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常見問題

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  • 機械密封基礎知識
  • 2017/2/4 閱讀次數:[1222]
  • (一)機械密封的概念:

       1.機械密封 是一種用來解決旋轉軸與機體之間流體介質密封的裝置。

       2.機械密封是至少由一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力(或者磁力)作用以及輔助密封的配合下保持貼合并且相對滑動而構成的用以防止流體泄漏的裝置。

    (二)機械密封的用途:機械密封常用在泵軸、壓縮機、反應釜、反應攪拌器、風機等旋轉式流體機械;也用于齒輪箱、閥門、旋轉接頭、船舶尾軸等裝置。

    (三)機械密封主要零件及作用:

     1.主要零件:機械密封主要由5個部分組成:

    (1)補償環和非補償環構成主要密封面,也叫摩擦副;

    (2)彈性元件為主構成加載、補償和緩沖機構;

    (3)輔助密封(如O型圈、骨架油封、矩型圈、V型圈等);

    (4)傳動機構:與旋轉軸連接,并同軸一起旋轉的零件;

    (5)防轉機構:如防轉螺釘、銷釘、平鍵等。

     2.主要零件的作用:

     (1)補償環和非補償環:

    a.補償環—是指具有軸向補償能力的密封環,它可以是旋轉環(也稱動環),也可以是非旋轉環(也稱靜止環);一般情況下補償環用較軟質材料制造,端面比非補償環更窄。

    b.非補償環—是指不具有軸向補償能力的密封環,同樣它可以是旋轉環(也稱動環),也可以是非旋轉環(也稱靜止環)。一般情況下非補償環用相對較硬質材料制造,端面比補償環更寬。

    補償環和非補償環兩者端面貼合在一起構成主密封端面,起主要密封作用,是機械密封的主要零件。

    總之:簡單的說一般可以認為密封在使用時能做軸向滑動的環叫補償環,不能做軸向滑動的環叫非補償環;能隨軸(或者軸套)做圓周旋轉運動的環叫動環,不能隨軸(或者軸套)做圓周運動的環叫靜止環;補償環不一定是動環,非補償環也不一定 是靜止環,兩者要根據機械密封結構來區分。

    (2)彈性元件與彈簧座:由它們構成加載、補償和緩沖機構,以保證機械密封在安裝后端面貼合;在磨損時及時補償,在受振動、躥動時起緩沖作用。

     〈1〉彈性元件的要求:

    a.彈性元件產生的彈力大小必須足以克服補償環輔助密封圈在軸(或者軸套)上滑動時的摩擦阻力;

    b.彈性元件產生的彈力大小還要足以防止密封腔處于真空狀態時補償環和非補償環被吸入密封腔體內;

    C.但是過大的彈性力會加劇密封端面的磨損,影響機械密封使用和縮短其使用壽命。

      〈2〉彈性元件的種類:彈性元件可以是單個圓柱螺旋彈簧、圓錐螺旋彈簧,也可以是多個沿圓周方向布置的圓柱螺旋小彈簧,或者成對的片狀波形彈簧以及蝶形彈簧等。

      〈3〉彈簧座:用于彈簧軸向和徑向定位的零件,通常它還兼備傳遞轉矩或者克服轉矩的作用。

     (3)輔助密封圈:起輔助密封作用,分補償環輔助密封圈、非補償環輔助密封圈、壓蓋密封圈和軸套密封圈等。

    a.補償環輔助密封圈:用來密封補償環與軸(或者軸套)之間的泄漏,按其截面形狀分為O型圈、V型圈、楔形圈、U形圈、矩形圈等。

    b.非補償環輔助密封圈:用來密封非補償環與軸、軸套、壓蓋(或者密封腔體)之間的泄漏,按其截面形狀有O型圈、V型圈、矩形圈、L形墊片、矩形墊片等形式。

    (4)傳動機構:

      <1> 作用:起傳遞轉矩的作用。

      <2> 傳動機構的形式:

      a.在旋轉式機械密封中多彈簧結構常用凸圓凹坑、柱銷、撥叉等方式傳動,傳動機構多布置在彈簧座和補償環上;單彈簧結構中常以彈簧自身的并圈或者帶鉤形式兼起傳動作用,還可以用葉輪與拆卸環夾緊軸套和驅動環上緊定螺釘來傳動。

    b.在靜止式機械密封中旋轉環常用平鍵、柱銷等來傳動。

    (5)防轉機構:起克服轉矩的作用,其結構形式與傳動機構相反。

    (四).機械密封密封原理及運行條件:

    1.機械密封的使用性能主要取決于主密封。

    2.主密封的密封原理:機械密封高速運轉時在密封端面之間形成一層極薄的流體膜來潤滑和產生相互吸引力以保證其正常工作。所以平常我們一般認為兩個密封面之間是在沒有液體情況下才不會產生泄漏的說法是不正確的。這層液膜的厚度大概為千分之6到萬分之6微米(μm)。密封面沒有液體的機封有如壓縮機上用的干氣密封。

    總之:如果兩個密封面之間沒有液體,機械密封高速旋轉時兩個密封面干摩擦會產生大量摩擦熱,使密封溫度急劇上升從而很快使輔助密封圈碳化,密封面因為高溫而產生龜裂以及導致整個機械密封零件變形。

      機械密封冷卻水作用:機械密封冷卻水主要作用是把高速運轉時主密封面產生的摩擦熱帶出密封腔體,盡量延長機械密封的使用壽命。

    3.機械密封運行條件:

    (1)集裝式單端面機械密封:

    a.在泵腔體內沒有輸送介質和沒有冷卻水情況下 禁止干運轉;

    b.在有介質而無冷卻水情況下機械密封可以短時間運轉,因為單端面密封只有一組密封面都侵泡在輸送介質流體內,兩個密封面運轉時不會產生干摩擦,但是長時間這樣運轉也會嚴重縮短機械密封使用壽命,其主要原因是密封水這個骨架油封在未損壞時密封面產生的摩擦熱排不出密封腔體內,整個機械密封溫度也會很快升高。

    C.如果在沒有輸送介質流體而有冷卻水情況下,機械密封在短時間內也可以運轉,因為冷卻水是從機封內部通向兩個密封環之間的,機械密封運轉時不會產生干摩擦。

    (2)集裝式雙端面和多端面機械密封: 禁止沒有冷卻水情況下運行機械密封。

    a.在泵腔體內有輸送介質流體而沒有冷卻水情況下 禁止運行機械密封。因為在這種情況下密封物料這組密封環密封面之間有介質流體潤滑,而密封冷卻水這這組密封環密封之間沒有任何液體潤滑 會產生干摩擦,在短時間內機械密封產生大量摩擦熱使溫度急劇上升從而很快損毀機械密封。所以集裝式雙端面機械密封 禁止無冷卻水情況下運行。

    b.在泵腔體內沒有輸送介質物料而有冷卻水情況下可以短時間運行機械密封,因為冷卻水是從密封內部通向兩組密封面之間的,運行時兩組密封面都不會產生干摩擦,不會很快損毀機械密封;但是不到萬不得以情況下也不要這樣運行機械密封。

    C.在泵腔體內沒有輸送介質物料也沒有冷卻水情況下 禁止

    運行機械密封,這樣在很短時間內 會燒毀整個機械密封。

    (五)機械密封的分類:機械密封的分類方法很多,按其結構布置、端面比壓、初始閉合力源、端面組合型式等分為各種不同名稱的機械密封。

    1.按初始閉合力源分為:彈性力機械密封和磁力機械密封。

    (1)彈性力機械密封初始閉合力源來自彈簧、金屬波紋管、聚四氟乙烯波紋管、橡膠波紋管等產生的彈性力。

    (2)磁力機械密封初始閉合力來自磁體等產生的磁力。

    2.按結構布置分為:按補償環是否借助于輔助密封圈在軸(或者軸套)上接觸滑移來實現補償功能可分為:滑動式和非滑動式機械密封。

    (1)滑動式機械密封:                                        

       〈1〉滑動式機械密封定義:指補償環借助輔助密封圈(O型圈、V型圈、楔形環等)支承于軸(軸套)上,以其接觸滑移來實現補償功能的機械密封。它的初始閉合力源一般由彈簧提供。

       〈2〉滑動式機械密封分類:

     A.滑動式機械密封按彈簧結構形式及數量可分為:

       a.單彈簧結構:此類機械密封常用彈簧作傳動機構,結構簡單;但是傳動不太可靠,并且彈力分布不均勻,不宜高速運轉。

       b.多彈簧結構:此類機械密封是由一組多個小彈簧作圓周方向布置;整個機械密封彈力均勻,適宜高速運轉;但彈簧不能用來起傳動作用,結構相對單彈簧機械密封更復雜。

       c.片彈簧結構:此機械密封結構緊湊,軸向長度短,補償量小。

    B.滑動式密封按彈簧位置布置可分為:內置式和外置式結構。

       a.彈簧內置式機械密封—是指彈簧布置在機械密封高壓側,與高壓側流體接觸的密封;又叫彈簧前置式機械密封。

    b.彈簧外置式機械密封—是指彈簧布置在機械密封的低壓側,不與高壓側流體接觸的密封;又叫彈簧后置式機械密封。

    C.滑動式機械密封按運動方式(指補償環是否隨軸旋轉)可分為:旋轉式和靜止式機械密封。

        a.旋轉式機械密封—指補償環隨軸(軸套)一起旋轉的密封。

        b.靜止式機械密封—指補償環不隨軸(軸套)一起旋轉的密封。

    旋轉式和靜止式密封按處于相對靜止狀態的密封環(補償環或者非補償環)的端面是否面向主機工作腔體又可分為:內裝式和外裝式密封。

    (a)內裝式機械密封—指處于相對靜止狀態的密封環的端面面向主機工作腔體的機械密封。它可以是滑動式,也可以是非滑動式密封。

    (b)外裝式機械密封—指處于相對靜止狀態的密封環的端面背向主機工作腔體的機械密封。它同樣可以是滑動式密封,也可以是非滑動式密封。

    內外裝式機封的特點:(1)內裝式機封從主機外面是看不見機封的;(2)外裝式機封的密封環外圓部分一般都暴露在低壓側的大氣中,可以直觀的監視其密封面泄漏、磨損等運轉情況。

    外置散裝式機封的缺陷:外裝式散裝式機封受力不如內裝式機封合理,密封環受介質的拉應力,介質的作用力與彈性元件的作用力相反,有使密封面開啟的趨勢,泄漏量較大。

    內外裝式機封的使用原則:(1)外裝式機封在流體介質壓力<0.5MPa,主機腔體尺寸受限制情況下使用;(2)內裝式機封流體介質壓力在任何情況下都能使用,特別是介質流體壓力≥0.5MPa情況下盡量采用內裝式結構的機械密封;因為它的泄漏方向與泵內介質流體離心力方向一致,泄漏量較小。

    旋轉式和靜止式機械密封按補償環離端面 遠的背面處

    于高壓側還是低壓側又可分為高背壓式和低背壓式機封:

    (a)高背壓式機械密封—指補償環離端面 遠的背面處于高壓側的滑動式密封。情況大概有4種(略)

    (b)低背壓式機械密封—指補償環離密封端面 遠的背面處于低壓側的滑動式密封。(略)

    高低背壓式機封結構特點總結:

    (1)低背壓式機械密封的彈簧都置于低壓側,可避免接觸高壓側密封流體,而高壓側密封流體往往是密封介質,這樣 避免了彈簧受介質腐蝕的問題;因此強腐蝕的機械密封常采用低背壓式結構的機封。

    (2)高背壓式機械密封則相反。

    B.非滑動式機械密封使用地方較少,不常見。一般波紋管式機

    械密封 是非滑動式密封。

    非滑動式機械密封分類:

    (a)按運動方式也分為旋轉式和靜止式結構,旋轉式又分為內裝內流式和外裝外流式。

    (b)按波紋管結構又分為壓力成型金屬波紋管、焊接金屬波紋管、橡膠波紋管、聚四氟乙烯波紋管結構等。

    其中:(1)壓力成型金屬波紋管和焊接成型金屬波紋管結構機械密封常用于高溫高壓工況;(2)橡膠波紋管結構機械密封用于常溫清水工況;(3)聚四氟乙烯波紋管常用于腐蝕性強的酸堿流體工況。

    3.按端面比壓分類:分類原則是按端面比壓是否等于零,即密封端面是否相互接觸而分為接觸式機械密封和非接觸式機械密封。

     機械密封端面比壓概念—是指密封彈簧在正常工作高度時自身產生的彈性力作用在有效密封環帶單位面積上的力。

    (1)接觸式機械密封:指密封端面相互接觸,端面比壓大于零的機械密封。接觸式機械密封端面比壓的大小取決于載荷系數K值的大小,因此可按載荷系數K<1和K≥1再分為平衡型和非平衡型機械密封。

     A.平衡型機械密封—指載荷系數值K<1的密封。

     B.非平衡型機械密封—指載荷系數值K≥1的機械密封。

    (2)非接觸式機械密封:指密封端面相互不接觸,端面比壓Pc=0的機械密封。

    特點:接觸式機械密封密封面之間處于液體摩擦狀態,在密封

    面之間有一層完整的液壓流體膜;而非接觸式機械密封不處于液體摩擦狀態,在密封面之間沒有完整的液壓流體膜,它是靠高速運轉時產生吸附力實現密封,比如壓縮機等上用的干氣密封。

    4.按端面組合數量分為:雙端面、多端面、串聯式機械密封。

    (1)雙端面機械密封:只由兩對密封面組成的機械密封,它又可分為軸向雙端面和徑向雙端面結構;

    A.軸向雙端面密封:分為軸向相背事和軸向相對式結構:

    a.軸向相背式也 是我們平常所說的“背靠背”結構密封;

    b.軸向相對式:指沿軸向相對布置的雙端面密封(即兩組密封環都靠在一起,彈簧座兩邊分布的密封)。

    B.徑向雙端面密封:指沿徑向布置的雙端面密封(比如反應釜上用的204型和212型結構)。

    (2).串聯式機械密封:指由兩套或者兩套以上同向布置的單端面結構密封(略)。

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