泵选型(密封篇)43907.pdf
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1、1 第四章 泵的密封 概述 密封的功能是阻止泄漏,把起密封作用的零部件称之为密封件;把放置密封件部位称之为密封腔或密封室。带有辅助系统的复杂的密封,称为密封系统。静止部位的密封称为静密封,有相对运动部位的密封称为动密封。常用的动密封主要是旋转轴密封(离心泵轴密封)和往复杆密封,简称轴封和杆封。第一节 常用密封类型及应用 泵用密封的分类有多种方法,主要可以分成接触式、非接触式、组合式、全封闭密封四大类。一般来说,接触式密封的密封由于密封面接触,可以消除间隙或使密封间隙达到最小值,因此,可以达到很高的密封性能,但受材料的摩擦磨损限制,适用于密封面线速度相对较低的场合。接触式密封中按接触部位可分为径
2、向(圆周)密封和轴向(端面)密封;端面密封通常称作“机械密封”,是目前工业泵产品应用最广的密封型式。非接触式密封的密封的密封件不直接接触,无机械摩擦和磨损,适用于线速度较高的场合,工作寿命长,但密封性能较差,合理的设计也可达到“零”泄漏。非接触式密封包含迷宫密封、浮环密封、螺旋密封及端面动力(可控膜密封)。组合式密封可以兼有接触式密封和非接触式的优点,来满足高参数密封的要求,但结构复杂、系统庞大,故一般工业泵不采用此类密封型式。密闭式密封是用机壳或机罩将机器全部封闭住,全封闭式机泵的优点是无轴封,通常用于密封易燃、易爆、和剧毒介质。依据密封在泵产品中的使用特点、密封件的用途、机构特点、基本结构
3、指标和具体结构,可以将流体密封详细分类。见表 4-1 表 4-1、流体密封的分类 流体动密封的分类 接触式密封 类型 密封型式 密封方式 结构型式 径向密封 软填料 机械加压 编织填料、填料环 挤压型 弹性体变形 各种成型密封圈 端面密封 普通型 (弹簧型)单端面 非平衡型、平衡型 旋转型、静止型 内流型、外流型 双端面 背靠背、面对面 多端面 中间环、旋转型、静止型 2 窄环 刃口密封、锥面窄环密封 波纹管 焊接波纹管、压制波纹管、聚四氟乙烯波纹管、橡胶波纹管 非接触式密封 类型 密封型式 密封方式 结构型式 固定间隙密封 流体静压型 缝隙密封 节流套密封 迷宫密封 梳齿型(直列型、错列型、
4、斜齿型)、阻尼器密封 流体 动压型 泵送环密封 螺旋密封、副叶轮+停车密封 可控间隙密封 流体静压型 收敛型 锥面密封、圆弧面密封 径向台阶密封、孔口节流密封、过平衡型密封 流体动压型 周向雷列台阶型、周向斜面型、椭圆端面型 端面槽泵送型 螺纹槽型端面 凹槽型端面 圆弧槽型端面 人字槽型端面 叶型槽端面 组合式密封 类型 密封型式 密封方式 结构型式 多级密封及混合式密封 接触式+接触式 如多级机械密封 如多级填料密封 非接触式+非接触式 如多级迷宫密封 如多级流体动压或流体静压密封 非接触式+接触式 如机械密封+流体动力密封 如机械密封+浮环密封 密闭式密封 类型 密封型式 结构型式 密闭传
5、动 屏蔽型 如屏蔽泵 磁力驱动型 如磁力驱动泵 全封闭 如筒袋泵 泵类机械密封根据 JB/T4127.2-1999机械密封 分类方法按应用的主机、作用原理和结构、使用工况参数,以及轴径进行分类。见机械密封标准附录一。第二节 填料密封 一、填料密封的原理 填料装入密封腔后,经密封压盖轴向预紧力压缩,填料变形产生径向力,使之在内、外径方向与轴和填料涵涨紧,起到阻封作用(见图 4-1)。3 图 4-1 填料径向力分布图 由于填料组成的材质、结构及介质温度、粘度的不同,预紧力的大小不易掌握。预紧力过大,密封效果好,但磨损加快,温度升高,密封寿命短。预紧力小于介质压力值时,起不到密封作用。在对填料施加轴
6、向预紧力时,必须综合考虑填料的材料、结构、填料涵的材质、结构等因素及介质的温度、粘度等特性,选择最佳的预紧力值。在实际使用中,为了延长填料的使用寿命,往往进行强制注油并加装冷却装置(见图 4-2)。图 4-2 填料密封结构示意图 二、填料的材料 填料密封材料,一般都是由基本材料和辅助材料混合制造。填料制品的常用材料有:基本材料:天然纤维:如棉花、亚麻、苎麻、石棉、皮革、动物毛发等 合成纤维:如玻璃纤维、碳素纤维、聚四氟乙烯、其他合成纤维等 辅助材料(一般作为润滑剂使用):固体类:如云母、石墨、二硫化钼等 液体类:如润滑脂、矿物油、石蜡等 三、填料的选型 用于泵类的动密封填料,选型时必须考虑到填
7、料的性能、设备条件以及介质特性。可参考表 4-2 4 表 4-2 填料密封的选用 填料密封使用参数 旋转泵用填料 柱塞泵用填料 应用场合及介质 牌号 4001-2-3 5846 6026 6225 6230 6230S 6335 6426 6430 6011 6050 6030 名称 油浸棉 纱盘根 苎麻盘根 碳素纤维 编织盘根 膨胀四 氟盘根 GORE 石墨增强 四氟盘根 白色芳 纶盘根 芳纶盘根 K2 芳纶交织四氟盘根 A 石墨纤维编织盘根 膨胀石 墨盘根 高碳纤维 编织盘根 耐温性 0C-20+100-50+140-50+280-200+280-200+280-40+160-50+250
8、-100+250-100+250-40+450-200+500-60+500 耐温性 PH 值 68 212 212 212 014 014 113 212 212 212 014 014 耐介质性 压力 P bar 10 25 20 10 25 20 25 25 20 20 旋转泵(使用操作极限)线速度 m/s 10 12 33 10 20 20 25 25 20 20 旋转泵(使用操作极限)压力 P bar 20 100 250 250 50 100 往复泵(使用操作极限)线速度 m/s 1.5 1.5 2 2 2 1.5 往复泵(使用操作极限)水、工业用水、污水 海水 饮用水、食品、药品
9、 热水、锅炉给水、冷凝水 蒸气280 摄氏度 450 摄氏度 500 摄氏度 中性气体、煤气、空气、氮气 酸性气体 氢气 氧气 挥发性烃类、溶剂性气体 稀酸、无机或有机盐溶液 浓酸(有机或无机)稀碱、盐溶液 浓碱 油类、脂类、矿物油、动物脂 热传导油 溶剂、链烃和芳烃、醛类、醇类、氯烃、冷却剂 有机混合物、胺类、亚硝酸类 粘结剂、沥青、胶水 研磨剂、石灰、矿沙、固体颗粒 油漆、涂料、透平油 推荐使用,耐介质性好。可以使用,耐介质 第三节 机械密封 一、械密封工作原理 机械密封是解决旋转轴与泵壳之间密封的元器件。它是由一个或多个垂直于泵轴作相5 对滑动的端面在流体压力和补偿力(加载弹力)作用下,
10、保持端面贴合并配以辅助密封而达到阻止泄漏的机械装置。在各类叶片泵上得到广泛应用。机械密封的优点是:性能可靠、泄漏量小,使用寿命长,功耗低。能满足高温、高压、低温、真空、高速、及各类强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况条件的要求。二、机械密封的类型 在 JB/T4127.2-1999机械密封 分类方法标准中,主要是按应用的主机、作用原理和结构、使用工况、以及参数和轴径进行分类。1、按应用的主机分类很好理解,即以使用的主机区分密封类别,如泵用机械密封、风机用机械密封等。2、按作用原理分类时一般用于机械密封的研制过程。如背面高压式机械密封、背面低压式机械密封、流体动压机械密封、流体静压机械密封等。
11、3、械密封按工作参数分类(见表 4-3)表 4-3 按参数分类 按使用工况和参数分类 分类 参数 按密封腔温度范围分 高温机械密封 T 150 中温机械密封 80T150 普通机械密封 20T80 低温机械密封 T20 按密封压力程度分 超高压机械密封 P15MPa 高压机械密封 3P15MPa 中压机械密封 1P3MPa 低压机械密封 常压P1MPa 真空机械密封 负压 按密封端面线速度分 超高速机械密封 u100m/s 高速机械密封 25u100m/s 一般速度机械密封 u25m/s 按密封轴径分 大轴径机械密封 d120mm 一般轴径机械密封 25d120mm 小轴径机械密封 d25mm
12、 按密封介质分 耐颗粒介质机械密封 用于颗粒介质的机械密封 耐强腐蚀介质的机械密封 用于强酸、强碱及其他强腐蚀介质的机械密封 耐弱腐蚀、水、油介质的机械密封 用于水、油、有机溶剂及其他弱腐蚀介质的机械密封 按工作参数分 重型机械密封 满足下列条件之一:P3MPa,T20或 T150,d120mm,u25m/s 6 轻型机械密封 满足下列条件之一:P0.5MPa,0T80,d40mm,u10m/s 中型机械密封 不满足重型及轻型条件的机械密封 4、结构型式分类 机械密封按结构分类的基本型式有以下几种:4.1 单端面和双端面机械密封和串联机械密封 由一对密封端面组成的为单端面机械密封,由两对密封端
13、面组成的为双端面机械密封,由两套或两套以上同向布置单端面机械密封组成的机械密封为串联机械密封。单端面机械密封结构简单(图 4-3),制造成本低廉,安装、使用方便。一般用于,油、水、有机溶剂及若腐蚀性介质。图 4-3 单端面机械密封 双端面机械密封(图 4-4)多数用于易燃、易爆、有毒、含颗粒及润滑性差的介质,通常使用时需配备密封辅助系统,即在两端面间的密封腔中通入隔离流体,从而改善机械密封的润滑和冷却条件。图 4-4 双端面机械密封 串联密封(图 4-5)一般应用于高温、高压场合,可以通过多级密封及密封辅助系统对介质减压、降温,达到较好的密封效果。7 图 4-5 串联机械密封 4.2 平衡型和
14、非平衡型机械密封 能使介质压力在密封端面上卸载(载荷系数1)的结构型式称作非平衡型机械密封(图 4-3b)。平衡型机械密封可以通过结构设计,使密封端面承受较小的压力(端面比压小),能有效的降低端面的摩擦,减少摩擦热,有较高的承载能力,适用于较高压力条件下的密封。典型结构特点:密封部位的轴或轴套有台阶,但无台阶结构的不一定就是平衡型机械密封。非平衡机械密封,结构简单,一般使用在介质压力0.8Mpa 的场合。4.3 内装和外装式机械密封 内装式机械密封:静环装于密封端盖内侧的机械密封(图 4-3),内装式机械密封的密封元件均处于介质中,可以利用介质压力为密封端面提供密封力并由介质对密封进行润滑、冷
15、却,是常用德结构型式。外装式机械密封:静环装于密封端盖外侧的机械密封(图 4-6),因介质压力与密封弹簧力相反,一般使用在介质压力0.5Mpa 的强腐蚀、颗粒介质场合。一般说来,这种密封可以直观的看到端面运转情况,便于安装和维修。图 4-6 外装式机械密封 4.4 内流和外流式机械密封 密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力相反的为内流式机械密封(图 4-3),反之为外流式机械密封(图 4-6)。内流式密封由于离心力的作用可以阻止介质泄漏,是常用的结构型式。4.5 旋转式和静止式机械密封 8 弹性元件随轴一起旋转的为旋转式机械密封(图 4-3),弹性元件不随轴一起转动的为静止式机械密封(图 4
16、-7)。图 4-7 静止式机械密封 4.6 波纹管机械密封 按使用的波纹管材料不同,可分为橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管和金属波纹管机械密封。波纹管密封在轴上没有相对滑动,对轴无磨损,浮动补偿范围大,可在多种工况条件下使用。金属波纹管密封(见图 4-8),使用焊接(或成型)金属波纹管作密封的弹性元件,并可取消动环辅助密封圈,减少一个密封点,一般用在高温、低温条件下。聚四氟乙烯波纹管密封(见图 4-9),根据聚四氟乙烯材料的特性,这种密封大多在压力不高的强腐蚀条件下使用。橡胶波纹管密封(见图 4-10),价格便宜,应用广泛,但受材料限制,一般在常温80的条件下使用。见图 4-8 金属波纹管密封 见
17、图 4-9 聚四氟乙烯波纹管密封 9 见图 4-10 橡胶波纹管密封 4.7 接触式和非接触式机械密封 接触式密封是指密封端面动、静环接触的机械密封,图 4-3图 4-7 均为接触式机械密封。非接触式密封是指密封端面动、静环微观不接触的机械密封。包括:流体静压密封(图4-11a)、流体动压密封(图 4-11b)以及可控膜式机械密封。普通机械密封绝大多数为接触式机械密封,其结构简单、泄漏量小,但磨损和发热量大,不能适用于高压、高速等工况条件。非接触式密封由于密封端面不接触,工作时密封端面无磨损,发热量极小,可适用于高温、高压、高速等苛刻的工况条件,缺点是结构复杂,制造成本高,需庞大的辅助系统。a
18、.流体静压式机械密封 b.流体动压式机械密封 图 4-11 非接触式机械密封 三、泵用标准机械密封(一)符合 JB1472-94 标准的机械密封 该系列机械密封是 1972 年由当时的一机部和燃化部组成的泵用密封联合设计组为为我国化工泵专门设计的机械密封,也是我国第一个系列化标准机械密封系列。1994 年对该系列密封标准进行了修订。共 6 个系列。1、103 型机械密封 性能参数:压力:00.8Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:18120mm 10 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、非平衡型机械密封。弹簧有旋向要求。适用条件:介质:清水、油、弱酸、弱碱或有颗粒流体,
19、摩擦副以及辅助密封圈根据工况选用。103 型机械密封 主要生产厂:温州机械密封件厂、温州机械基础件公司、张家港市化工机械密封件有限公司、上海民联机械密封件有限公司、自贡机械密封件有限责任公司等 2、B103 型机械密封 性能参数:压力:01.6Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:18120mm 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、平衡型机械密封。弹簧有旋向要求。适用条件:介质:清水、油、弱酸、弱碱或有颗粒流体,摩擦副以及辅助密封圈根据工况选用。B103 型机械密封 主要生产厂:温州机械密封件厂、温州机械基础件公司、张家港市化工机械密封件有限公司、上海民联机械密封件有限公
20、司、自贡机械密封件有限责任公司等 3、104 型机械密封 性能参数:压力:00.8Mpa 11 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:18120mm 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、非平衡型机械密封。凸耳传动,弹簧无旋向要求。适用条件:介质:清水、油、弱酸、弱碱或有颗粒流体,摩擦副以及辅助密封圈根据工况选用。104 型机械密封 主要生产厂:温州机械密封件厂、温州机械基础件公司、张家港市化工机械密封件有限公司、上海民联机械密封件有限公司、自贡机械密封件有限责任公司等 4、B104 型机械密封 性能参数:压力:01.6Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:18
21、120mm 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、平衡型机械密封。凸耳传动,弹簧无旋向要求。适用条件:介质:清水、油、弱酸、弱碱或有颗粒流体,摩擦副以及辅助密封圈根据工况选用。B104 型机械密封 主要生产厂:温州机械密封件厂、温州机械基础件公司、张家港市化工机械密封件有限公12 司、上海民联机械密封件有限公司、自贡机械密封件有限责任公司等 5、105 型机械密封 性能参数:压力:00.8Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:18120mm 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、非平衡型机械密封。螺栓传动,弹簧无旋向要求。适用条件:介质:清水、油、弱酸、弱碱或有颗粒流体,摩
22、擦副以及辅助密封圈根据工况选用。105 型机械密封 主要生产厂:温州机械密封件厂、温州机械基础件公司、张家港市化工机械密封件有限公司、上海民联机械密封件有限公司、自贡机械密封件有限责任公司等 6、B105 型机械密封 性能参数:压力:01.6Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:18120mm 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、平衡型机械密封。螺栓传动,弹簧无旋向要求。适用条件:介质:清水、油、弱酸、弱碱或有颗粒流体,摩擦副以及辅助密封圈根据工况选用。13 B105 型机械密封 主要生产厂:温州机械密封件厂、温州机械基础件公司、张家港市化工机械密封件有限公司、上海民联机
23、械密封件有限公司、自贡机械密封件有限责任公司等(二)符合 ISO3069、DN24960、GB6556 标准的机械密封 1、单端面机械密封(1)102 型机械密封 性能参数:压力:00.8Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:18120mm 结构特点:内装、内流、单端面、多弹簧、非平衡型机械密封。拨叉传动,弹簧无旋向要求。外形尺寸符合 ISO3069、DN24960、GB6556 标准。适用条件:适用于非结晶的酸、碱、盐有机物等介质工况。型号说明:102U50 102U密封结构特点;50规格,系指回转机械安装密封部位的轴(或轴套)外径的公称尺寸为 50mm 102 型机械密
24、封 14 主要生产厂:大连博格曼有限公司 温州机械密封件厂 温州机械基础件公司 张家港市化工机械密封件有限公司 上海民联机械密封件有限公司等(2)106U 型机械密封 性能参数:压力:00.8Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:24120mm 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、非平衡型机械密封。拨叉传动,弹簧无旋向要求。外形尺寸符合 ISO3069、DN24960、GB6556 标准。适用条件:适用于非结晶的酸、碱、盐有机物等介质工况。型号说明:106U50 106U密封结构特点;50规格,系指回转机械安装密封部位的轴(或轴套)外径的公称尺寸为 50mm。106U 型
25、机械密封 主要生产厂:大连博格曼有限公司 温州机械密封件厂 温州机械基础件公司等(3)108U 型机械密封 性能参数:压力:00.8Mpa 温度:-20+120 转速:3000rpm 轴径:3570mm 结构特点:内装、内流、单端面、单弹簧、非平衡型机械密封。弹簧传递扭矩,弹簧旋向与泵轴旋向有关。外形尺寸符合 ISO3069、DN24960、GB6556 标准。适用条件:适用于非结晶的酸、碱、盐有机物等介质工况。型号说明:108U50 108U密封结构特点;50规格,系指回转机械安装密封部位的轴(或轴套)外径的公称尺寸为 50mm。108U 型机械密封 15 主要生产厂:大连博格曼有限公司 温
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