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) 2022-8-1247 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: (六六)密封端面的粗糙度要求密封端面的粗糙度要求精车磨加工研磨抛光粗糙度3.20.80.40.2承载面积(%)4124095端面比压增加(倍)247.31.50.052022-8-1248
22、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。 2022-8-1249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
23、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)(七)动环(旋转环) 2022-8-1250 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(八)静环(不旋转不旋转)2022-8-1251 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(九)密封环的种类2022-8-1252(十)整体式密封环(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。2022-8-1
24、253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(十一)组合式2022-8-1254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(十二)热装式密封环2022-8-1255=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
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