机械密封技术

1、2021-11-111机械密封机械密封常见机泵类接触式密封常见机泵类接触式密封2021-11-112一、机械密封原理一、机械密封原理什么是机械密封？什么是机械密封？ 机械密封也称机械密封也称端面密封端面密封，其至少，其至少有有一对一对垂直于旋转轴线的垂直于旋转轴线的端面端面。动环端面动环端面在在流体介质压力流体介质压力及及补偿机械弹力补偿机械弹力的作用的作用下，加之下，加之辅助密封辅助密封（O型圈等）的配合，型圈等）的配合，与与另一端面（静环端面）另一端面（静环端面）保持保持贴合贴合并并相相对转动对转动，从而，从而防止流体泄漏防止流体泄漏的装置。的装置。机械密封原理结构图机械密封原理结构图机封

2、工作时的状况机封工作时的状况:1、液膜的形成、液膜的形成2、摩擦、摩擦/热热3、杂质、杂质 /固体颗粒固体颗粒工艺流体 动环 静环轴轴密封腔体密封腔体PF正常来说，此处即密封端面的泄漏量极小，在正常可控范围之内。大气侧2021-11-114喉部衬套喉部衬套喉部衬套作用：引外部液体，用喉部衬套作用：引外部液体，用喉部衬套保持密封腔内介质压力、喉部衬套保持密封腔内介质压力、维持一定流速。维持一定流速。P1P22021-11-115Shaft 轴轴Process Fluid密封流体密封流体Leakage泄漏泄漏环境环境Vessel Wall釜壁釜壁基本的密封问题基本的密封问题: 防止泄漏防止泄漏Sh

3、aftProcess Fluid流体流动流体流动Leakage泄漏泄漏Environment环境环境 Vessel Wall釜壁釜壁机械密封-端面-的概念Shaft Movement轴的运动轴的运动必须的特征小的轴向间隙自调节Mating Ring配合环配合环Primary Ring补偿环补偿环Secondary Sealing Element辅助密封辅助密封机械密封机械密封v流体静力学负荷（单纯从密封介质对动环（单纯从密封介质对动环的压力方面分析）的压力方面分析）v辅助密封v可替换的部件P泵体泵体O-Ring O型圈型圈Shaft轴轴Mating Ring配合环配合环Primary Ring

4、补偿环补偿环Snap Ring卡环卡环Anti-X Ring 挡环挡环O-Ring O型圈型圈Disk推环推环Springs弹簧弹簧Retainer传动套传动套Set Screw定位螺丝定位螺丝An Example of a Complete SealRetainer传动套传动套简单的说简单的说,机械密封就是机械密封就是:1.一个耐磨,静止的密封件2. 一个耐磨,旋转的密封件3. 二次密封 针对串联双级密封来说的4. 使件1和件2相互贴合的机械装置，弹簧5. 辅助密封没有闪蒸没有闪蒸闪蒸闪蒸平行平行收敛收敛发散发散密封面分离密封面分离Shape:形态形态Gap:间隙间隙Fluid:流体流体密封

5、接触面形式Lubricant润滑剂润滑剂Separation分离面分离面Magnified Surface A 放大面放大面Magnified Surface B放大面放大面Heat热量热量密封面润滑目的润滑目的分离两个面防止出现面接触1.减少摩擦/生热流体在两个面之间充当润滑剂的过程Gland密封端盖密封端盖Pump Housing泵腔泵腔Process Fluid工艺流体工艺流体不可见泄漏，微量的泄漏在大气侧蒸发不可见泄漏，微量的泄漏在大气侧蒸发 。配合环配合环补偿环补偿环Gland密封端盖密封端盖Pump Housing泵腔泵腔没有流体或者干运转没有流体或者干运转里面是空气里面是空气Ma

6、ting Ring配合环配合环没有润滑干没有润滑干磨磨运转导致过热运转导致过热补偿环补偿环Mating Ring配合环配合环Primary Ring补偿环补偿环生热生热原因原因摩擦粘性剪切力热传递传导对流2021-11-1118u 因此两端面间存在一个持续稳定的液膜因此两端面间存在一个持续稳定的液膜2021-11-11191、单端面密封、单端面密封工艺介质工艺介质 一般靠泵的进口或出口进行自循环一般靠泵的进口或出口进行自循环冷却液冷却液2、双端面密封、双端面密封缓冲液（低压）缓冲液（低压） 一般外来一般外来隔离液（高压隔离液（高压）机封成功的关键就是形成并保持一定厚度的液膜，而端面间必须控制合

7、理的单位面积压力以维持这一层液体膜，使其获得较高的机械密封技术水平，有效延长机械密封的使用寿命。动环静环动环静环工艺液体动环静环缺点：缺点：泄漏量大泄漏量大（每分钟约（每分钟约7滴滴)轴磨损严重轴磨损严重轴功率损耗大轴功率损耗大经常需要调整经常需要调整使用寿命短使用寿命短优点：优点：价格低廉价格低廉安装方便安装方便盘根也叫密封填料，通常由较柔软的线状物编织而成，通常截面积是正方形或长方形、圆形的条状物填充在密封腔体内,从而实现密封。（分离式、非平衡型、单个大弹簧（分离式、非平衡型、单个大弹簧 ）优点：优点：初始价格较低初始价格较低 缺点：缺点：容易产生人为安装误差容易产生人为安装误差弹簧和介质

8、接触易堵塞弹簧和介质接触易堵塞O形圈及动静环材质不过关形圈及动静环材质不过关动环受弹簧力不均动环受弹簧力不均端面比压受介质影响大端面比压受介质影响大使用寿命低使用寿命低（分离式、多弹簧）（分离式、多弹簧）优点：优点：动环受弹簧力均匀动环受弹簧力均匀价格较低价格较低缺点：缺点：容易产生人为安装误差容易产生人为安装误差弹簧和介质接触易堵塞弹簧和介质接触易堵塞O形圈及动静环材质不过形圈及动静环材质不过关关端面比压受介质影响大端面比压受介质影响大使用寿命低使用寿命低（卡式或集装式）现在的主流（卡式或集装式）现在的主流优点：优点：无人为安装误差无人为安装误差弹簧不与介质接触不会堵塞弹簧不与介质接触不会堵

9、塞优异的优异的O形圈及动静环材质形圈及动静环材质密封环有良好的补偿性密封环有良好的补偿性O形圈无磨损形圈无磨损设计寿命设计寿命3年年2021-11-11272021-11-1128（一）机封的组成（一）机封的组成（图图1-1）组成组成: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、波纹管等)构成。使两端面贴合;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4.使动环和轴一起旋转的传动机构。5.其它零部件（轴套、压盖、定位销、垫片等）2021-11-11292021-11-1130机械密封是一种用于旋转流体机械的轴端密封装置。（看离心

10、泵2张图片）用途：用于离心泵、离心机、反应釜等设备，因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。 2021-11-1131（二）机封有哪些优点？（二）机封有哪些优点？我们为什么要使用机械密封？我们为什么要使用机械密封？ 1 密封性能好密封性能好 2 使用寿命长，即使在腐蚀性介质中也可以保持使用寿命长，即使在腐蚀性介质中也可以保持半年以上。半年以上。 3 轴或轴套无磨损，他两相对静止。轴或轴套无磨损，他两相对静止。 4 轴功率消耗小，机械密封的端面接触面积小，轴功率消耗小，机械密封的端面接触面积小， 其摩擦功耗仅为软填料密封的其摩擦功耗仅为软填料密封的10%50%

11、。 5 不需经常调整不需经常调整 ，整体采用集装式。，整体采用集装式。 6 应用范围广应用范围广，机械密封可以在高温、低温、高压、真空、强腐蚀的环境下工作。所以它成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。2021-11-1132（三）密封机理（三）密封机理1 1、4 4个密封点（亦称个密封点（亦称4 4个泄漏点，个泄漏点，如图如图1-11-1）泄漏点1压盖与腔体间的密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止.泄漏点2非补偿环密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止;泄漏点3补偿环密封圈，静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动;泄漏点4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

12、个摩擦副之间有相对转动）2021-11-1133方式一方式一：通过均匀分布的几个顶丝（内六角小螺栓），将驱动环和轴套上的对应的螺纹孔紧固起来，最后，顶丝的头部与轴表面（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。）之间紧密接触在一起，可简化看成几个“点与面”的接触，从而将轴套与轴联结为一体。2、传动关系（轴与轴套的传动方式有两种）轴套轴套顶丝顶丝驱动环驱动环轴轴1-A点与面点与面顶丝轴套轴套轴轴2021-11-1134方式二：方式二：如右所如右所述。述。轴轴轴套端面卡瓣轴套端面卡瓣1-B点与面与面点与面与面驱动环顶丝2021-11-11352021-11-11361-C键台阶传

13、动键台阶传动一般配合前面两类方式一起工作2021-11-1137 2 2、轴套紧固螺钉5弹簧座4弹簧3补偿动环1 3 3、端盖防转销8非补偿环（静环）6通过机械镶嵌刚性连接成一体通过机械镶嵌刚性连接成一体紧固螺钉紧固螺钉5弹簧座弹簧座4轴套轴套静环静环6动环动环1密封端盖密封端盖防转销防转销8弹簧弹簧32021-11-1138 把轴或轴套的运动方式(旋转)传递给动环，一般是通过键（要配合阶梯轴）、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）驱动环+轴套端面卡瓣（3）键台阶传动

14、（4）波纹管传动（四）传动机构的作用（四）传动机构的作用2021-11-1139在密封端盖上一般开有在密封端盖上一般开有介质循环冲洗孔介质循环冲洗孔，静环，静环的尾部应有的尾部应有冷却冲洗孔冷却冲洗孔。建立封液及冷却封液及冷却系统，而且要经常检查并 更换，从而加强对端面的冷却、冷却、冲洗冲洗，通过对密封液过滤、分离等方式进行冷却和润滑或隔离，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（四）辅助设施一）机械密封件的要求一）机械密封件的要求l稳定的液膜l良好的润滑性能l封液在密封腔内不会闪蒸或气化l不含污染物和固体颗粒l适当的粘度202

15、1-11-1140二二)冲洗方案的目的冲洗方案的目的A、为机械密封创造更有利的环境、为机械密封创造更有利的环境n冲洗以散热冲洗以散热n降低液温降低液温n改变密封腔压力改变密封腔压力n清洁工艺流体清洁工艺流体n控制机械密封的大气侧控制机械密封的大气侧B提供检测和控制密封泄漏的方法提供检测和控制密封泄漏的方法u捕捉和/或防止泄漏u检测泄漏u将泄漏引导至适当的收集或处理系统u为密封环境提供除工艺流体之外的液体2021-11-1141三）实现目标的方法三）实现目标的方法v为工艺流体布置管道v引入外部流体v辅助设备 密封冷却器 旋液分离器 封液罐v仪表2021-11-1142冲洗孔形式冲洗孔形式2021

16、-11-1143冷却孔形式冷却孔形式基本密封基本密封:冲洗冲洗1(API Plan 11) 单密封通过出口进行冲洗单密封通过出口进行冲洗从泵出口到密封端盖的管线从泵出口到密封端盖的管线出口出口流动流动入口入口基本密封基本密封:冲洗冲洗2最小压力值要大于最小压力值要大于A处处0.3BarFlow流动流动出口出口Suction入口入口Restrictional Device(Bushing) 限流装置限流装置(API Plan 32) 单密封通过外部来源进行冲洗单密封通过外部来源进行冲洗A1巴（bar)=100千帕（KPa)=0.1MPaPrimary Seal: Quench 基本密封:急冷限流

17、装置限流装置(盘根盘根)唇环唇环Quench Source急冷源急冷源Process Fluid工艺流体工艺流体(API Plan 62) 单密封通过外部急冷单密封通过外部急冷静环静环动环动环2021-11-1147冲洗方案符合标准：API 610API 682ISO 21049ASME B73通过数字标明API范例11、32或53ASME范例7311、7332或73532021-11-1148冲洗方案冲洗方案-依据依据API682(2004第三版第三版)机械密封冲洗方案机械密封冲洗方案PLAN 01方案方案PLAN 02方案方案PLAN 11方案方案PLAN 13方案方案PLAN 21方案方

18、案PLAN 31方案方案 旋液分离器旋液分离器PLAN 32方案方案 引外部液体，用喉部衬套保持压力、维持流速引外部液体，用喉部衬套保持压力、维持流速PLAN 41方案方案 旋液分离器旋液分离器+密封冷却器密封冷却器PLAN 52方案方案 泵效环泵效环-双端面双端面-轻烃，一期低甲轻烃，一期低甲P3002PLAN 53A方案方案 高饱和蒸汽压的轻烃高饱和蒸汽压的轻烃PLAN 72方案方案 串联双级密封串联双级密封PLAN 74方案方案 串联双级密封串联双级密封-脱乙烷塔回流泵脱乙烷塔回流泵PLAN 75方案方案 轻烃轻烃PLAN 76方案方案 轻烃轻烃 配合课件配合课件2021-11-1149

19、密封罐2021-11-11501、 按使用工况、条件分类如下按使用工况、条件分类如下（五）机械密封的分类（五）机械密封的分类2021-11-11512021-11-11522、 通常按结构分类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2021-11-1153机械密封的允许泄漏量机械密封的允许泄漏量1 mL汽油30滴；1 mL机油10滴；1 mL水2325滴；1 mL医院治病用盐水20滴； 中国：引用标准：JB/T 4127.1- 1985/1999 机械密封 技术条件本标准适用于离心泵及其它类似旋转式机械的机械密封。其工作参数一般为: 工作压力为 0

20、1.6MPa (指密封腔内实际压力) 工作温度为2080 ；(指密封腔内实际温度) 轴 (或轴套) 外径为 10120mm； 转速不大于 3000r/min; 介质为清水、油类和一般腐蚀性液体。 、机械密封性能要求 ：泄漏量， 当被密封介质为液体时，平均泄漏量规定如下： 轴(或轴套)外径 50mm 时， 5mL/h； 轴(或轴套)外径 50mm 时， 3mL/h. 对于特殊条件及被密封介质为气体时不受此限 上式为为某范围直径内按迈尔泄漏公式计算的平均值。2021-11-1154机械密封的使用寿命机械密封的使用寿命1、通常，在选型合理、安装使用正确的情况下，被密封介质为中性、弱腐蚀其他或液体时，

21、机械密封的使用期一般至少为8000-10000小时。在此期间密封环中较软的一只（大都用碳-石墨制造）的承磨台首先被磨掉，磨损量在2-3mm之间；2、被密封介质为较强腐蚀性或易挥发气体时，机械密封的使用周期一般为4000h，特殊情况不受此限。3、机械密封到达使用寿命极限时，因弹簧不能补偿或比压过低而丧失了密封能力，其他零件基本上无磨损。这种密封失效属自然磨损。2021-11-1155（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） （1 1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。（由于安装方便，（由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生

22、不平衡，不能用于高速普通密封大多采用，但易产生不平衡，不能用于高速, , 且消耗搅拌功率且消耗搅拌功率（2 2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。（用于高速用于高速） 2021-11-11561、旋转型工作时受离心力的影响，不适合高速泵。组件在工作时产生动不平衡。2、静止型工作时不受离心力的影响，适用于高速泵。2021-11-1157（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）（1） 内装式：内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。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，腐蚀性不强的场合用于

23、温度、压力较高，腐蚀性不强的场合）（2） 外装式：外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。 （用于低压、腐蚀性强的场合用于低压、腐蚀性强的场合） 2021-11-1158（一般与内装式、外装式一致） （1）内流式：密封流体在端面的内流式：密封流体在端面的泄漏方向与离心力方向相反。泄漏方向与离心力方向相反。（一般密封都采用这种结构一般密封都采用这种结构）（2）外流式：密封流体在端面的外流式：密封流体在端面的泄漏方向与离心力方向相同。泄漏方向与离心力方向相同。（泄漏量大，只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用泄漏量大，只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中

24、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2021-11-1159外流式机械密封弹性元件不与介质直接接触，故可应用在强腐蚀性、高粘度、易结晶的环境中。外流式的泄漏量是内流式的约10倍左右，不适合在高压环境中使用。使用时压力应小于1-2MPa。2021-11-1160（九）多弹簧和单弹簧机械密封（九）多弹簧和单弹簧机械密封（1）多弹簧：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宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。（2）单弹簧：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不宜用于高转速的场合。 2021-11-116

25、1单弹簧：只有一个大弹簧密封，单弹簧受力不均匀，影响弹簧的使用寿命。高速下离心泵会使弹簧偏移或变形，弹簧力不宜调节。因此多用于小轴径、轴向尺寸大、低速的密封。多弹簧：小弹簧数量不止一个，轴向尺寸小。多弹簧的分布点和数量可以调整端面使受力均匀，但是在腐蚀性介质和有固体颗粒的场所会因堵塞和腐蚀而失效。2021-11-1162（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 如图53 0所示，1、密封流体作用于单位密封面上轴向压力大于或等于密封腔内、密封流体作用于单位密封面上轴向压力大于或等于密封腔内流体压力时，称非平衡式（完全不卸荷）；流体压力时，称非平衡式（完全不卸荷）；2、流体作用

26、于单位密封面上的轴向压力小于密封腔内流体压力、流体作用于单位密封面上的轴向压力小于密封腔内流体压力时称部分平衡式时称部分平衡式(部分卸荷部分卸荷)；3、若流体对密封面无轴向压力反而有推开力则称为过平衡式、若流体对密封面无轴向压力反而有推开力则称为过平衡式(全全部卸荷部卸荷)。用公式用公式F=PS解释解释按离心泵密封流体作用在密封端面上的压力是卸荷或不卸荷分类分为平衡式机按离心泵密封流体作用在密封端面上的压力是卸荷或不卸荷分类分为平衡式机械密封和非平衡式机械密封。械密封和非平衡式机械密封。2021-11-1163图5-3是内装式平衡型和非平衡型的机械密封示意图，图中箭头是表示介质对动环的作用力。

27、何为卸荷？就是卸载掉作用于密封端面上的部分或全部载荷，如果不卸荷的话，在高压密封介质作用下，动环给静环的轴向力增大，即密封环面上的压力Pm增大，不利于液膜的密封作用 ，破坏其存在环境，加剧了密封面的磨损，降低其使用寿命。问题：那么非平衡型密封适用于高压还是低压环境？2021-11-11641、非平衡型密封非平衡型密封端面上的作用力随密封流体的压力升高而增大，因此只适合只适合小于小于1.5MPa的低压环境的低压环境。对于一般液体可用于密封压力0.7 MPa；对于润滑性差及腐蚀性液体可用于压力0.30.5MPa。2、而平衡式机械密封平衡式机械密封能部分或全部平衡流体压力对端面的作用，即卸荷，密封端

28、面上的作用力随密封流体压力变化较小，能降低端面上的摩擦和磨损，减小摩擦热，承载能力大，因此它适用于压力较高的适用于压力较高的场合。场合。对于一般液体可用于0.74.0 MPa，甚至可达到10 MPa；对于润滑性较差、黏度低、密度小的液体(如液化气)，可用于液体压力较高的场合。1、非平衡型机械密封、非平衡型机械密封= 压力梯度压力梯度力 =压强 X 面积实例实例:密封腔压强 = 100 PSI密封面积 = 2 sq. in闭合力 = 2 sq. in X 100 PSI = 200 lbs张开力 = 2 sq. in X 50 PSI = 100 lbs 200 lbs - 100 lbs =

29、100 lbs 闭合力闭合力工艺介质动环静环密封腔体轴= 压力梯度压力梯度力 = 压强 X 面积实例实例:密封腔压强 = 100 PSI密封面积 = 1 sq. in闭合力 = 1sq in X 100 PSI = 100 lbs张开力 = 2 sq. in X 50 PSI = 100 lbs 100 lbs - 100 lbs = 0 lbs 闭合力工艺介质轴套静环密封腔体轴讨论：如果动环端面积稍稍大了一圈，后果怎样？动环工艺介质轴套静环动环一、LBS-力学单位，此处代表的闭合力、张开力 LB是英文一磅（pound） （重量单位）的缩写,复数为Lbs。1磅写作1 lb，5磅写作5 lbs。

30、通常 1pound(磅)=16 ounces(盎司)=454克。二、Squre Inch 平方英寸是一个英制面积单位。 1英寸=2.54厘米 1Squre Inch =6.45CM2三、PSI 压强单位 Pounds per Square Inch 磅/平方英寸 换算关系为： 1PSI=454g/6.45cm2 1MPa=10kg/cm2密封腔内流体压强100PSI=7.03kg/cm2=0.7MPa所以前面的张开力为:100LBS=100磅=454克100=45.4kg（公斤）1、可以密封的工艺介质压力较高，也就是、可以密封的工艺介质压力较高，也就是 泵泵的输送流体压力相对较高。的输送流体压

31、力相对较高。2、产生较少热量、产生较少热量3、减少端面磨损或变形、减少端面磨损或变形4、减少转矩、减少转矩5、降低轴功率损耗、降低轴功率损耗6、端面材质选择范围广、端面材质选择范围广2021-11-1169（十二）单端面机械密封（十二）单端面机械密封密封腔体中只含有一个旋转端面。单端面密封结构简单，制造、安装容易，应用广，适合于一般液体场单端面密封结构简单，制造、安装容易，应用广，适合于一般液体场合，如油品等，与其他辅助装置合用时，可用于带悬浮颗粒、高温、合，如油品等，与其他辅助装置合用时，可用于带悬浮颗粒、高温、高压液体等场合。但当介质有毒、易燃、易爆以及对泄漏量有严格要高压液体等场合。但当

32、介质有毒、易燃、易爆以及对泄漏量有严格要求时，不宜使用。求时，不宜使用。2021-11-1170（十三）双端面机械密封（十三）双端面机械密封（图1-4）每个密封腔体中有两对摩擦副，且两端面之间腔的压力高于密封介质的压力。设置问题？轴向双端面密封有背靠背图(a)和面对面图(b)布置的结构。这种密封工作时要在两对端面间引入高于介质压力0.050.1 5 MPa的封液，以改善端面间的润滑及冷却条件，并把被密封介质与外界隔离，有可能实现介质“零泄漏”。如果说密封腔的压力高于封液压力，那么介质端的动环环面就会被高于封液压力的介质推开，导致漏液，不能满足泄露要求。2021-11-1171在密封腔中引入封液

33、：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的封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。液介质。 用于工作介质用于工作介质润滑性能差润滑性能差、有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、比较比较贵重贵重、高温、低温，或气体、高真空度等场合。高温、低温，或气体、高真空度等场合。2021-11-1172讨论：Q双端面集装式机械密封密封罐介质封液的选择依据是什么？密封罐压力设定的标准？如果密封罐液位下降肯定意味着什么？该如何处理？ 答：1、双端面机械密封通常是作用有压双重密封使用的，密封系统内压力一般要高于内侧密封腔压力，如果内侧密封泄漏，封液是要进入泵内

34、与介质混到一起的，即使密封没损坏，也会有微量封液进入泵内的。所以选择的封液是允许少量封液混入工艺介质的。一起低甲P3002泵，密封罐介质是贫甲醇，工艺液是 ，允许混合。2、一般密封罐压力要高于泵进口压力23公斤即可。美国石油协会682 标准即API682关于泵轴封系统对封液的选择有明确的规定，关于压力一般要大于密封腔介质压力0.1MPa。3、如果内漏肯定会报警，一般根据报警频繁程度决定是否更换机封。内漏严重应该即时换机封，否则密封液很快就漏光了。2021-11-11732021-11-1174（十三）串联式机械密封（十三）串联式机械密封（图1-5）使密封流体处于一种压力状态为单级密封，处于两种

35、压力状态为双级密封，为使密封流体处于一种压力状态为单级密封，处于两种压力状态为双级密封，为两级密封串联布置。两级密封串联布置。特点：特点：两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低,密封流体压力依次递减。密封流体压力依次递减。优点：优点：1）工艺介质与主封外侧接触，主要用在高危介质机泵上，达到）工艺介质与主封外侧接触，主要用在高危介质机泵上，达到0泄露，泄露，防止污染空气。防止污染空气。 2）可用于高压工况。）可用于高压工况。2021-11-11751、传统的串联机械密封密封组件中两组密封摩擦副依串联方式布置密封组件中两组密封摩擦副依串联方式布置: 1

36、、内侧为主密封，起到密封高温介质的作用、内侧为主密封，起到密封高温介质的作用; 2、外侧为次级密封，用于两套、外侧为次级密封，用于两套密封之间介质为封油，可在主密封意外失效时起到安全密封的作用。弹性元密封之间介质为封油，可在主密封意外失效时起到安全密封的作用。弹性元件采用波纹管组件。密封运转过程中，适宜压力、温度和流量的封油由封油件采用波纹管组件。密封运转过程中，适宜压力、温度和流量的封油由封油入口注入密封组件间隙，之后从封油出口流出，产生循环流动入口注入密封组件间隙，之后从封油出口流出，产生循环流动: 一方面为主密封提供缓冲或阻塞流体，另一方面对密封组件进行冲洗和冷却。一方面为主密封提供缓冲

37、或阻塞流体，另一方面对密封组件进行冲洗和冷却。通过密封通过密封里面的泵里面的泵送环循环送环循环解释泵效环2021-11-1176工艺介质是温度为597K 的高温重油，封油选用温度为343K、压力为0.5MPa 的重柴油，泵轴转速为2970r /min。采用它的优点：(1) 采用串联式布置方式和封油循环冲洗方式可以使密封组件处于相对低温( 与高温工艺介质相比) 的环境中运转，提高了密封的安全性和可靠性;(2) 增大封油循环量将会增加封油带走的热量，同时明显降低封油在各部位的温升，提高了对密封组件的冷却效果;(3) 主密封附近封油轴向流动缓慢，不利于该部位的冲洗冷却，可采取添加折流板、改变封油出口

38、位置等措施加强主密封部位的封油流动与传热。2021-11-1177问题：重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高。这种介质适合于此类泵输送。那么当在泵内输送液化石油气时,这种呈低沸点、低粘度、高蒸汽压液体,还适合用此种泵输送吗？不适合。因为轻烃类、液化气在输送过程中，不仅存在低温材料脆化、液体容易汽化等问题,而且还具有低引火点、低粘度、高蒸汽压等特征。工艺液体进入封油腔体内，气化，这样封油中夹杂气泡，造成次级机械密封液膜难以保持稳定，易产生磨损，失效。2021-11-11782、现在串联式干气密封在轻烃泵上得到广泛应用串联式干气密封在脱乙烷塔回流泵上的应用实例：广州石化

39、乙烯装置的脱乙烷塔回流泵,长期 以来存在磨损严重、寿命短、泄漏问题突出等现象,使用效果很不理想。密封频繁地出现故障,对装置的连续、稳定运行造成了较大的影响。为此,对该泵的机械密封进行了改造,并取得了良好效果。A）串联式机械密封失效分析该泵技术参数如下:介质 乙烷 温度 -25吸入压力 2.62MPa(a) 排出压力 2.92MPa(a)工作转速 2950r/min密封形式 21248HP/“PP”22148B1/“P”串联式机械密封密封介质 甲醇2021-11-1179乙烷等液态烃类机械密封存在很多的难点。这些液化石油气在泵内输送过程中,呈低沸点液体,不仅存在低温材料脆化、液体容易汽化等问题,

40、而且还具有低引火点、低粘度、高蒸汽压等特征。其在密封的摩擦副端面难以形成和维持连续、稳定的流体膜,从而导致因流体膜汽化引起干摩擦,造成端面早期磨损。现场设备管理人员在长期的使用及维修过程中,发现发生泄漏的密封拆下后密封面通常有两种形态:一）是密封端面存在冲蚀的痕迹,主要原因是当工艺介质乙烷进入密封腔,液态工艺介质部分产生汽化,形成气、液混相,在动环旋转过程中形成了气液冲蚀,导致机封密封面磨损失效泄漏;二）另一种情况是载荷系数、弹簧比压过大,密封仅运行了很短时间即发生严重磨损。2021-11-1180B) 脱乙烷塔回流泵串联式干气密封的设计根据液态烃泵机械密封的特点,结合现场实际情况,决定采用机

41、械密封与干气密封结合的串联式结构。该密封具有以下特点:a.干气密封与接触式机械密封串联使用,第1级机械密封为主密封,要密封的介质为液态烃;冲洗液为泵出口液态烃。第2级干气密封为次密封,密封介质主要为氮气及少量从机械密封泄漏出已挥发为气体的液态烃气体。b.干气密封与主密封间通入氮气,压力一般为0.60.8MPa。这大大提高了主密封的背压,避免了液态烃在端面间由于摩擦热而过早的汽化,形成液汽混相导致磨损加剧的问题,从而大大延长主密封的使用寿命,提高主密封的性能。2021-11-1181图图1泵用串联式干气密封系统流程泵用串联式干气密封系统流程 A与外部氮气管线接口与外部氮气管线接口,压力压力0.6

42、0.7MPa;B与密封腔体接口与密封腔体接口,为干气密封提供为干气密封提供N2;C密封气体出口密封气体出口,节流阀调节密封腔气压力节流阀调节密封腔气压力;D与火炬连接。与火炬连接。2021-11-1182设计流程：脱乙烷塔回流泵干气密封系统流程设计 通过设计,采用图1所示的流程。 图1中,外部氮气管网氮气进入控制系统,经过滤器、减压阀后,为干气密封提供稳定、干燥、清洁的密封气。当主密封泄漏过大或氮气压力过低,单向阀起到防止工艺介质反串入氮气管网的作用。进入密封腔的氮气与主密封泄漏的微量工艺介质通过节流孔板排向火炬。当主密封机械密封泄漏过大时,由于限流孔板的作用,密封腔压力上升,冲洗液采用泵出口

43、的自冲洗和外部引入新鲜介质冲洗。1.如何判断主密封机械密封已损坏？泄漏管线上的压力表指示上升(或压力开关发出报警信号),表明密封失效。讨论？2021-11-11831、概念：波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并、概念：波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。（十四）波纹管机械密封（十四）波纹管机械密封2、分为金属波纹管型机械密封、聚四氟乙烯波纹管型机械密封和橡胶波纹管型机械密封。2021-11-1184避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产

44、生的磨损。金属波纹管用于高温介质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。聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。 3、波纹管型机械密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损.追随性好，适用范围广。追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。各种波纹管的优点：金属波纹管又可分为液压成型金属波纹管和焊接金属波纹管图(a)、(b)。金属波纹管本身能代替弹性元件，耐蚀性好，可在高、低温下使用。聚四氟乙烯波纹管型机械密封图(c)由于聚四氟乙烯耐腐蚀性好，可用于各种腐蚀介质中。橡胶波纹管型机械密封图5-3 6(d)结构简单紧凑，安装方便且价格便宜，适用于工作压力不大于

45、1.5 MPa、温度不大于100的低参数条件。2021-11-1185v将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。v安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。v安装方便，排除了安装不良的影响。（十五）集装式机械密封（十五）集装式机械密封（图1-6）2021-11-1186冲洗液冷却液 Copyright 1999 A.E.S. Engineering Ltd. Copyright 2000 A.E.S. Engineering Ltd.Increases Seal Life 50% More BellowsTM 12 50 % Extra Industry Standard 安装简便，无人为安装

46、误差安装简便，无人为安装误差泄漏量极小泄漏量极小 提高了使用可靠性提高了使用可靠性 适合于多种型式的泵适合于多种型式的泵 降低维修率，使用寿命长降低维修率，使用寿命长 增加了生产利润增加了生产利润特点：特点：（十六）补偿机构形式（十六）补偿机构形式 （1）螺旋圆柱大弹簧、小弹簧 （2）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管 波纹管型机械密封按波纹管材料不同分类 1、分为金属波纹管型机械密封、聚四氟乙烯波纹管型机械密封和橡胶波纹管型机械密封。2、波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。3、波纹管型机械密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损.追

47、随性好，适用范围广。追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。2021-11-1197二、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。 （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

48、，短时间干摩擦，不损伤端面。 （5）易加工，材料成本低。2021-11-1198（1）一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，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（0.40.6mm）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2021-11-1199Glass Filled Teflon（

49、填充聚四氟乙烯）填充聚四氟乙烯）软材质软材质Carbon（碳石墨）碳石墨）软材质软材质Stainless Steel（不锈钢）不锈钢）Ceramic（陶瓷）陶瓷）Chrome Oxide（氧化铬）氧化铬）Tungsten Carbide（碳化钨）碳化钨）Silicon Carbide（碳化硅）碳化硅）2021-11-11100A 填充聚四氟乙烯：填充聚四氟乙烯：化学稳定性化学稳定性最好的有机聚合物最好的有机聚合物，几乎能耐所有强酸、，几乎能耐所有强酸、强碱和强氧化剂的腐蚀。强碱和强氧化剂的腐蚀。聚四氟乙烯存在的最大问题是聚四氟乙烯存在的最大问题是：具有冷流性，即在：具有冷流性，即在载荷的作用下

50、，随时间增长而产生永久变形，产载荷的作用下，随时间增长而产生永久变形，产生蠕变。此外，聚四氟乙烯的热膨胀系数大，约生蠕变。此外，聚四氟乙烯的热膨胀系数大，约为钢的为钢的1010倍；导热性很差，仅为钢的倍；导热性很差，仅为钢的1/2001/200。为。为了克服这些缺点，通常在聚四氟乙烯中加入适量了克服这些缺点，通常在聚四氟乙烯中加入适量的各种填充剂，构成填充聚四氟乙烯。常用的填的各种填充剂，构成填充聚四氟乙烯。常用的填充剂有玻璃纤维、石墨等。充剂有玻璃纤维、石墨等。2021-11-11101B 碳素石墨，简称碳石墨碳素石墨，简称碳石墨，强度高、硬度大、强度高、硬度大、耐磨损，但脆性大、导热系数低

51、。它是机械耐磨损，但脆性大、导热系数低。它是机械密封常选用的软环材料。密封常选用的软环材料。石墨化石墨，又称电化石墨、软质石墨石墨化石墨，又称电化石墨、软质石墨，质软、质软、强度低、自润滑性能好、加工容易。强度低、自润滑性能好、加工容易。石墨密封环的制作：石墨密封环的制作：过程过程配料、烧结、浸渍（合成树脂配料、烧结、浸渍（合成树脂酚醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂和呋喃树脂，金属锑）环氧树脂和呋喃树脂，金属锑）2021-11-11102C 工程陶瓷工程陶瓷氧化铝陶瓷：氧化铝陶瓷：主要成分是主要成分是Al2O3和和SiO2，Al2O3超过超过60%的叫做刚玉瓷。目前机械密封环用的较多的的叫做刚玉瓷。

52、目前机械密封环用的较多的是（是（9599.8%）Al2O3的刚玉瓷，分别被简称为的刚玉瓷，分别被简称为95瓷和瓷和99瓷。瓷。特点特点：硬度高、耐腐蚀能力强，但加工困难，成本硬度高、耐腐蚀能力强，但加工困难，成本高。高。应用：应用：耐腐蚀的机械密封中，但是一套机械密封的耐腐蚀的机械密封中，但是一套机械密封的动静环不能都使用氧化铝陶瓷动静环不能都使用氧化铝陶瓷制造，因有产生静制造，因有产生静电的危险。电的危险。氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷2021-11-11103D 碳化硅陶瓷：碳化硅陶瓷：新型的、性能非常良好的摩擦副材料新型的、性能非常良好的摩擦副材料特

53、点：特点：重量轻、比强度高、有一定的自润滑性、重量轻、比强度高、有一定的自润滑性、摩擦系数小；硬度高、耐磨损、组对性能好；摩擦系数小；硬度高、耐磨损、组对性能好；化学稳定性高、耐腐蚀；导热性能良好、耐冲化学稳定性高、耐腐蚀；导热性能良好、耐冲击。击。应用：应用：自自20世纪世纪80年代以来，国内外各大机械密年代以来，国内外各大机械密封公司纷纷把碳化硅作为高封公司纷纷把碳化硅作为高pv值得新一代摩擦值得新一代摩擦副组对材料。副组对材料。分类：分类：反应烧结反应烧结SiC、常压（无压）烧结常压（无压）烧结SiC和热和热压烧结压烧结SiC2021-11-11104E 氮化硅陶瓷：氮化硅陶瓷：氮化硅（

54、氮化硅（Si3N4）也是新开发出来的摩擦副材料，耐也是新开发出来的摩擦副材料，耐磨性好、摩擦系数低，并且具有良好的耐腐蚀性，磨性好、摩擦系数低，并且具有良好的耐腐蚀性，且线膨胀系数小，抗热冲击能力比氧化铝陶瓷好。且线膨胀系数小，抗热冲击能力比氧化铝陶瓷好。根据制造工艺不同，主要可分为根据制造工艺不同，主要可分为反应烧结反应烧结Si3N4、常常压（无压）烧结压（无压）烧结Si3N4和热压烧结和热压烧结Si3N4耐腐蚀机械密封中，氮化硅陶瓷与碳石墨组对性能耐腐蚀机械密封中，氮化硅陶瓷与碳石墨组对性能良好，而与填充玻璃纤维聚四氟乙烯组对时，氮良好，而与填充玻璃纤维聚四氟乙烯组对时，氮化硅损耗大；氮化

55、硅和氮化硅组对的性能也不是化硅损耗大；氮化硅和氮化硅组对的性能也不是太好，会导致较大的磨损率。太好，会导致较大的磨损率。2021-11-111052021-11-11106（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：圆形、矩形、V形、楔形、包四氟形等； （三）辅助密封圈（三）辅助密封圈PS：安装O型圈时抹点机油，对准定位槽，强行压入，有些O圈要抹肥皂水或凡士林。避免浸油失效。2021-11-11107 把轴或轴套的运动方式(旋转)传

56、递给动环，一般是通过键（要配合阶梯轴）、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）驱动环+轴套（3）键台阶传动（5）销钉传动（8）波纹管传动（四）传动机构的作用（四）传动机构的作用2021-11-11108（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) （五五）静环防转方式静环防转方式 看图片看图片2021-11-11109三、机械密封失效原因分析探讨1 机械密封

57、失效时长见的现象机械密封失效时长见的现象1.1 工作时发生尖叫工作时发生尖叫这是因为密封端面润滑效果不佳,应安装旁路冲洗管路,加大管径和相应的节流装置的尺寸。1.2 密封在工作时发生爆鸣密封在工作时发生爆鸣原因是密封介质汽化或闪蒸,应在允许范围内提高密封腔压力,改进密封设计,降低介质温差,安装旁路冲洗管路,加大管径和相应的节流元件;加强密封端面的冷却,检查密封平衡设计,精确测量密封腔内的压力，温度及介质压力。1.3 石磨粉聚集在密封面外侧石磨粉聚集在密封面外侧原因是密封面润滑不良,密封端面间的液膜汽化或闪蒸,产生残留物质,造成石墨环磨损，应改善润滑状态,防汽化。2021-11-111101.4

58、 密封泄露密封泄露a 由于密封介质汽化或闪蒸密封端面, 应先判断泄漏源,断面密封问题可能出在端面不平、裂纹、破碎或爆破,发生热变形或机械变形;b 密封零件结构不合理或强度不够产生变形;c 因材料及加工原因产生的残余变形;d 安装时零件受力不均等,应检查安装尺寸是否正确，密封和材质是否适于使用工况,密封垫是否压紧,是否螺栓力矩太大造成密封座变形，是否有安装损伤,必要时予以更换;e 检查填料腔装配面和其他有关元件对轴线的垂直度，管道及设备安装误差辅助密封安装时可能被压伤或擦伤;f 介质从轴套间隙中漏出,0型圈老化;g 密封压缩屈服变形,化学腐蚀检查密封槽和导角是否正常,起动设备前应将密封端面重新研

59、磨以保证密封面的光滑平整。2021-11-111112 机械密封失效的原因分析机械密封失效的原因分析2.1振动振动泵的振动原因很多，振动原因主要为转子不平衡，也有泵的振动原因很多，振动原因主要为转子不平衡，也有其它原因。例如：泵和电机振正不佳，轴承故障、地脚螺栓其它原因。例如：泵和电机振正不佳，轴承故障、地脚螺栓松动等。振动以轴向振动对密封的危害最大。大多数工艺流松动等。振动以轴向振动对密封的危害最大。大多数工艺流程泵的转速在程泵的转速在2950r/min左右，由于密封的追随性较差，泵的左右，由于密封的追随性较差，泵的振动加剧了动静环的分离，瞬间的分离在液膜压力作用下使振动加剧了动静环的分离，

60、瞬间的分离在液膜压力作用下使密封面开启，出现大量泄露，如果摩擦副附近存在固体颗粒，密封面开启，出现大量泄露，如果摩擦副附近存在固体颗粒，进入密封端面间会导致密封端面损坏，从而使机械密封失效。进入密封端面间会导致密封端面损坏，从而使机械密封失效。2021-11-111122.2腐蚀失效腐蚀失效(1)表面腐蚀。表面腐蚀。机械密封件会因腐蚀介质的侵蚀而导致表面腐蚀，严重时会造成腐蚀穿透。(2)点腐蚀。点腐蚀。弹簧套常出现大面积或区域性的点蚀，有的导致穿孔。此类局部腐蚀对密封的使用虽未造成严重后果，但大修时也应更换。(3)应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂.在应力和介质腐蚀的共同作用下，金属焊接管道、轴承、弹簧