机械密封的产生及发展-final

1、交流大纲1机械密封的历史发展进程2国内密封发展史3机械密封应用技术4 机械密封发展方向和趋势1机械密封的历史发展进程机械密封的历史发展进程1885年在英国以专利形式出现的1900 首次出现的简单的端面机械密封，解决了机器制造业中转轴密封问题。同惯用的填料密封相比，无论在功能上还是构成原理上，机械密封都有着明显的先进性。然而，由于当时缺乏合适的材料和加工机床，尽管这种密封结构有很多优点还是没有发挥其效用。1920年，由于新工艺和新材料的出现，在提高了使用可靠性和寿命，降低了制造成本之后，机械密封才逐渐在许多冷冻装置上得到较多的使用。1930年以后，机械密封用于内燃机水泵的轴封。机械密封的历史发展

2、进程第二次世界大战之后，机械密封在美国得到了迅速普及。1961-1963 年由于原子能工业要求，在结构上出现了流体动压密封和流体静压密封。1971-1974年由于宇航和核电方面的特殊要求在结构上出现了多级密封。1977年由于核电方面的特殊需要采用螺旋-机械密封组合密封、改进的中间浮动环密封等、浮环-机械密封组合密封等。1980-1990年随着人们环境保护意识的提高，研制出了“零泄露“零溢出”机械密封。国内机械密封的发展史与国外相比国内机械密封应用起步较晚与国外相比国内机械密封应用起步较晚国内机械密封发展史1965年兰州厂、沈阳水泵厂等单位首先试制泵用机械密封，1966年天津机械密封件厂开始生产

3、机械密封。1970械工业部、石油部、化工部所属科研、生产、使用单位组成联合设计组，参考了国外先进结构，联合设计了“系列泵用机械密封”。1975年，机械工业部颁布了“泵用机械密封标准”。1978年化工部批准发了“釜用机械密封标准”。为了提高产品质量，加速密封技术的发展。1980年以后陆续引进英国John crane有限公司、美国seal密封， ，西德Burgman公司热流体动力型机械密封，日本Eagle公司反应烧结碳化硅密封环，通过攻关优化引进技术，使机械密封在品种、材料、技术参数等方面都提高到一个新的水平。1993年国家颁布了标“GBT14211一1993机械密封试验方国家机械工业局修订了“机

4、械密封技术条件”和“机械密封分类方法”，为机械密封产品接近国外先进水平提供了保证。机械密封应用技术表面改型技术、组合密封技术表面改型技术、组合密封技术 可控机械密封技术可控机械密封技术机械密封应用技术 在一百多年的研究过程中，人们在认识机械密封机理的同时成功地利用密封机理设计制造了机械密封产品，并将产品应用于石油化工、水力电力、医药食品、航空航天及核工业等多项领域。 目前先进的机械密封应用技术主要有: 1.表面改形技术 2.组合密封技术 3.可控机械密封技术表面改型技术端面开深槽流体静压型机械密封端面开深槽热流体动力楔型机械密封润滑槽密封干气密封和上游泵送密封表面改形技术 表面改形技术就是通过

5、在密封端面上开出各种形式的槽来改善端面间的润滑状况，从而实现机械密封的长寿命运行。 按开槽的深度分为开深槽和开浅槽两大类 表面改形技术 此种机械密封是在密封端面上开出几组深度达几毫米的凹槽或孔和压力介质引入孔，将密封流体或外界润滑流体引入密封端面，实现对密封端面的充分润滑和冷却。由于压力介质的引入，使得两端面分开成为非接触型机械密封，广泛应用于高压、高速、高温等普通机械密封难以胜任的工况。端面开深槽流体静压型机械密封表面改形技术 此种机械密封是在密封环上部开出深度为l一2mm的周向沟槽，在力变形和热变的作用下，密封面上产生周向波度和径向锥度，称之为热流体动力楔，波度的波幅为微数量级。此类密封为

6、非接触型机械密封。与端面开深槽流体静压型机械密封相比，热流体动力楔机械密封最明显的特点是泄漏量小。端面开深槽热流体动力偰型机械密封端面动压槽表面改形技术 “润滑槽” 就是在密封面上沿切线方向刻出窄槽。当流体流经密封面时，这些槽能改善流体在密封面上的压力分布，有助于保持端面间的液膜稳定并防止液膜汽化。润滑槽密封表面改形技术 干气密封和上游泵送密封都属于端面开浅槽机械密封。 干气密封即“干运转气体密封”。是将开槽密封技术用于气体 密封。运转中所形成的气膜完全阻塞了相对低压的密封介质泄 漏通道，实现了密封介质的零泄漏或零逸出。这种密封运行无 磨损，功耗小；泄漏量小，结构相对简单，无需复杂的封油系 统

7、，安装维护费用低；系统可靠，可实现长周期稳定运行。在 国外，这一技术已经获得了广泛应用。干气密封和上游泵送密封表面改形技术 上游泵送密封的工作原理和结构与干气密封类似。不同之处在于，上游泵送密封的端面流体动压槽是把由高压侧泄漏至低压侧的介质重新反输送至高压侧，以消除密封介质由高压侧向低压侧的泄漏。 上游泵送概念是20世纪80年代中期提出来的，进入90年代后对上游泵送机械密封的研究逐渐增多。由于研究开发工作起步较晚，对其性能特征还缺乏全面的认识。组合密封技术非接触式密封与接触式密封混合组合接触式密封与接触式密封组合组合密封技术 随着现代工业的飞速发展，对密封的要求越来越高，单一的一种密封有时难以

8、满足苛刻的工况条件。将几种密封组合起来，利用其各自优势，使其充分发挥作用，已成为密封行业目前广泛应用的技术。 组合式机械密封的型式主要是非接触式密封与接触式密封混合组合或接触式密封与接触式密封组合两大类。 在高参数或条件苛刻的情况下，采用机械密封与浮环密封、螺旋密封或迷宫密封的组合密封形成工作。 在组合密封中，机械密封主要起防漏作用，而其他型式的密封起节流阻滞作用。据统计，20世纪70年代以来，由国外引进的大型石化装置中，机械一浮环组合密封越来越多，涉及化肥、炼油、乙烯、化工等领域。组合密封技术 机械一干气组合密封主要用于中、高压条件下，第一级密封为机械密封，密封介质为液体；第二级密封为干气密

9、封，密封介质为第一级密封泄漏的微量介质和外部引入的惰性气体。其特点是机械密封作为主密封对工艺介质进行密封，干气密封作为辅助密封为主密封提供背压。可控机械密封技术机械密封监控系统可控机械密封技术机械密封在实现高参数设计制造与运行之后，人们开始了对泄漏率和磨损同时控制的研究。泄漏率和磨损是体现机械密封性能的两个方面。泄漏率高，密封端面间液膜厚，工作时端面磨损小，机械密封使用寿命长；泄漏率低，密封端面间液膜较薄，工作时端面磨损大，机械密封使用寿命短。因而寻找机械密封最佳工况点成了机械密封实现性能控制的关键。 国外发明的可控机械密封装置，利用压电晶体在不同电压下产生不同的变形控制端面密封比压的大小，从

10、而控制泄漏率，保证机械密封的使用寿命。 美日等国将声发射、超声波以及微电子和传感等技术用于核反应堆冷凝泵及航空航天领域液氧泵，开发出机械密封监控系统。国内石油大学将自行研制的机械密封相态监控系统用在工业装置 。随着计算机、电子技术以及密封理论发展，可控机械密封技术将会在各工业领域中得到广泛应用。机械密封的发展方向和趋势6新+3高机械密封的发展方向和趋势1发展方向(1)接触式密封减少泄漏、减小磨损、提高可靠性和工作稳定性、延长使用寿命(2)非接触式密封减少泄漏、提高流体膜刚度和工作稳定性、延长使用寿命2发展趋势随着科技进步和工业的发展，高参数机械密封实用化的要求越来越高。具体可用下图来表示机械密

11、封技术的发展趋势 (1)技术不断创新， 、和不断涌现；(如高压、高速、高温、大直径)、(如干运转、零泄漏、无油润滑、浆液)和的密封产品大量研制；(如疱疤、热裂、空化一汽蚀、橡胶密封圈泡胀和老化)、(如可靠性和概率)和(如流体膜、摩擦状态和相态)的研究和应用。 (2)使用范围不断扩大机械密封不仅机泵阀采用，而且工艺设备(如反应釜、转盘塔、搅拌机、离心机等)都采用。 (3)发展要求重视密封系统过去只重视单独密封件，现在已经发展到重视整个密封系统，而且已制订了新的密封系统标准(API682离心泵与转子泵的轴封系统)。 发展特点 (4)注意安全和环境保护过去只注意眼睛可视的“泄漏”，不注意眼睛看不见的

12、易挥发物的“逸出”；现在发展到要求控制易挥发物的逸出量，也就是说从要求“零泄漏”到要求“零逸出”。美国摩擦学家和润滑工程师学会(简称STlE摩润学会)已制订了SP30等易挥发物逸出量控制规定的指南。 (5)要求不断提高在石油化工方面，为了延长工艺装置的检修周期和装置的操作周期，要求机械密封的工作寿命由1年延长到2 年，国外由2年延长到3年(API682中作了明确规定)。 (6)研制产品要求实用化不仅要求研制出新产品，更重要的是使所研制产品得到实际应用。发展特点压缩机轴端新型机械密封(1)油膜螺旋槽动压密封：这种型式密封主要包括下游泵送和上游泵送两大类，前者技术已经非常成熟，可以与包括浮环密封等

13、其他轴封组合，密封面线速度可达到120m/s，内泄漏量接近于零，该密封系统在国内工业用高速压缩机上实现了长周期、微泄漏、微磨损，其性能全面超过进口的机械密封产品，经济和社会效益十分显著；后者技术尚待完善，主要是端面最佳几何参数的设计和内泄漏量大小的控制（确保端面润滑并防止结焦）。 (2)干气密封：压缩机用干气密封在基本结构上与泵用干气密封类似，但是也有根本区别。在选择单向螺旋槽和双向螺旋槽时，应综合考虑压缩机的转子两端具体情况，端面气体成膜能力、气膜刚度和承载能力，压缩机反向运行可能性等。由于使用干气密封的 压缩机完全不需要复杂的封油系统，从而显著地减少了大型压缩机的运行和维护费用，因此目前正

14、取代其他密封形式而成为石化、冶金等行业高参数压缩机轴封的主流。辅助密封圈的新设计 辅助密封圈的性能除与密封圈材料直接有关外，还与密封圈的结构密切相关。最近，John Crane公司提出了一种主动柔性控制（ADC）辅助密封，可以实现低载荷，补偿可靠，已经成功应用于压缩机用干气密封中。在某种程度上避免了辅助密封圈因长期储存或备用时与轴/轴套产生的黏着，以及黏着引起的端面开启性能下降等问题。其结构示意图如图5所示，特点如下： (1)回形弹簧设计； (2)不需要额外的压板； (3)低摩擦力，满足低速滑动/降速要求。 推力型式新技术 常规机械密封的补偿环推力机构一般采用弹簧、波纹管和磁力，为克服上述机构对轴向尺寸的高要求，满足密封向高参数发展面临的追随性和稳定性需求，人们发明了波片弹簧，并为满足不同场合的需要加工制造出了各种规格和型式。(1) 迷宫密封：由简单的梳齿结构发展为直筒密封和碳环密封(2) 浮环密封：由简单的浮环结构发展为螺旋浮环密封。 该新型密封针对浮环密封和螺旋密封各自存在的问题，创造性地将两种密封型式有机组合，集