机械密封-工作原理

机械密封一工作原理1机械密封的工作原理机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。图29.7-1机械密封结构常用机械密封结构如图29.7-1所示。由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。机械密封中流体可能泄漏的途径有如图29.7-1中的A、B、C、D四个通道。C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。机械密封与软填料密封比较，有如下优点：①密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；②使用寿命长在油、水类介质中一般可达1〜2年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上；③摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%〜50%；@轴或轴套基本上不受摩损；⑤维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；⑥抗振性好对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；⑦适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。但其缺点有：①结构较复杂，对制造加工要求高；②安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平；③发生偶然性事故时，处理较困难；④一次性投资高。机械密封的基本知识机械密封是一种依靠弹性元件对静、动环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，故又称端面密封。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环靠密封室中液体的压力和弹性元件的推力使其压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。机械密封被广泛应用于工业泵产品中，尤其在石油化工领域内的存在易燃、易爆、易挥发、剧毒等介质场所，在国内选煤、选矿行业中泵上的应用也越来越普遍。其主要有以下优点：⑴.密封效果好，可达到介质无泄露；⑵.寿命长，在普通泵中一般可运行1〜2年或更长时间；MAAG泵的机械密封在正常使用中寿命可达5~10年以上；⑶.对轴（或轴套）无磨损；⑷.适用范围广，可在目前常用介质、转速、温度、压力及轴径条件下使用；当然，机械密封之所以没有在其他泵中还没得到普及，是因为它存在以下一些不足：⑴.结构复杂、零件多，对安装人员有技术要求；⑵.对泵轴向及径向跳动有要求，增加了泵加工成本；⑶.密封损坏后维修不便；⑷.选型要求高，须根据介质的物理化学性质、工艺参数及泵安装密封空间来选择合适的结构形式及材质；⑸.成本高。虽然机械密封有以上不足，但其密封效果已逐步得到用户的肯定，如今，机械密封在泵上的应用越来越普遍。泄露是机械设备常产生的故障之一。造成泄露的原因主要有两方面：一是由于机械加工的结果，机械产品的表面必然存在各种缺陷和形状及尺寸偏差，因此，在机械零件联接处不可避免地会产生间隙；二是密封两侧存在压力差，工作介质就会通过间隙而泄露。减小或消除间隙是阻止泄露的主要途径。密封的作用就是将接合面间的间隙封住，隔离或切断泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加设小型做功元件，对泄露物造成压力，与引起泄露的压差部分抵消或完全平衡，以阻止泄■=1=>星各。对于真空系统的密封，除上述密封介质直接通过密封面泄露外，还要考虑下面两种泄露形式：渗漏：即在压力差作用下，被密封的介质通过密封件材料的毛细管｛TodayHot｝的泄露称为渗漏；扩散：即在浓度差作用下，被密封的介质通过密封间隙或密封材料的毛细管产生的物质传递成为扩散。密封的分类密封可分为相对静止接合面间的静密封和相对运动接合面间的动密封两大类。静密封主要有点密封，胶密封和接触密封三大类。根据工作压力，静密封由可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软，垫片较宽的垫密封，高压静密封则用材料较硬，接触宽度很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作用相对运动的零部件是否接触，可以分为接触式密封和非接触式密封。一般说来，接触式密封的密封性好，但受摩擦磨损限制，适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性较差，适用于较高速度的场合。密封的选型对密封的基本要求是密封性好，安全可靠，寿命长，并应力求结构紧凑，系统简单，制造维修方便，成本低廉。大多数密封件是易损件，应保证互换性，实现标准化，系列化。密封材料密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料的具有不同的适应性。对密封材料的要求一般是：1）材料致密性好，不易泄露介质；2）有适当的机械强度和硬度；3）压缩性和回弹性好，永久变形小；4）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂；5）抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬{HotTag}度变化小，且不粘附在金属表面上；6）摩擦系数小，耐磨性好；7）具有与密封面结合的柔软性；8）耐老化性好，经久耐用；9）加工制造方便，价格便宜，取材容易。橡胶是最常用的密封材料。除橡胶外，适合于做密封材料的还有石墨等，聚四氟乙烯以及各种密封胶等。通用的橡胶密封制品在国防，化工，煤炭，石油，冶金，交通运输和机械制造工业等方面的应用越来越广泛，已成为各种行业中的基础件和配件。橡胶密封制品常用材料如下。丁月青橡胶具有优良的耐燃料油及芳香溶剂等性能，但不耐酮，酯和氯化氢等介质，因此耐油密封制品以及采用丁月青橡胶为主。氯丁橡胶具有良好的耐油和耐溶剂性能。它有较好的耐齿轮油和变压器油性能，但不耐芳香族油。氯丁橡胶还具有优良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡胶的交联断裂温度在200℃以上，通常用氯丁橡胶制作门窗密封条。氯丁橡胶对于无机酸也具有良好的耐腐蚀性。此外，由于氯丁橡胶还具有良好的挠曲性和不透气性，可制成膜片和真空用的密封制品。天然橡胶与多数合成橡胶相比，具有良好的综合力学性能，耐寒性，较高的回弹性及耐磨性。天然橡胶不耐矿物油，但在植物油和醇类中较稳定。在以正丁醇与精制篦麻油混合液体组成的制动液的液压制动系统中作为密封件的胶碗，胶圈均用天然橡胶制造，一般密封胶也常用天然橡胶制造。氟橡胶具有突出的耐热(200〜250℃),耐油性能，可用于制造气缸套密封圈，胶碗和旋转唇形密封圈，能显著地提高使用时间。硅橡胶具有突出的耐高低温，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70〜260℃的工作温度范围内能保持其特有的使用弹性及耐臭氧，耐天候等优点，适宜制作热机构中所需的密封垫，如强光源灯罩密封衬圈，阀垫等。由于硅橡胶不耐油，机械强度低，价格昂贵，因此不宜制作耐油密封制品。三元乙丙橡胶的主链是不含双键的完全饱和的直链型结构，其侧链上有二烯泾，这样就可用硫磺硫化。三元乙丙橡胶具有优良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐热性（可在120℃环境中长期使用），耐化学性（如醇，酸，强碱，氧化剂），但不耐脂肪族和芳香族类溶剂侵蚀。三元乙丙橡胶在橡胶中密度是最低的有高填充的特性，但缺乏自粘性和互粘性。此外，三元乙丙橡胶有突出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡胶已广泛用于洗衣机，电视机中的配件和门窗密封制品，或多种复合体剖面的胶条生产中。聚氨脂橡胶具有优异的乃磨性和良好的不透气性，使用温度范围一般为-20〜80℃。此外，还具有中等耐油，耐氧及耐臭氧老化特性，但不耐酸碱、水、蒸汽和酮类等。适于制造各种橡胶密封制品，如油封、O形圈和隔膜等。氯醚橡胶兼有丁月青橡胶，氯丁橡胶，丙烯酸酯橡胶的优点，其耐油、耐热、耐臭氧、耐燃、耐碱、耐水及耐有机溶剂性能都很好，并有良好的工艺性能，其耐寒性较差。在使用温度不太低的情况下，氯醚橡胶仍是制造油封，各种密封圈，垫片，隔膜和防尘罩等密封制品的良好材料。丙烯酸酯橡胶具有耐热油（矿物油，润滑油和燃料油），特别是在高温下的耐油稳定性能，一般可达175℃，间隙使用或短时间可耐温200℃。它的缺点是耐寒性差。因此在非寒冷地区适合制作耐高温油的油封，但不适合作高温下受拉伸或压缩应力的密封制品。2、垫密封垫密封广泛应用于管道，压力容器以及各种壳体的结合面的静密封中。垫密封有非金属密封垫，非金属与金属组合密封垫和金属密封垫三大类。其常用材料有橡胶，皮革，石棉软木聚四氟乙烯，钢，铁，铜和不锈钢等。垫密封的泄露有三种形式：界面泄露，渗透泄露和破坏性泄露。其中以前二者为主要形式。3.1概述密封材料的功能是填充构形复杂且不利施工的间隙，以起密封作用。密封材料主要有三种类型：1）硫化型的橡胶垫片或密封圈；2）非硫化型的密封胶带；3）无固定形状的膏状或腻子状的液体密封胶。密封胶的分类密封胶的品种及类型很多。为了满足同一使用要求，可以使用几种不同基料的密封胶；而同一种基料又能制造出不同性能和不同的用途的密封胶。从密封胶的制造者和使用者两方面考虑，密封胶有多种分类方法。一般可按下述四种方法进行分类。胶型此类密封胶以橡胶为基料。常用橡胶有聚硫橡胶，硅橡胶，聚氨酯橡胶，氯丁橡胶和丁基橡胶等。此类密封胶以树脂为基料。常用树脂有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚氯乙烯树脂等。此类密封胶以油料为基料。常用的油类有各种植物油如亚麻油，篦麻油和桐油，以及动物油（如鱼油）等。此类密封胶系列利用空气中的水分进行硫化。它主要包括单组分的聚氨酯、硅橡胶和聚硫橡胶等。其聚合物基料中含有活性基因，能同空气中的水发生反应，形成交联键，使密封胶硫化成网状结构。大气中的湿气作为硫化反应中的催化剂。双组分的聚氨酯、硅橡胶、聚硫橡胶、氯丁橡胶和环氧树脂密封胶都属于这一类，一般在室温条件下完成硫化。某些单组分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡胶密封胶以及聚氯乙烯溶胶糊状密封胶（如汽车用点焊胶），则须在加条件下经化学反应完成硫化。用增塑剂分散的聚氯乙烯树脂和含有沥青的橡胶并用的密封胶是两个不同类型的热转变体系。乙烯基树脂增塑体在室温下是液态悬浮体，通过加热转化为固体而硬化；而橡胶一一沥青并用密封胶则为热熔性的。表面干燥的嵌缝或安装玻璃用密封胶属这种类型，主要以干性和半干性植物油为基材。着中类油料可以是精制聚合的、吹制的或化学改性的。用环烷酸钻作催干剂加速表面干燥而内部不硬化；环烷酸铅可使表面和内部都硬化；而环烷酸锰使内部硬化更有效。这是以溶剂挥发后无粘性高聚物为基料的密封胶。这一类密封胶主要有丁基相交、高分子量聚异丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡胶等密封胶。这类密封胶通常包括以聚丁烯、中等分子量的聚异丁烯、高粘度的非氧化性粘接料如苯乙烯基油、不干性植物油、吹制半干性油或丁基橡胶为基料的密封胶。这类密封胶属低级别密封胶，通常采用3种主要材料：油和树脂；聚丁烯；沥青。常用于密封小窗户的固定玻璃，其接缝移动变形量最大为+5%或-5%，使用有效期一般为2年。这类密封胶包括经硫化可形成弹性状态的液态聚合物。他们具有承受重复的接缝变形能力。液态弹性体密封胶使用寿命一般为15〜20年。这类密封胶具有高的粘接力和剪切强度，室温下具有良好的柔软性。其缺点为价格高，通常情况下需要底胶，双组分密封胶现场混合不方便，硫化时对温度和湿度敏感等。热熔密封胶又称为热施工型密封胶，是指以弹性体同热塑性树脂掺合物为基料的密封胶。热熔密封胶可配制成性能接近于液体弹性密封胶，但它比液体弹性体密封胶优越的是不需要加入硫化剂。这类密封胶主要用于机械结合面的密封，以代替固体密封材料（纸片、石棉、软木和硫化橡胶），以防止机械内部流体从结合面泄露，所以液体密封胶又称为液体垫圈。这类密封胶又可分为刚性和柔性两类。刚性密封胶硫化或凝固后形成的固体，很少具有弹性；柔性密封胶在硫化后具有弹性及柔软性。刚性密封胶的特点是不能弯曲，通常接缝不可移动。柔性密封胶经硫化后保持柔软性。这类密封胶是软质凝固性的密封胶，施工后仍保持不干性（增粘剂不断地迁移到表面）