機(jī)械密封的結(jié)構(gòu).ppt

機(jī)械密封基礎(chǔ)知識講座 第二章機(jī)械密封原理與結(jié)構(gòu)形式 一 基本概念 1 機(jī)械密封是一種用來解決旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)體之間密封的裝置 它是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸錢的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力 或磁力 的作用及輔助密封的配合下保持貼合下并相對滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體泄漏的裝置 常用于泵 壓縮機(jī) 反應(yīng)攪拌釜等旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械 也用于齒輪箱 船舶尾軸等密封 因此 機(jī)械密封是一種通用的軸封裝置 2 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)多種多樣 最常用的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)是端面密封 見圖2 1 端面密封的靜環(huán) 動(dòng)環(huán)組成一對摩擦副 摩擦副的作用是防止介質(zhì)泄漏 它要求靜環(huán) 動(dòng)環(huán) 具有良好的耐磨性 動(dòng)環(huán)可以在軸向靈活地移動(dòng) 自動(dòng)補(bǔ)償密封面磨損 使之與靜環(huán)良好地貼合 靜環(huán)具有浮動(dòng)性 起緩沖作用 為此 密封面要求有良好的加工質(zhì)量 保證密封副有良好的貼合性能 構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有靜環(huán) 動(dòng)環(huán) 壓蓋 推環(huán) 彈簧 定位環(huán) 軸套 動(dòng)環(huán)密封圈 靜環(huán)密封圈軸套密封圈等 3 彈性元件 彈簧 波紋管 它主要起預(yù)緊 補(bǔ)償和緩沖的作用 要求始終保持足夠的彈性來克服輔助密封和傳動(dòng)件的摩擦和動(dòng)環(huán)等的慣性 保證端面密封副良好的貼合和動(dòng)環(huán)的追隨性 材料要求耐腐蝕 耐疲勞 4 輔助密封 0形圈 V形圈 U形圈 楔形圈和異形圈等 它主要起靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的密封作用 同時(shí)也起到浮動(dòng)和緩沖作用 要求靜環(huán)的密封元件能保證靜環(huán)與壓蓋之間的密封性 靜環(huán)有一定的浮動(dòng)性 動(dòng)環(huán)的密封元件能保證動(dòng)環(huán)與軸或軸套之間的密封性和動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性 材料要求耐熱等 圖2 1單端面機(jī)械密封 10軸套密封圈 7軸套 6定位環(huán) 5彈簧 4推環(huán) 3壓蓋 1靜環(huán) 9靜環(huán)密封圈 2動(dòng)環(huán) 8動(dòng)環(huán)密封圈 構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有 1靜環(huán) 2動(dòng)環(huán) 3壓蓋 4推環(huán)5彈簧6定位環(huán) 7軸套 8動(dòng)環(huán)密封圈 9靜環(huán)密封圈圈等組成 二 機(jī)械密封的泄漏通道點(diǎn)如下 1 靜環(huán)密封圈 4 壓蓋密封圈 3 動(dòng)環(huán)密封圈 5 軸套密封圈 2 摩擦副 三 機(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn) 1 優(yōu)點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)可靠 泄漏量可以限制到很少 只要主密封面的表面粗糙度和平直度能保證達(dá)到要求 只要材料耐磨性好 機(jī)械密封可以達(dá)到很少泄漏量 甚至肉眼看不見泄漏 2 壽命長 在機(jī)械密封中 主要磨損部分是密封摩擦副端面 因?yàn)槊芊舛嗣娴哪p量在正常工作條件下不大 一般可以連續(xù)使用1 2年 特殊場合下也有用到5 10年 3 運(yùn)轉(zhuǎn)中無需調(diào)整 由于機(jī)械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合 在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)保持接觸 裝配后就不用像普通軟填料那樣需調(diào)整壓緊 4 具有耐耐振性 在轉(zhuǎn)速為3000r min下最大振幅不超過0 05mm使用PV值不斷提高 5 功率損失小 填料密封是靠盤根的壓緊在軸上或軸套上起作用的 填料密封與軸直接摩擦 填料壓的越緊摩擦力就越大 消耗功率也就越大 而機(jī)械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態(tài) 摩擦系數(shù)非常的小 機(jī)械密封的功率損失是填料密封的10 50 6 波紋管密封軸或軸套不受磨損 對旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對殼體的偏斜不敏感 7 適用范圍廣 當(dāng)介質(zhì)易燃 易爆 有毒有害時(shí) 采用機(jī)械密封可保證密封 它還適用于高溫 低溫 高壓 真空各種轉(zhuǎn)速的及腐蝕介質(zhì)的設(shè)備密封 2 缺點(diǎn) 1 如結(jié)構(gòu)比填料密封復(fù)雜 加工精度要求高 并要求一定的安裝技術(shù)等 特別是干氣密封的安裝要求更高 而且密封技術(shù)發(fā)展的很快 新技術(shù)不斷出現(xiàn)給我們維修帶來了新的課題 2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 拆裝不便 與其它密封比較 機(jī)械端面密封的零件數(shù)目多 要求精密 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 特別是在裝配方面較困難 拆裝時(shí)要從軸端抽出密封環(huán) 必須把機(jī)器部分 聯(lián)軸器 或全部拆卸 這一問題目前已作了某些改進(jìn) 例如采用拆裝方便并可保證裝配質(zhì)量的剖分式和集裝式機(jī)械密封等 四 機(jī)械密封的典型結(jié)構(gòu)形式 機(jī)械密封的基本型式多種多樣 分類的方法很多我們這里只介紹石油化工企業(yè)的一些常用的接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu) 接觸式機(jī)械密封泄漏量小 結(jié)構(gòu)簡單 使用范圍廣 分類方法各有差異 常用的有內(nèi)裝式機(jī)械密封 外裝式機(jī)械密封等 1 內(nèi)裝式機(jī)械密封 內(nèi)裝內(nèi)流多彈簧靜止式接觸機(jī)械密封特征 只有一對摩擦副和多只小彈簧 載荷系數(shù)K小于1能平衡介質(zhì)壓力對端面的作用 結(jié)構(gòu)簡單 制造及拆裝容易 詳見圖2 3 1 內(nèi)裝內(nèi)流靜止型機(jī)械密封 彈簧靜止接觸機(jī)械密封 波紋管靜止接觸機(jī)械密封 2 內(nèi)裝內(nèi)流旋轉(zhuǎn)型機(jī)械密封 彈簧有旋向要求 彈簧的旋向與電機(jī)的旋向一致 彈簧密封 波紋管密封不受轉(zhuǎn)向要求 彈簧密封 3 內(nèi)裝單端面單彈簧平衡型密封 有彈簧盒密封彈簧不受旋轉(zhuǎn)方的向要求 軸套加工成帶臺(tái)階 能平衡一部分介質(zhì)壓力 軸套加工成帶臺(tái)階 能平衡一部分介質(zhì)壓力 實(shí)體分解圖 4 雙端面多彈簧機(jī)械密封 靜環(huán) 靜環(huán) 動(dòng)環(huán) 動(dòng)環(huán) 靜環(huán)密封圈 5 彈簧盒上加工方形曹 二級動(dòng)環(huán) 一級動(dòng)環(huán) 一級壓蓋 二級壓蓋 一級靜環(huán) 一級彈簧盒 內(nèi)裝多個(gè)小彈簧 二級彈簧盒 封液入口 6 內(nèi)裝雙端面波紋管密封 波紋管1 波紋管2 靜環(huán)2 壓蓋2 壓蓋1 靜環(huán)1 鎖緊螺絲 兩套密封面對面或背對背安裝在一起 內(nèi)裝雙端面彈簧密封 軸上應(yīng)有刻線或凹槽 以便彈簧座定位 兩套背對背安裝在一起的非平衡密封 軸上應(yīng)有刻線或凹槽 以便彈簧座定位 兩套背對背安裝在一起的平衡密封 用于工作介質(zhì)有毒 易燃 易爆 易揮發(fā) 易結(jié)晶 高溫 低溫 或氣體 高真空度等場合 兩套密封之間形成一個(gè)密封腔 在密封腔中引入封液 堵封 潤滑 冷卻 選潔凈 潤滑性好的封液介質(zhì) 7 內(nèi)裝式靜止式波紋管機(jī)械密封 壓蓋 波紋管不旋轉(zhuǎn) 動(dòng)環(huán) 軸套 橡膠水封 波紋管靜止安裝 去掉了補(bǔ)償環(huán)密封圈及其摩擦阻力 補(bǔ)償環(huán)密封圈改至彈簧座處 補(bǔ)償環(huán)追隨性提高 而且避免了補(bǔ)償環(huán)密封圈因軸串 振動(dòng)所產(chǎn)生的磨損 8 內(nèi)裝旋轉(zhuǎn)式波紋管密封 波紋管旋轉(zhuǎn)型 靜環(huán) 軸套 壓蓋 波紋管旋轉(zhuǎn)安裝 9 高壓高速密封 鎖緊環(huán) 壓縮量定位片 彈簧不旋轉(zhuǎn) 壓蓋 動(dòng)環(huán) 鎖緊環(huán) 付壓蓋 彈簧座 動(dòng)環(huán) 動(dòng)環(huán)密封圈 多點(diǎn)沖洗 靜環(huán) 軸套 主壓蓋 彈簧 10 集成式集裝機(jī)械密封 軸套密封圈 密封鎖緊環(huán) 密封壓蓋 動(dòng)環(huán) 靜環(huán) 集成式集裝密封 渣漿型密封 適用于密封例如污水 渣漿等含有固體顆?；蚶w維狀雜質(zhì)的介質(zhì) 安裝方便 適用范圍廣 軸向尺寸小等特點(diǎn) 11 波紋管環(huán)座上開弧型曹代替葉輪循環(huán)冷卻的熱水泵密封 介質(zhì)循環(huán)入口 介質(zhì)循環(huán)出口 波紋管座上開槽 靜環(huán) 靜環(huán)密封圈 軸套 在彈簧盒開孔代替葉輪的作用 使本身的介質(zhì)自循環(huán) 在經(jīng)過冷卻灌冷卻介質(zhì)達(dá)到改善密封的工作環(huán)境的目的 適用于高溫油泵 適用溫度在200 300 左右 12 彈簧盒開孔代替葉輪的作用 在彈簧盒開孔代替葉輪的作用 使本身的介質(zhì)自循環(huán) 在經(jīng)過冷卻灌冷卻介質(zhì)達(dá)到改善密封的工作環(huán)境的目的 適用于高溫油泵 適用溫度在200 300 左右 在二級密封彈簧盒開孔 調(diào)整壓縮量的定位片 一級密封 介質(zhì)循環(huán)入口 介質(zhì)循環(huán)出口 兩套密封沿同一方向布置 密封腔壓力逐級降低 用于有毒介質(zhì) 易揮發(fā)介質(zhì) 高壓場合等 13 軸套尾部安裝節(jié)流環(huán) 軸套安裝節(jié)流環(huán) 多點(diǎn)沖洗 波紋管 沖洗入口 在軸套尾部安裝節(jié)流環(huán) 減少密封腔的壓力同時(shí)采用多點(diǎn)沖洗 密封受熱均勻 波紋管靜止安裝廣泛用于高溫泵 14 磁力機(jī)械密封 磁鐵 軸承 壓蓋 靜環(huán) 靜環(huán)密封圈 動(dòng)環(huán) 動(dòng)環(huán)密封圈 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)緊湊 軸向 徑向尺寸均短小緊湊 磁力補(bǔ)償 使用磁力作為密封端面貼合力 新穎可靠 轉(zhuǎn)動(dòng)部件一體化 方便安裝和使用 優(yōu)選材料 端面材料優(yōu)選 密封效果好 使用壽命長 15 外裝式機(jī)械密封 輔助彈簧 壓蓋 靜環(huán) 介質(zhì)端 鎖緊環(huán) 4 F方型波紋管 外裝式多彈簧4 F波紋管密封的特征是動(dòng)環(huán)安裝在填料函外面 檢查與調(diào)節(jié)方便 彈簧可不受介質(zhì)的腐蝕 泄漏量較大 外裝外流多彈簧旋轉(zhuǎn)接觸式機(jī)械密封 密封型號有151 152 153型 圖2 20是152型機(jī)械密封是耐酸泵最常見的一種密封 16非補(bǔ)償環(huán)的幾種安裝方式 浮裝式 托裝式 夾固式 非補(bǔ)償靜環(huán) 不旋轉(zhuǎn)不補(bǔ)償 主要有三種安裝方式 補(bǔ)償靜環(huán) 不旋轉(zhuǎn)只補(bǔ)償 其輔助密封圈情況和補(bǔ)償動(dòng)環(huán)基本一致 五 平衡型密封與非平衡型密封的區(qū)別 平衡型密封軸套加工成臺(tái)階 非平衡型密封軸套沒有臺(tái)階 平衡型 動(dòng) 靜環(huán)密封面的壓力不受 或很少受 介質(zhì)壓力的影響 非平衡型 端面壓力受介質(zhì)壓力的影響 過大會(huì)壓壞端面間隙的潤滑膜 1 內(nèi)裝式平衡型密封受力圖 介質(zhì)壓力作用面積 端面面積 平衡線 平衡線 2 內(nèi)裝式平衡型密封受力圖 K d22 d02 d22 d12 當(dāng)K 1時(shí) 機(jī)械密封為非平衡型 當(dāng)K 1時(shí) 機(jī)械密封為平衡型 平衡系數(shù) 100 1 K d0為介質(zhì)分界圓直徑 軸徑 介質(zhì)壓力對補(bǔ)償環(huán)的有效作用A面積與端面面積S之比 K A S 載荷系數(shù)K 為平衡系數(shù) 它表示介子產(chǎn)生的比壓在摩擦副上的卸栽程度 因此 1 K內(nèi)1 0 85 0 15即平衡系數(shù)為15 一般石油化工的離心泵的K載荷系數(shù)為K 0 63 0 85當(dāng)密封腔壓力超過0 7MPa時(shí)應(yīng)考率采用部分平衡型 對于一般介質(zhì) 當(dāng)P介 0 6 0 7Mpa以上采用平衡型密封 對粘度較大 潤滑性能好的介質(zhì) 非平衡型機(jī)械密封使用壓力可以超過該值 對于粘度較小 潤滑性能差的介質(zhì) 當(dāng)P介 0 29 0 49Mpa時(shí)就得采用平衡型機(jī)械密封 平衡系數(shù)B愈大 由介質(zhì)引起的端面比壓就愈小 雖然磨損小 但不易保證密封 反之 衡系數(shù) 愈小 則端面比壓就愈大 使端面磨損加劇 發(fā)熱甚至有咬壞的危險(xiǎn) 最后使密封失效 因此要選取適當(dāng)?shù)?值 其值的大小與很多因素有關(guān) 情況比較復(fù)雜 通常情況下 值不易超過0 5否則 端面間的反壓力將使得端面有被推開的趨勢 平衡系數(shù) 值的選擇與密封介質(zhì)粘度 溫度 轉(zhuǎn)速 等有關(guān) 值的常用范圍為15 40 即載荷系數(shù)K 0 85 0 60在其他條件不變化的情況下 粘度越大的適用的 值愈小 粘度越小使用的 就越大 試驗(yàn)證明水 汽油 煤油等介質(zhì)的 值約為20 30 對于水 48時(shí) 已接近端面打開的極限對于粘度大的油 值約為30 40 機(jī)械密封的 值分為20 30 介質(zhì)壓力越大 適用的 值也越大 介質(zhì)壓力越小適用的 越小 值是一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù) 有時(shí)密封的選型不對則造成密封泄漏 端面比壓 作用于密封端面單位面積的力稱為密封比壓 要求 端面比壓必須是正值 保證密封端面緊密貼合 大于物料在密封端面上的蒸汽壓 保證液膜存在 端面比壓不宜過大 以免液膜蒸發(fā)使磨損加劇 也不能過小 以免密封性能變差 泵用內(nèi)置式 一般取0 3 0 5MPa 外置式 0 15 0 4MPa 粘度大者 適當(dāng)增加 一般0 5 0 7MPa 潤滑性差 易揮發(fā)物料 比壓較小 一般0 25 0 45MPa 反應(yīng)釜外置式