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1、机械密封原理论文分解机械密封原理安装及失效分析摘要：机械密封本身是一种要求较高的精密部件，对设计、机械加工、装配质量都有很高的要求。在使用机械密封时，应分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于各种泵的技术要求和使用介质要求且有充分的润滑条件，这样才能保证密封长期可靠地运转。机械密封又称端面密封,是旋转轴用动密封。机械密封性能可靠,泄露量小,使用寿命长,功耗低。毋须经常维修,且能适应于生产过程自动化和高温,低温,高压,真空,高速以及各种强腐蚀性介质。含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相对润动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持接合并配以辅助密封而达到的

2、阻漏的轴封装置。一、给水泵对机械密封的要求,机械密封与软填料密封比较 1机械密封优点: 1.密封可靠,在长期运转中密封状态很稳定,泄露量很小,其泄露约为软填料密封的1%； 2.使用寿命长,在油,水介质中一般可达12年或更长.在化工介质中一般工作半年以上；3.擦功率消耗小,其摩擦功率仅为软填料密封的10%50%；4.轴或轴套基本上不摩损； 5.维修周期长.端面磨损后可自动补偿,一般情况下不需要经常性维修； 6.抗震性好,对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感；7.适用范围广,机械密封能用于高温,低温,高压,真空,不同旋转频率,以及各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封。2机械密封缺点: 1.较复杂,对

3、加工要求高；2.安装与更换比较麻烦,要求工人有一定的技术水平； 3.发生偶然性事故时,处理较困难。二、机械密封安装前的准备工作1.检查机械密封的型号、规格是否合设计图纸的要求,所以零件(特别是密封面,辅助密封圈)有无损伤.变形.裂缝等现象,若有缺陷,必须更换或修复 ；2.检查机械密封各零件的配合尺寸,粗糙度,平行度是否符合设计要求； 3.使用多弹簧机械密封时,应检查各弹簧的长短和刚性是否相同 ；4.检查主机的窜动量，摆动量和绕度是否符合技术要求,密封腔是否符合安装尺度,密封端盖与轴是否垂直,一般要求，轴窜动量不大于0.5mm，轴摆动量(旋转环密封圈处)不大于0.06mm，轴最大绕度不大于0.0

4、5mm，密封端盖与垫片接触平面对中心线的不垂直度允许差0.030.05mm； 5.应保持清洁,特别是旋转环和静止环密封面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘，不允许用不清洁的不檫拭密封面；6.不允许用工具敲击密封元件，以防止密封件被损坏。三、机械密封安装、使用技术要领 1.设备转轴的径向跳动应0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米； 2.设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密封部位； 3.在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦付破损而密封失效； 4.安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装； 5.安装静环压盖时

5、，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求； 6.安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性； 7.安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉； 8.设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效； 9.对易结晶、颗粒介质，对介质温度80oC时，应采取相应的冲 洗、过滤、冷却措施，各种辅助装置请参照机械密封有关标准 。 10.安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，要特别注意机械油的选择对于不同的辅助密封材质，避免造成O型圈侵油膨胀或加速老化，造成密封提前失效。 四、机械密封有哪三个密封点，及这三个密封点的密封原理 动环与静环之间的密封：是靠弹性元件（弹簧、波纹

6、管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、 平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。两端面之所以必须高 度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。 五、机械密封技术的种类 当前采用新材料和工艺的各种机械密封的新技术，进展较快，有下列的机械密封新技术。密封面开槽密封技术近年来，在机械密封的密封端面上开了各种各样的流槽，以产生流体静、动压效应，现在还在不断更新。零泄漏密封技术过去总认为接触式和非接触式机械密封不可能达到零泄漏（或

7、无泄漏）。以色列利用开槽密封技术，提出零泄漏非接触式机械端面密封的新概念，并已用于核电站润滑油泵中。干运转气体密封技术这类密封是将开槽密封技术用于气体密封。上游泵送密封技术即利用密封面上开流槽将下游少量泄漏流体泵送回上游。上述几类密封的结构特点是：采用浅槽，且膜厚和流槽的深均属微米级，并采用润滑槽，径向密封坝和周向密 封堰组成密封和承载部分。也可以说开槽密封是平面密封和开槽轴承的结合。其优点是泄漏量小（甚至无泄漏）、膜厚大，消除接触摩擦、功耗和发热量小。热流体 动压密封技术它是利用各种形状较深的密封面流槽，造成局部热变形，以产生流体动力楔效应。这种具有流体动压承载能力的密封，称之为热流体动力楔

8、密封。 波纹管密封技术可分为成型金属波纹管和焊接金属波纹管机械密封技术。 多端面密封技术分为双密封、中间环密封、多密封技术。另外还有平行面密封技术、监控密封技术、组合密封技术等。六、机械密封冲洗方案及特点 冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。冲洗的方式主要有如下： 1.内冲洗 1.1.正冲洗 特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔。 1.2.反冲洗 特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端引入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口。 1.3.全冲洗 特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔，冲

9、洗后再经管路流回泵入口。 2.外冲洗 特点：引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔进行冲洗。 应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05-0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需要，不 会产生对密封件的冲蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s;含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，为达到上述的流 速值，冲洗液与密封腔压力的差值应0.5MPa，一般取0.05-0.1MPa，对双端面机械密封可取0.1-0.2MP.冲洗液进入和排出 密封腔的孔口位置，应设置在密封端面附近，且应在靠近动环侧，为了防止石墨环被冲

10、蚀或因冷却不均引起温差变形，以及杂质堆积和结焦等，可采用切向引入或多点冲洗。七、机械密封的失效原因分析水泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：(l)轴套与轴间的密封；(2)动环与轴套间的密封；(3)动、静环间密封；(4)对静环与静环座间的密封；(5)密封端盖与泵体间的密封。1.安装静试时泄漏机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题

11、；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。2.试运转时出现的泄漏泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。3.引起摩擦副密封失效的因素主要有(l)操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；(2)对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；(3)动环密封圈过紧，弹簧无法调整动

12、环的轴向浮动量；(4)静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；(5)工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；(6)设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。4.由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效a)因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；b)介质的低于饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；c)如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或阻塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也造成介质压

13、力低于其饱和蒸汽压的状况。5.由于腐蚀而引起的机械密封失效a)密封面点蚀，甚至穿透。b)由于碳化钨环与不锈钢座等焊接，使用中不锈钢座易产生晶间腐蚀；c)焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂。6.由于高温效应而产生的机械密封失效a)热裂是高温油泵，如油渣泵、回炼油泵、常减压塔底泵等最常见的失效现象。在密封面处由于干摩擦、冷却水突然中断，杂质进入密封面、抽空等情况下，都会导致环面出现径向裂纹；b)石墨炭化是使用碳石墨环时密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨环一旦超过许用温度(一般在-105250)时，其表面会析出树脂，摩擦面附近树脂会发生炭化，当有粘结剂时，会发泡

14、软化，使密封面泄漏增加，密封失效；c)辅助密封件(如氟橡胶、乙丙橡胶、全橡胶)在超过许用温度后，将会迅速老化、龟裂、变硬失弹。现在所使用的柔性石墨耐高温、耐腐蚀性较好，但其回弹性差。而且易脆裂，安装时容易损坏。7.由于密封端面的磨损而造成的密封失效a)摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压(包括弹簧比压)过大等,都会缩短机械密封的使用寿命。对常用的材料，按耐磨性排列的次序为：碳化硅碳石墨、硬质合金碳石墨、陶瓷碳石墨、喷涂陶瓷碳石墨、氮化硅陶瓷碳石墨、高速钢碳石墨、堆焊硬质合金碳石墨；b)对于含有固体颗粒介质，密封面进入固体颗粒是导致使密封失效的主要原因。固体颗粒进入摩擦副端面起研磨剂作

15、用，使密封发生剧烈磨损而失效。密封面合理的间隙，以及机械密封的平衡程度，还有密封端面液膜的闪蒸等都是造成端面打开而使固体颗粒进入的主要原因；c)机械密封的平衡程度也影响着密封的磨损。一般情况下，平衡程度=75%左右最适宜。75%，磨损量虽然降低，但泄漏增加，密封面打开的可能性增大。对于高负荷(高PV值)的机械密封，由于端面摩擦热较大，一般取65%70%为宜，对低沸点的烃类介质等，由于温度对介质气化较敏感，为减少摩擦热的影响，取80%85%为好。8.因安装、运转或设备本身所产生的误差而造成机械密封泄漏a)由于安装不良，造成机械密封泄漏。主要表现在以下几方面：1)动、静环接触表面不平，安装时碰伤、

16、损坏；2)动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；3)动、静环表面有异物；4)动、静环V型密封圈方向装反，或安装时反边；5)轴套处泄漏，密封圈未装或压紧力不够；6)弹簧力不均匀，单弹簧不垂直，多弹簧长短不一；7)密封腔端面与轴垂直度不够；8)轴套上密封圈活动处有腐蚀点。b)设备在运转中，机械密封发生泄漏的原因主要有：1)泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等均会导致密封周期性泄漏；2)摩擦副损伤或变形而不能跑合引起泄漏；3)密封圈材料选择不当，溶胀失弹；4)大弹簧转向不对；5)设备运转时振动太大；6)动、静环与轴套间形成水垢使弹簧失弹而不能补偿密封

17、面的磨损；7)密封环发生龟裂等。c)泵在停一段时间后再启动时发生泄漏，这主要是因为摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧腐蚀、阻塞而失弹。d)泵轴扰度太大。八、结束语以上总结了机械密封比较常见的渗漏原因。机械密封本身是一种要求较高的精密部件，对设计、机械加工、装配质量都有很高的要求。在使用机械密封时，应分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于各种泵的技术要求和使用介质要求且有充分的润滑条件，这样才能保证密封长期可靠地运转。参考文献：（1）机械端面密封 顾永泉 石油大学出版社 1994（2）机械密封实用技术 顾永泉 机械工业出版社 2001（3）密封使用与维修问答 王凤喜等 机械工业出版社 2005