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机械密封结构原理十篇

时间：2023-09-20 16:58:56

机械密封结构原理

机械密封结构原理篇1

关键词：机械设备机械密封

机械密封是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力的作用及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成避免流体泄露的装置。机械密封在在旋转机械中的使用是非常广泛的，这是由于其具备良好的密封性和稳定性，而且泄漏量较少，摩擦功耗低，使用周期长，对轴(或轴套)磨损很小，能满足多种工况要求等特点。但是其密封结构复杂，使用条件苛刻，若使用不当就会直接影响到机械设备的性能与使用寿命，因此，探讨机械密封失效的原因，并采取有效措施及时予以改进，才能有效提升机械设备的使用寿命。

1、机械密封的典型结构与原理

机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封一般多用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等旋转机械设备上。

1.1 机械密封的典型结构

机械密封主要有三类部件组成：(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、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等）构成；(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。

1.2 机械密封的原理

机械密封就是通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。由于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补偿，故机械密封比填料密封寿命长。

2、机械密封失效的原因分析

常见的机械密封失效原因有动作性损坏、密封面平面度损坏、密封面性破损及多因素叠加作用引起的失效等。

2.1 动作性损坏失效

动环与静环随轴的旋转而频繁重复运动，不仅改变了密封端面，也增加了轴向移动量，特别是热及压力变化的积累，逐渐降低了机械密封的精度。长此以往就引起密封端面、销、轴套、螺栓及弹簧等部件损伤或变形，失去随动性，造成密封失效。

(1)颗粒物质进入堵塞使弹簧作用受限、滑动部件动作失调、密封面表面磨损，破坏了密封性。既使仅有微量浆料填积，也会严重影响机械密封的动作性；(2)滑动密封面磨损、硬化、老化，使轴及轴套损坏、弹簧座磨损、弯曲等；(3)附着高油油类分解焦化或碳化物颗粒附着溶液中析出馏分的结晶物造成微量泄露粘合。

2.2 密封面平面度损坏失效

密封面平面度损坏多为不均性滑痕或面部切断痕。引起摩擦副密封失效的原因主要有：

(1)操作中因抽空、气蚀、憋压等，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；(2)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，运转中进入摩擦副，损坏动、静环密封端面；(6)滑动件热装时，温度变化与热膨胀差引起的密封面变形。会使密封性因紧同件儒变、松动，结构热应力过高及热变形过大而损坏。导致失效。

2.3 密封面性破损失效

端面密封不仅靠端面液膜的密封功能达到密封目的，还借端面液膜的作用而正常运行。

(1)端面液膜破损会导致干摩擦，使密封面变得粗糙和磨损加速，甚至会使碳化硅与超硬质合金等硬质耐磨材料产生裂纹。(2)滑动摩擦面温度急剧上升时，未能及时除去的热积累会导致密封面间的密封液蒸发，膜消失后的干摩擦。加速了密封面的损伤，易引发突然失效。

2.4 多因素叠加作用失效

高粘度液体和起停返复操作的机械易发生以“碳疤”(密封面上隆起的微细“泡疤”)为起点，辐射状生长裂纹、剥离、脱落等多种缺陷。而干摩擦、滑动不良、平面度变形和相对侧硬质滑动环变形等多因素叠加作用也会造成失效。这些泄露现象多为局部的面压力上升和液膜破坏、热循环及疲劳所致。

3、防止密封失效的有效措施

(1)根据转动设备使用条件和工况进行适当的选型，设置必要的辅助设施，比如，高温情况下宜选用耐高温材质的石墨、钴基碳化钨等密封环，以提高高温使用性能，同时设置密封冲洗设施，起到冷却、、净化的功能。

(2)加强日常的规范使用和维护保养。在机械密封工艺管理中，有相当大一部分导致机械密封失效的原因是人为引起的，也就是说，由于管理不严，同样可以导致机械密封失效，所以，在机械管理当中，设备管理人员应当提高机械工艺的管理，确保工艺指标在生产过程中保持稳定，还要依照使用规程正确使用转动设备，加强日常巡检，时刻关注转动设备的运行状况。

(3)提高机械密封的检修质量。机械密封是一个零部件，所以，除了关注机械使用、运行的环境之外，我们还必须从源头入手，做好机械密封的安装步骤，日常检修中要注重检修质量，在密封装配过程中要轻拿轻放，保持密封元件的完整清洁，按照检修规程合理调整间隙与配合。

(4)提高机械密封的完好程度。众所周知，一台机械设备的完好程度不仅影响机械工作的效率，也会影响机械零部件的使用周期，所以，要想有效提高机械密封的使用寿命，就必须保证机械的完好程度，当一台设备的运转振动频率较小，运转较为平稳，那么将会大幅度提高机械密封的使用寿命。

此外，随着材料和制造技术的进步，机械密封的可靠性有了极大的提高，现在机械密封本身无故障运转多年已很常见，所以不能单纯从机械密封本身寻找失效原因，一定要综合考虑机械密封的安装精度、操作运转条件、机封装配精度等因素，查清原因，有针对性的解决存在的问题。这样才能真正提高密封质量，减少密封失效现象的发生。

4、结语

机械密封失效原因具有多样性、复杂性，只有不断在实践当中发现问题，总结经验，才能迅速找到机械密封失效的原因，并及时采取有效解决予以解决，才能最大限度保障机械装置整体的安全、稳定、高效运行。

参考文献

机械密封结构原理篇2

关键词：机泵;机械密封;泄露

实际生产中，不同的操作条件和生产条件会对机泵机械密封产生重要的影响，甚至可能导致机泵机械失去基本性能，因此对机泵机械密封泄漏原因的分析具有重要的实际生产意义和安全意义，全面的原因分析能提高安全性、机械的稼动率。机械的寿命等，因此机械密封的选择为维护历来是众多企业的重中之重。

1.机泵机械密封失效的原因

1.1腐蚀引起机械密封的失效

机泵机械密封的腐蚀包括金属环腐蚀、非金属环腐蚀以及辅助密封圈及接触部位的腐蚀[1]。

1.1.1金属环腐蚀

金属环本身不具备抗腐蚀能力，直接接触到腐蚀性介质表面会被腐蚀，初期阶段会出现怪声、泄露、磨损等现象。腐蚀会以一定的速度往内部蔓延。在外力的作用下金属环会发生应力变形，变形后外露的部分是腐蚀的重灾区，并通过薄弱环节逐渐影响到其他区域，进而产生机械密封泄漏。

1.1.2非金属环腐蚀

石墨环被腐蚀也是机械密封是小的重要原因之一，断面温度过高、浸渍树脂选择不当、浸渍树脂深度不够等都是导致石墨环被腐蚀的原因。当石墨环处于氧化性介质中时，全面出冷却不良或产生摩擦时，环境产生三四百度会促使石墨与氧化性介质发生氧化反应，使端面变得失去性能。

1.1.3辅助密封圈及接触部位的腐蚀

不同的材料有不同的抗腐蚀性，辅助密封圈的材料一般选取具有弹性的橡胶，而橡胶被腐蚀后会使表面变得异常粗糙，失去原有的弹性。并且橡胶的耐高温性能比较差，一般不超过两百度。

与辅助密封圈相接触的部位处于相对静止的状态，二者之间的缝隙以及摩擦等都会是腐蚀产生的原因，并且腐蚀面一般较宽、较深。

2.机泵机械密封的故障表现

生产过程中，机泵机械密封泄露的原因有其本身的原因及外部原因，材料的选择以及安装方式和使用方式都会引起机械密封的失效，失效时的故障表现也各有差异，学会通过不同故障表现并做出正确及时的判断能够对实际生产提供强有力的支持。

2.1静压实验时泄露

机械密封装置在安装时由于员工不细心，经常会使密封端面被碰伤以至于变形和损坏，清理不够彻底，使得机械密封夹有颗粒状杂质，或者是由于定位螺钉的松动、压盖没有压紧以及机器设备精度不够高，使密封面之间没有完全贴合，都会造成机械密封失效，介质泄漏。如果是轴套发生泄漏，原因可能是轴套密封圈装配时压缩量不够或未被压紧，也有可能是装置已经损坏。

2.2周期性泄漏

机械密封组成部件中转子组件的周期性转动以及轴向移动量过大都会在成机械密封的泄露，机械密封的密封面要受到一定的应力作用才能起到良好的密封作用。要做到以上要求，机械密封的弹簧装置必须有一定的压缩量才能给端面一定的应力作用，使机械密封达到预期的密封效果。同时为了保证应力处于适当范围，泵轴不能有较大的移动量，但是实际设计中往往出现不合理的因素，使得泵轴的移动量高于预期，这对机械密封的性能具有很大程度的不利影响。

2.3机械密封经常性泄露

由密封端面的损伤引起的经常性泄漏故障表现有机械密封石墨端面出现均匀环状沟纹、石墨断面处产生的环状深沟、石墨内部边缘的磨损、石墨环台阶被磨损、石墨外边援缺口、石墨环断裂、石墨环上出现腐蚀坑、硬质合金面裂痕以及灼伤等。

辅助密封圈引起的经常性泄漏故障表现有端面磨损、镶嵌环松脱等。

弹簧引起的泄漏包括转子振动、零件松动、介质问题以及机械密封辅助设置的损坏等。

2.4其他机械密封性泄露

除了以上几种常见的泄露表现，还有机械密封振动偏大、泵抽空引起的密封泄漏、密封腔中汽蚀引起的密封泄漏、密封端面汽化造成密封泄漏、泵振动过大造成的密封泄漏、没有冲洗的密封泄露故障等[2]。

3.机械密封性泄露的应对措施

3.1安装防故障设备

故障的出现与实际操作和机械内部结构有一定的关系，一些诱因会在一定情条件下引发故障的发生，只要找到相关诱因就能通过一些防故障设备消除故障诱因。比如在泵出口处安装电接点压力表，将泵机泵与泵出口处压力建立连锁，如果出现泵掉压的情况就会自动断电。为防止自动泵停泵时发生倒转的现象，可以在自动泵出口处加上单流阀。

3.2改进设备结构

机械密封在结构设计上存在一定不合理性，这些不合理的结构增加了机械密封的泄露风险。在条件允许的情况下可以对机械密封的结构重新设计，将泄漏风险降到最低。如机械密封的端面大都采用双端面设计，双端面增加了装置与介质的接触面积，从而增加了腐蚀风险。从安全角度考虑可以将双端面设计改成单端面封闭波纹管机械设计[3]。

3.3选取合适的组成材料

不同材料的抗腐蚀性不同，介质的腐蚀性要求机械密封组成材料具有良好的抗腐蚀性能，如果选择材料不当会降低设备的使用寿命。陶瓷由化学性质不活泼的物质组成，难以与介质发生氧化反应，因此在购买机械密封时可以重点考虑使用陶瓷密封环。

3.4提高操作员的专业技能

机械密封的失效除了机械自身原因外还有人为因素的影响，例如操作员专业知识不足操作不当导致不良后果的产生。为杜绝类似可避免失误的产生，必须对操作员进行专业知识培训，并制定作业指导书与注意事项说明书，提倡标准作业，引进防呆措施，定期对设备进行维护，将人为因素的影响降到最低。

3.5提高检修效果

定期检修是发现问题和预防问题的重要手段，然而许多员工却将其当做一般例行事项看待，认为是走走过场，在检修时只是做做样子。员工的工作态度使一些问题没有在早期被发现，等到问题彻底爆发为时已晚。员工在检修时应注重每一个细节，不忽视任何点滴，公司可以采取一些奖励措施，以此鼓励员工检修的积极性，从而提高检修效果。

4.结束语

机泵机械密封在生产中频发泄漏故障使得公司和员工的生命财产安全受到严峻的考验，必须针对性解决故障，在分析故障发生原因的基础上对设备进行改进，提高员工的综合素质，安装防故障设备，做好定期维护管理，努力将故障发生概率降到最低。

参考文献：

[1]王清强.高速泵机械密封泄漏原因分析及改造[J].科技向导.2014，7：180

机械密封结构原理篇3

【关键词】反应釜；械密封；故障

反应釜是综合反应容器，反应过程中产生的压力对容器的密封要求极高。在一般中等压力或抽真空情况都会使用机械密封，所以机械密封在反应釜的应用非常广，而机械密封的密封效果将直接影响反应釜的运行，严重的将造成停产、安全事故及环境污染等不可估量的损失。本文就化工反应釜中机械密封的常见故障、及其成因和排除作如下探讨。

1.机械密封的结构

机械密封由静环、动环、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成，防转销固定在压盖上以防止静止环转动。动环和静环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环。其中动环和轴一起旋转，动环和静环紧密贴合组成密封面，以防止介质泄漏。动环依靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，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。压紧元件产生压力，即使反应釜在不工作状态下，端面也保持贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时弹性元件对反应釜的振动、冲击起缓冲作用。

2.机械密封的故障及处理

2.1机械密封零件的故障及处理

反应釜在运行当中，密封端面经常会出现磨损、热裂、变形、破损等情况，螺杆、螺纹、弹簧用久了也会松弛、断裂和腐蚀。辅助密封圈也会出现裂口、扭曲和变形、破裂等情况。机械密封的零件如果出现故障，就需要更换零件或是提高零件的机械加工精度，提高机械密封本身的加工精度和反应釜其他部件的加工精度对机械密封的效果非常有利。为了提高密封效果，对动环、静环的摩擦面的光洁度和平整度要求较高。动环、静环的摩擦面的宽度不大，一般在2～7毫米之间。

2.2机械密封振动、发热故障原因及处理

反应釜运转过程中，受到机械磨损和化学侵蚀作用，会使动静环贴合端面粗糙，动静环与密封腔的间隙太小，由于振摆引起碰撞从而引起振动。有时由于密封端面(耐腐蚀和）耐温性能不良，或是冷却不足或端面在安装时夹有颗粒杂质，也会引起机械密封的振动和发热。如果动环、静环与密封腔的间隙太小，就要增大密封腔内径或减小转动外径，至少保证0.75mm的间隙。如果是摩擦副配对不当，就要更改动环、静环材料，使其耐温，耐腐蚀。这样就会减少机械密封的振动和发热。

2.3机械密封泄漏的原因及处理

2.3.1机械密封泄漏的途径

静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封是泄漏途径，它们均属静密封。旋转环与轴之间的密封也是泄漏途径之一，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，实际上它也是一个相对的静密封。因此，这三处泄漏途径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。旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是最主要的泄露途径，也是机械密封装置中的主密封，它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，不易形成稳定的液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要想获得良好的密封性能和较长的使用期限，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。

2.3.2机械密封静压试验时泄漏原因

机械密封由于在安装时不注意，往往会将密封端面碰伤、变形、损坏，清理不净、夹有颗粒状杂质，或是由于定位螺钉松动、压盖没有压紧，机器、设备精度不够，使密封面没有完全贴合，都会造成介质泄漏。如果是轴套漏，则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。

2.3.3机械密封周期性或阵发性泄漏原因

机械密封的转子组件周期性振动、轴向窜动量较大，都会造成泄漏。机械密封的密封面要有一定的比压，这样才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，反应釜旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.25mm以内。但在实际运用中，由于设计的不合理、制造误差、装配误差等原因，往往导致轴产生很大的窜量，出现周期性或阵发性泄漏。

2.3.4机械密封经常性泄漏原因

机械密封经常性泄漏的原因有很多方面：一是由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏；二是辅助密封圈引起的经常性泄漏；三是弹簧缺陷引起的泄漏；其它还包括转子振动引起的泄漏，传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起泄漏，机械密封辅助机构引起的泄漏，由于介质的问题引起的经常性泄漏等。

2.3.5减少机械密封泄漏的措施

（1）装配时要干净光洁。机械密封的零部件、工器具、油、揩拭材料要十分干净。动静环的密封端面要用柔软的纱布揩拭。（2）修整倒角倒圆。轴、密封端盖等倒角要修整光滑，轴和端盖的有关圆角要砂光擦亮。（3）装配辅助密封圈时，橡胶辅助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗涤，以免胀大变形，过早老化。动静环组装完后，用手按动补偿环，检查是否到位，是否灵活;弹性开口环是否定位可靠。动环安装后，必须保证它在轴上轴向移动灵活。

3.机械密封振动偏大及处理方法

机械密封如果振动偏大，最终将导致密封失效。但是导致机械密封振动偏大的原因并不都是机械密封自身的原因，反应釜的其它零部件也是产生振动的根源，如轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。所以在安装轴、密封腔体、机械密封件本身时应将其清洗干净，防止杂质进入密封安装部位。并合理地设计轴向力的平衡装置，使安装机械密封件的设备转子轴向窜动量≤0.3mm，消除轴向窜量。

4.机械密封的选型方法及基本原则

机械密封按工作条件和介质性质的不同，有耐高温、耐低温机械密封，耐高压、耐腐蚀机械密封，耐颗粒介质机械密封和适应易汽化的轻质烃介质的机械密封等，应根据不同的用处选取不同结构型式和材料的机械密封。

选型的主要参数有：密封腔体压力（MPA）、流体温度（℃）、工作速度（M／S）、流体的特性以及安装密封的有效空间等。

机械密封结构原理篇4

【关键词】改造机械密封油浆泵

某公司催化裂化FCC装置用以输送含有催化剂颗粒的塔底泵，型号为100PYS2130，单级悬臂离心泵，轴功率75kW，流量45.5m3/h，扬程130m。输送介质为油浆，介质温度370℃，泵吸入口压力为0.2MPa。虽然该泵一直使用的是焊接波纹管机械密封，但由于工况介质等诸多因素的影响，该泵在实际使用过程中，机械密封经常发生泄。据统计，机械密封使用寿命最短的时间为15天，平均使用寿命为4个月左右，严重影响了工艺装置的正常生产。为彻底消除隐患，笔者对该泵的机械密封系统进行了分析及改造，提高了机械密封的运行周期，确保了装置平稳生产。

一、故障原因分析

催化油浆泵中的机械密封是DBM290焊接波纹管机械密封，该密封结构特点为：a.静止式金属波纹管结构；b.动环与轴套法兰、螺钉连接；c.动环摩擦副低膨胀合金镶嵌，静环摩擦副为浸锑石墨；d.叶轮压紧轴套实现轴套密封垫的密封。油浆泵的工作介质为催化油浆，介质温度高且含有催化剂等固体颗粒，运行工况比较恶劣。通过数次检修及对原机械密封的解剖分析，发现机械密封失效泄漏的原因主要有以下几个方面。

（一）摩擦副磨损

DBM290焊接波纹管机械密封静环摩擦副采用的材料是浸锑石墨，拆检发现静环摩擦副磨损严重且内外缘有缺口。通过试验发现，机械密封的端面比压受波纹管的有效直径的影响，而有效直径是随压力的变化而改变。由于压力过大，导致摩擦副过度磨损引起泄漏。同时油浆中含有固体催化剂颗粒其含量为一般不大于6g/L，生产不正常时为12g/L左右，在操作中工艺条件稍有波动，催化剂颗粒会进人密封面内，划伤了动环密封面，并破坏了液膜的连续性，从而引起泄漏。正常密封时，密封面处于边界或半液体状态，两表面被一层边界膜分开。当密封面间混有催化剂颗粒或静环密封面上有磨损时，两密封面间液膜厚度明显增厚，从而导致了油浆大量泄漏。

（二）摩擦副表面热裂纹

拆捡发现摩擦副的硬质合金环出现由硬面中心向外发散的许多粗细不一的径向裂纹。焊接波纹管的硬质合金环与环座两种材料的膨胀系数存在差别，在机械密封冷却水压力不稳定或温度发生较大变化时容易产生局部高温，从而导致局部热应力过大，合金环表面热裂引起密封失效。

（三）波纹管内侧波谷部位的软焦块

温度高、密度大、含有固体颗粒是油浆生成软焦块主要原因。该泵在370℃的工况下使用，油浆会慢慢沉淀或凝固在波纹管的缝隙中形成软焦块。随着时间的推移，波纹管缝隙内的软焦块使得波纹管不能进行轴向拉伸、压缩，失去弹性。这样，波纹管就无法提供随介质压力变化的轴向作用力，起不到补偿作用，使端面液膜压减小，造成液膜反压系数下降，以致于端面比压下降，引起密封失效。

（四）轴套密封垫易发生泄漏

DBM90密封传动方式为键传动，轴套密封是靠叶轮压紧轴套内的轴套垫来实现的。造成轴套密封垫泄漏的原因主要有：a. 叶轮发生反转或泵体预热温度过快造成叶轮锁紧螺母松动，使得密封垫无法压紧而泄漏；b.在安装过程中，轴套密封垫内进入杂质，使其密封性能失效而泄漏。

二、解决措施

（一）开槽斜面挤紧轴套式密封结构

针对密封轴套垫的泄漏，采取了开槽斜面挤紧轴套式密封结构。这种定位传动可靠，安装、拆卸方便且不伤轴。另外，还设置了限位板，便于泵外调整密封的压缩量。波纹管内径一处设一45°斜角，以分散应力，延长波纹管寿命。辅助密封采用柔性石墨替代其他密封材料，可以承受高达425℃的高温。

（二）采用耐磨摩擦副材料

由于油{泵介质含有固体颗粒，所以在摩擦副动环表面喷涂了氧化铬（Cr2O3），静环材料选用YG6，该配合属于“硬质合金-硬质合金”形式。由于二者硬度不同，既可防止动静环密封面同时损伤，又避免了产生热裂现象。针对高温环境下密封环镶嵌结构容易脱落的现象，改用整体结构密封环。密封压缩量定为3.4mm，有效降低了密封面过多的摩擦热。

（三）金属波纹管作为旋转动环

原来所用的机械密封为静止式结构，油浆极易在波纹管缝隙生成焦块。为了防止机械密封波纹管缝隙结焦，笔者将金属波纹管设计成旋转型结构。旋转式波纹管密封在旋转离心力作用下可以自身清洗波纹管，减少波纹管沉积和内侧结焦，并能防止因急冷造成的波纹管变形。

（四）改善密封的冷却、冲洗效果

高温油浆泵由于介质温度高，加之短时间的机械负荷或热负荷的作用，使得密封面间稳定液膜转变为蒸汽状态，这转变过程中的温差产生了辐射状径向小裂纹。为了改善密封摩擦副的冷却效果，将循环水冷却改用轻柴油冷却并将原来密封压盖的进、出冷却孔直径增加2mm，这样避免了冷却介质的汽化且流量增加一倍，大大改善了冷却效果。为了避免催化剂颗粒粘结，堵塞冲洗管通道，将冲洗孔直径由5mm增大到7mm，冲洗压力控制在0.5MPa。通过自冲洗的改进，有效地控制了密封端面温升，增大液相面积，改善了摩擦状态。

三、结束语

通过对油浆泵机械密封的失效原因分析，从其材料及结构等方面进行了有效改进。目前，改造后的油浆泵已应用于工业生产中。改造前该泵有效运行时间平均为4个月左右，改造后，该泵连续运行最长可达8000h，期间经过长周期高负荷运行和频繁的切换运行而无泄漏故障。通过对油浆泵机械密封的改造及应用，不仅解决了影响装置稳定运行的难题，而且还产生了较大的经济效益。由此可见，催化装置油浆泵机械密封的改造是成功的。

参考文献

[1]顾永泉.机械密封实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

机械密封结构原理篇5

[关键词]污水泵填料密封机械密封改造

污水处理工程是环境保护的重要项目,而污水泵作为污水处理工程的主要配套设备被广泛应用于城市排污、矿山、冶金、电力以及石化等污水处理作业,发展前景广阔。污水泵产品除了要求技术性能好之外,密封是污水泵的关键,必须可靠性高,污水泵无故障运行时间长。污水泵在工作中,密封一旦失效,外部介质或油室中的油便会进入电机腔,引起潜水电机缺相、短路、漏电、烧坏电机,甚至影响人身安全。因此,为了进一步提高污水泵使用的安全性、运行可靠性以及提高污水泵无故障运行时间,有必要对污水泵通常使用的机械密封进行结构分析,实行改进。

一、常用的密封形式及不足

目前,污水泵产品常用的密封形式有两种:填料密封和机械密封。填料密封,如图1所示,是最古老的一种密封结构,发源于工业革命之前的传统密封装置,有着100年的材料工艺、剂系统和制造方法,并保持持续进步,目前很多的应用场合。经分析,该软填料密封结构存在如下缺陷:

图1 填料密封的结构示意图1.密封介质含有的杂质严重影响密封性能。杂质进入软填料密封内部,进一步增大了填料密封和轴套之间的摩擦、磨损。虽然材料耐磨性较好,但是使用效果仍然不佳,泄漏频繁。另外由于没有采用封液对填料密封进行冷却,也加剧了填料与轴套之间的磨损。

2.工作状态不稳定需频繁调整和更换填料。由于软填料自身具有的粘弹特性,在工作状态下会出现明显的应力松弛。为保持其正常的密封功能,需不断地通过压紧压盖来增大填料与轴的径向接触力,同时也增大了软填料与轴的磨损,因此不得不经常更换(或添加)填料,维修工作量和费用大大增加。

3.磨损严重致使能耗量大。根据软填料密封的工作机理,填料密封与轴(或轴套)之间必须保持较大的径向接触压力以维持密封,因此填料和轴(或轴套)的摩擦、磨损都很严重,在密封很快失去工作能力的同时,造成相当大的能耗浪费。

机械密封具有摩擦功率损失小、寿命长、不泄漏等诸多优点,目前已在水泵上广泛应用。要把填料密封结构的水泵改造成机械密封结构需从设计、结构和加工几方面考虑。

文献讨论了污水泵工况时软填料密封的失效原因,并提出了改进的方案,有一定的借签和实用价值;机械密封亦称端面密封,其有一对垂直于旋转轴线的端面,该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下,依赖辅助密封的配合与另一端保持贴合,并相对滑动,从而防止流体泄漏。

污水泵中常用的机械密封结构有两种形式:一种方案是在潜水污水泵的油室里安装一套双端面机械密封(见图2);另一种方案是在污水泵油室里设置一套单端面机械密封,而另一套设置在泵腔,使用在所抽送的污水介质中。

图2 机械密封的结构示意图

1―轴套;2―动环辅助密封圈;3―动环;4―密封垫片;5―静环;6―静环辅助密封圈图机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。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使其端面压紧在静环端面上,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。压紧元件产生压力,可使泵在不运转状态下,也保持端面贴合,保证密封介质不外漏,并防止杂质进入密封端面。图2所示为双端面机械密封,水泵侧与电机侧两道密封端面都是靠弹性构件-弹簧和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表面上产生适当的压紧力,使这两个密封端面紧密贴合,端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。其中水泵侧密封端面与电机侧密封端面结合处B,是密封点,防止所抽介质进入油腔,防止油腔内的油进入电机腔;6为静环与压盖端面之间密封点, A处是动环与轴配合面之间的密封点,C是箱体间的密封。

图2中,A、B、C所示结构机械密封最容易出现泄露现象,由于使用介质的复杂性,易使抱轴橡胶老化,一旦出现老化就直接影响弹簧传动而使得密封失效,同时,两端面密封都得靠同一个弹簧产生压力,若其中一边端面接触失效,整套密封也就失效。因此,这种机械密封一直存在失效快、返修率高的不足之处,直接影响到泵使用寿命。

机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件,它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的,同时通过其基本原理可以看出,机械密封的正常运行是有条件的,例如:泵轴的窜量不能太大,否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压;机械密封处的泵轴不能有太大的挠度,否则端面比压会不均匀等等。只有满足类似这样的外部条件,再加上良好的机械密封自身性能,才能达到理想的密封效果。

因此,在实际应用中,以机械密封来代替填料密封的情况越来越多。

二、填料密封的机械密封改造

1.改装方法

污水泵填料筒的径向尺寸和轴向尺寸较小,影响了机械密封的安装。在满足强度的情况下,将填料筒的内径相应地扩大;若有轴套,可将轴套的外径相应地缩小或将轴套拆除。

2.主要尺寸确定

(1)确定传动套或弹簧座在轴套上的位置。如图3所示。为了防止传动套或弹簧座同填料内套端面碰,把安装机械密封的起点尺寸定为[H-K=5～15mm]。

(2)确定轴套总长度。轴套的总长度一般比原来的总长度稍稍长一点。因为考虑到轴套尾端部分要伸出密封压盖5～10mm左右,以利于安装方便。尺寸根据设计的密封压盖厚度而定。

(3)确定传动套或弹簧座在轴套上的定位尺寸D:D=L-[H-K-(5-10)+l]。

图3 填料箱结构尺寸简图

1.填料箱平面 2.填料箱壳体 3.填料内套 4.轴套 5.轴 6.密封圈 E.内套端面 H.填料箱深度 L.套筒长度

(4)轴套与轴的密封。轴套与的形圈轴的密封可采用聚四氟乙烯车制成直径为3mm的O形圈来进行密封。安装机械密封的轴套,要求具有良好的抗腐蚀性和耐磨性,对于放置动环密封圈的轴套表面要求镀铬处理,表面粗糙度为0.8。

(5)密封压盖结构尺寸的确定。机械密封的静环装在压盖上。压盖上安装静环的各种配合尺寸均按静环的几何尺寸进行设计,结构可参照机械密封有关资料。

3.改造技术要求

(1)安装机械密封部位的轴或套。轴或套的径向跳动0.04～0.06mm;表面粗糙度不低于0.8,轴或套外径尺寸公差为h7;密封轴套端部必须做倒角并修光滑。

(2)密封压盖。密封压盖应有足够的厚度,防止在液体压力作用下产生变形;密封压盖固定螺栓不少于3个;与静环密封圈接触部位的表面粗糙度不低1.6,其接触面对轴中心线跳动允差±0.04mm;安装静环密封圈的端部必须做倒角并修光滑。

(3)转子。瞬时轴向窜动量不超过±0.15mm;轴向游动量不超过±0.1mm轴振动量不超过±0.05mm。

(4)密封腔。密封腔与密封压盖配合的止口跳动允差为0.04～0.08mm;密封腔与密封压盖配合的端面跳动允差为 0.06～0.08mm。

三、机械密封结构改造

将图2中C处密封面是机械密封最容易发生泄露处,而锥面机械密封特别适合于含有固体悬浊物的泵送设备,因此将C处改为锥面密封,如图4所示。静环材料为填充聚四氟乙烯,动环材料为不锈钢,锥面喷涂碳化钨。其主要特点为:

1.锥面机械密封的动环为一锥环,其半锥角为α;静环的内径R1为定值,随着静环的磨损接触母线长度T增长,静环的外径R2也随之增大,R2=R1+2T sinα。

2.密封接触面母线长度很短(稳定运转初期为0.3～0.5mm),因此接触端面内外温差小,温升低,降低了粘着磨损的程度。静环具有较大的抗压截面,压力变形小。

3.密封套和动环都具有一定的浮动性,可使密封面始终保持良好的接触状态,介质中的悬浮颗粒不易进入密封面。

4.介质泄漏方向与其离心力方向成一定角度,对减少泄漏有利。

锥面机械密封的密封比压计算为:

pc=ps+p1(G-λ)在上式中:pc―密封比压,MPa;ps―弹簧比压,MPa;p1―介质压力,MPa;G―载荷系数;λ―反压系数(可根据文献中[5]推荐值选取)。

在设计中注意G与接触母线T的关系,当锥面机械密封的静环磨损后,接触母线长度T不断增加,使得载荷系数G不断减小。图5所示为接触母线长度T与载荷系数G的关系曲线,运转过程中,静环磨损和G值降低所造成的卸载,使密封比压pc降低。由此而产生泄漏时,必须通过调节弹簧压缩量(弹簧加载)来维持足够的密封比压。

机械密封在运转中,弹簧一般不再进行调整。弹簧在锥面机械密封中起着补偿密封环磨损卸载和G值降低卸载双重作用,设计中正确确定弹簧比压是保证密封性能和使用寿命的重要一环。

四、结束语

改造后的密封结构,密封可靠,泵在运转中基本不漏,调节维护方便。提高了密封性能,延长了运行周期,节省了检修费用。经过上述改造之后的污水泵运行良好,延长了设备的连续运行时间。

参考文献:

[1]郝木明,顾永泉.密封填料的粘弹特性及其对密封性能的影响[J].化工机械,1995, 22(5): 277 282.

[2] 赵丹峰.污水泵用软填料密封改造[J]. 化工机械, 2008,35(4):244-245.

[3]田应雄,徐德东.关于液下污水泵轴封结构的改造[J].通用机械, 2008.73-74.

机械密封结构原理篇6

关键词：机械密封失效泄漏检修处理

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0081-01

机械密封也称端面密封，主要用于泵、压缩机、液压传动和其它类似设备的旋转轴的密封。是由一对或数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置。泵用机械密封是指安装在泵类设备中起动态密封作用的装置，属于精密、结构较为复杂的机械基础元件之一，是泵类机械的关键部件。

泵用机械密封种类繁多，按型号主要分轻型机械密封、中型机械密封、重型机械密封、集装式机械密封等。该文主要分析离心泵常用机械密封泄露原因及故障判断。

泵用机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。泵用机械密封对泵的精度要求为：

（1）安装机械密封部位的泵轴（或轴套）的径向跳动公差最大不超过0.04～0.06 mm。（2）泵转子轴向窜动不超过0.3 mm。（3）密封腔体与密封端盖结合的定位端面对泵轴（或轴套）表面的跳动公差最大不超过0.04～0.06 mm。

在离心泵符合上述精度要求情况下，才可安装机械密封。

泵用机械密封泄漏点主要有以下五处：（1）泵轴套与泵轴间的密封；（2）密封动环与泵轴套间的密封；（3）密封动环、静环间的密封；（4）密封静环与静环座间的密封；（5）密封端盖与泵体间的密封。

1 泵用机械密封失效泄漏原因分析

（1）实际生产中，泵因抽空、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，破坏密封。

（2）安装机械密封时压缩量过大，导致动、静环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）输送介质中有颗粒状物质，运转中进入摩擦副，损伤动、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型较大等。

2 泵用机械密封失效现象及判断

在日常检修中，根据拆解开的机械密封动、静密封面磨损痕迹，可以帮助我们分析密封装置出现不同故障后对密封面造成的各种不正常损坏。从而根据现象不同，查找原因。

（1）密封面无磨痕。产生原因是：①密封波纹管或弹簧等补偿机构打滑，造成密封面不粘合；②密封波纹管或弹簧等补偿机构受阻，造成密封面不粘合。

（2）密封面磨痕变宽。产生原因是：①泵轴弯曲、变形；②轴承损坏、泵轴振动；③泵汽蚀产生振动；④泵与配套电机联轴器未对中；⑤密封静环倾斜。

（3）密封面磨痕变窄。产生原因是：①泵内压力过高，造成密封面变形；②泵内温度过高，造成密封面变形。

（4）密封面无磨痕但有亮点。产生原因是：①泵内压力过高，造成密封面翘曲变形，造成摩擦面无磨痕出现亮点；①密封压盖与泵密封函体接触面粗糙或密封压盖未上紧。

（5）密封面有切边：产生原因是：泵内抽空、气化后，造成密封动环或静环断裂。

3 泵用机械密封检修中的注意事项

（1）密封安装时动环密封圈不要安装过紧。如安装过紧一是加剧密封圈与轴套间的磨损，过漏；二是增大了动环轴向调整、移动的阻力，在工况变化频繁时无法适时进行调整，三是弹簧过度疲劳易损坏；四是使动环密封圈变形，影响密封效果。

（2）密封安装时静环密封圈不要安装过紧。静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的。一是引起静环密封过度变形，影响密封效果；二是静环材质以石墨居多，一般较脆，过度受力极易引起碎裂；三是维修过程中安装、拆卸困难，极易损坏静环。

（3）密封波纹管或弹簧压缩量调解适中。不是压缩量越大密封效果越好，波纹管或弹簧压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，瞬间烧损；过度的压缩会使弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。

（4）轴套锁母不要过度锁紧。泵轴套与泵轴之间的泄漏是泵用机械密封失效泄漏比较常见的一种情况。轴套锁母没锁紧不是造成轴间泄漏的唯一原因，导致轴间泄漏的因素还有很多，如轴间密封垫损坏、偏移，轴间内有杂质，接触面破坏等等。轴套锁母锁紧过度会导致轴间垫过早失效，相反适度锁紧锁母，使轴间垫始终保持一定的压缩弹性，在泵运转中锁母会自动适时锁紧，使轴间始终处于良好的密封状态。

（5）按照泵工作条件和介质性质的不同，正确选择机械密封结构及材质。只有正确选择了密封结构和材质，才能保证密封使用效果。机械密封有耐高温、耐低温、耐高压、耐腐蚀、耐颗粒介质机械密封等，应根据不同的用处选取不同结构型式和材料的机械密封。

4 结语

提高泵用机械密封维修的技术水平，搞好泵用机械密封的安装于维护工作，不但可以延长泵用机械的使用寿命，也可以节约维修成本，减轻检修工作的劳动强度。只要认真做好泵用机械密封的维修，就会减少跑、冒、滴、漏，对企业节能降耗、保护环境、增加经济效益等做出贡献。

参考文献

机械密封结构原理篇7

【关键词】化工机械；密封；原因；措施

无论何种密封，对密封件都有一个共同的要求，即：严密、泄漏量少；可靠、使用寿命长；结构简单而紧凑；维修方便；成本低；价格便宜；互换性好。对于化工解析密封来说，泄漏量一般可控制在0.2～3mL；使用寿命一般可达一年以上。理论上大多数化工解析密封，当磨损率较小且在流体动力条件下运行时，则意味着密封应该是永远耐用的，但实际并非如此，其原因通常在于存在着密封不可能克服的偶然工况，其中包括：化工解析密封的质量存在问题；人为误差(机器运行操作错误)；安装误差；冲洗系统失效；工况的急剧波动等

1机械密封的定义

化工机械密封，也有人称之为端面密封，一般来说用于泵、压缩机等等设备的旋转轴密封，由四类部件组合而成：主要部件：动环、静环；辅助密封件：密封圈；弹力补偿机构：弹簧、推环；传动件：弹箕座以及键或者是各种各样螺钉。化工机械密封，是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力以及补偿机构弹力的作用下、辅助密封的配合下，保持贴合并且相对滑动，从而构成的防止流体泄漏的一种装置。密封的理论主要涉及到密封的机理、密封摩擦副的摩擦以及、密封动静环的热力变形分析、动力学的特性、流体动压的理论、流体静压的理论、热弹性流体动压的理论等等。

2机械密封的组成

化工机械密封，可以按照不同的标准来进行分类：按照弹簧的元件旋转或者静止，可以分为旋转型以及静止型。旋转型的密封，在高速运转的时侯，其介质中的弹簧本身受到离心力影响很容易发生变形，而强腐蚀性的介质在弹簧的强烈搅动下会显得更加不利，但是静止型就没有这一种缺点。无论是旋转型还是静止型都是机械密封中最为主要的零配件，其性能的好坏可以说直接的关系到密封的效果以及寿命，正是因为这样，对于密封环的材料、结构、形状、尺寸以及表面加工的质量等等都必须有比较高的要求；按照密封的介质泄漏方向，则可以分为内流失以及外流式；按照介质在端面所引起的卸载情况可以分为平衡式以及非平衡式；按照静环位于密封端面内侧还是外侧，可以分为内装式以及外装式；按照密封腔内的温度可以分为高温密封、中温密封、普温密封以及低温密封；按照密封腔内的压力可以分为超高压机械密封、高压机械密封、中压机械密封以及低压机械密封；按照弹簧的个数可以分为单弹簧式以及多弹簧式；按照非接触式机械密封的结构可以分为流体静压式、流体动压式以及干气密封式；按照密封端面的对数可以分为单端面以及双端面；按照弹性元件可以分为弹簧压缩式以及波纹管式。

3机械密封泄露的主要原因

3．1 长期磨损

机械磨损将引起密封副的正常配合关系被破坏,当端面出现一定的磨损,传动轴每转一转密封件都要作轴向位移和径向摆动。根据磨损痕迹可以判断运动和磨损情况, 也可以确定密封泄漏的原因。例如, 密封副磨损痕迹均匀,各零件的配合良好,这就说明传动部分的同轴度良好。这时密封端面产生的泄漏, 可能不是由密封本身问题引起的。若泄漏量为常数, 就意味着泄漏不是发生在两端面之间,有可能发生在其他部位上,如静密封处。再如,密封开始使用时就泄漏,且观察不到摩擦端面磨损痕迹, 可能是旋转环相对于静止环不旋转或打滑, 其原因可能是防转销松脱或折断, 或是底座的孔径小于密封件的外径,由于安装不到位所致。

3．2 过热损伤

过热不仅引起密封副变形产生磨损, 还可能引起热裂和疱疤。通常, 在过大的热应力作用下密封环表面上出现径向裂纹, 称为热裂。在短时间的机械负荷或热负荷作用下会出现热裂,例如由于干摩擦、冷却系统中断等热裂时密封环磨损加剧泄漏量迅速增长。对于平衡型密封, 甚至密封环分开。为了避免热裂,必须掌握材料的机械－物理性能,在设计时考虑到可能产生热裂, 并给定运转条件。介质性差、过载、操作温度高、线速度高、配对材料组合不当等因素,或者是以上几种因素的叠加, 都可以产生过大的摩擦热,若摩擦热不能及时散发, 就会产生热裂纹,从而引起泄漏。

3．3 化学腐蚀

由于密封接触腐蚀性介质就会产生表面腐蚀, 甚至在表面各处产生剧烈腐蚀点而形成点蚀。在金属的晶界上产生的晶间腐蚀,会深入到金属的内部, 并进一步破坏而引起断裂。腐蚀的性能影响很大。由于密封件比主机的零件小,而且更精密,通常要选用比主机更耐腐蚀的材料。经验表明,压力、温度和滑动速度都能使腐蚀加速。密封件的腐蚀率随温度升高呈指数规律增加。处理强腐蚀流体时,采用双端面密封,可以最大限度减轻腐蚀对密封件的影响, 因为它与工艺流体相接触的零件数量少。这也是在强腐蚀条件下,选择密封结构的一条最重要的原则。 3．4 密封零件失效

机械密封零件失效大部分是辅助密封圈失效, 机械密封由于泄漏而不能正常工作的一个主要原因也是因为O 形圈失效引起的。O形圈失效的表现为老化、永久性变形、溶胀变形、扭曲及挤出损伤。因此,在选用O 形圈时应考虑合成橡胶的安全使用温度, 尽可能地选用截面较大的橡胶O 形圈, 适当提高硬度, 采用沟槽式的装配结构,通过沉浸试验合理选材,必要时选用复合材料,如橡胶包覆聚四氟乙烯密封圈。

4提高化工机械效果的措施

4.1 运行平稳。当工厂运行日趋稳定时，即很少有停车、启动和运行条件的变化，正常的操作程序为泵的运转提供了良好运行的环境，化工机械减少了在恶劣的动态工况下的损坏以及突然停车造成的瞬间破坏的可能，因而密封寿命大大增长。

4.2 连续冲洗。冲洗包括工作介质的自冲洗和相对洁净的工艺液冲洗，冲洗介质不符合设计要求是造成化工机械泄漏的重要原因。一方面通过有针对性的检查、调整，使冲洗介质的压力、流量、温度都符合设计要求；另一方面通过定期清理冲洗液过滤器及合理增加冲洗管道上的止逆阀，从根本上避免了冲洗原因造成的密封损坏。

4.3 设备改良。在运行中不断总结经验，通过技术改造使机泵等设备的机械性能得以保证。例如：DA302塔循环水泵更换化工机械后，频繁出现瞬时密封损坏。究其原因是泵壳密封环和叶轮口环间间隙不足产生摩擦造，这种摩擦产生的不规则运动使泵振动导致密封损坏。经过加工使口环配合间隙达到1.4mm，在不影响泵的使用性能的前提下，使这一问题得到了最终的解决。

机械密封结构原理篇8

[关键词]污水泵填料密封机械密封改造

一、常用的密封形式及不足

目前,污水泵产品常用的密封形式有两种:填料密封和机械密封。填料密封,如图1所示,是最古老的一种密封结构,发源于工业革命之前的传统密封装置,有着100年的材料工艺、润滑剂系统和制造方法,并保持持续进步,目前很多的应用场合。经分析,该软填料密封结构存在如下缺陷:

1.密封介质含有的杂质严重影响密封性能。杂质进入软填料密封内部,进一步增大了填料密封和轴套之间的摩擦、磨损。虽然材料耐磨性较好,但是使用效果仍然不佳,泄漏频繁。另外由于没有采用封液对填料密封进行润滑冷却,也加剧了填料与轴套之间的磨损。

1—轴套;2—动环辅助密封圈;3—动环;4—密封垫片;5—静环;6—静环辅助密封圈图机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。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使其端面压紧在静环端面上,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。压紧元件产生压力,可使泵在不运转状态下,也保持端面贴合,保证密封介质不外漏,并防止杂质进入密封端面。图2所示为双端面机械密封,水泵侧与电机侧两道密封端面都是靠弹性构件-弹簧和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表面上产生适当的压紧力,使这两个密封端面紧密贴合,端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。其中水泵侧密封端面与电机侧密封端面结合处B,是密封点,防止所抽介质进入油腔,防止油腔内的油进入电机腔;6为静环与压盖端面之间密封点, A处是动环与轴配合面之间的密封点,C是箱体间的密封。

因此,在实际应用中,以机械密封来代替填料密封的情况越来越多。

二、填料密封的机械密封改造

1.改装方法

2.主要尺寸确定

(1)确定传动套或弹簧座在轴套上的位置。如图3所示。为了防止传动套或弹簧座同填料内套端面碰,把安装机械密封的起点尺寸定为[H-K=5~15mm]。

(2)确定轴套总长度。轴套的总长度一般比原来的总长度稍稍长一点。因为考虑到轴套尾端部分要伸出密封压盖5~10mm左右,以利于安装方便。尺寸根据设计的密封压盖厚度而定。

(3)确定传动套或弹簧座在轴套上的定位尺寸D:D=L-[H-K-(5-10)+l]。

1.填料箱平面 2.填料箱壳体 3.填料内套 4.轴套 5.轴 6.密封圈 E.内套端面 H.填料箱深度 L.套筒长度

3.改造技术要求

(1)安装机械密封部位的轴或套。轴或套的径向跳动0.04~0.06mm;表面粗糙度不低于0.8,轴或套外径尺寸公差为h7;密封轴套端部必须做倒角并修光滑。

(3)转子。瞬时轴向窜动量不超过±0.15mm;轴向游动量不超过±0.1mm轴振动量不超过±0.05mm。

(4)密封腔。密封腔与密封压盖配合的止口跳动允差为0.04~0.08mm;密封腔与密封压盖配合的端面跳动允差为 0.06~0.08mm。

三、机械密封结构改造

1.锥面机械密封的动环为一锥环,其半锥角为α;静环的内径

在设计中注意G与接触母线T的关系,当锥面机械密封的静环磨损后,接触母线长度T不断增加,使得载荷系数G不断减小。图5所示为接触母线长度T与载荷系数G的关系曲线,运转过程中,静环磨损和G值降低所造成的卸载,使密封比压pc降低。由此而产生泄漏时,必须通过调节弹簧压缩量(弹簧加载)来维持足够的密封比压。

四、结束语

参考文献:

[1]郝木明,顾永泉.密封填料的粘弹特性及其对密封性能的影响[J].化工机械,1995, 22(5): 277– 282.

[2] 赵丹峰.污水泵用软填料密封改造[J]. 化工机械, 2008,35(4):244-245.

[3]田应雄,徐德东.关于液下污水泵轴封结构的改造[J].通用机械, 2008.73-74.

机械密封结构原理篇9

关键词：液化气泵泄漏串联机械密封保护系统

1 前言

我车间30万吨/年气体分馏装置泵-4为丙烯塔-1回流泵，输送介质为丙烯、丙烷，该泵自2009年8月份以来，经常发生机械密封（单级）泄漏情况，严重时出现喷漏。液化气具有易燃易爆、低引火点、低粘度等特点，液化气的频繁外泄，极大的增加了安全隐患，对装置的安全、连续运行造成了较大的影响，并且污染了环境。同时，频繁更换密封也造成了资金和人力的浪费。

2 机械密封泄漏原因分析

机械密封靠弹性构件和介质压力在动环和静环的接触端面上产生压紧力，使两个端面紧密贴合并做相对运动，也可做补偿磨损的轴向移动，且在端面间维持一层极薄的液膜而达到密封的目的，这层液膜具有液体的动压力与静压力，它能平衡密封介质压力和端面，从而达到密封和长久使用的目的。从机械密封的结构和工作原理，液化气介质的性质及日常应用结果来看，液化气泵机械密封泄漏的原因分析如下：

2.1 密封端面液膜闪蒸形成初期泄漏

因为液化气为易挥发性介质，所以极易汽化，产生相变。液化气泵机械密封的冷却系统在结垢堵塞时，或是工艺条件波动时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量致使介质的饱和蒸气压上升，当密封的工作压力低于介质的饱和蒸气压时，端面液膜发生闪蒸爆裂，丧失，造成密封端面干摩擦，致使密封泄漏。拆解泄漏的机械密封时发现两点。

（1）静环被轻微咬蚀，有慧星状纹理，有的石墨环外沿切边，是因液膜闪蒸后密封端面倾斜所致；动环密封面有径向裂纹（热裂），是因密封端面间液膜转化为气态时的温差过大而造成。

（2）静环上严重磨损和凹槽；动环有径向裂纹和变色；O形圈硬化、开裂，是因密封端面干摩擦所造成。

2.2 密封端面结冰促使更大泄漏

当密封端面形成干摩擦，端面磨损出现轻微泄漏后，挥发的液化气使周围的水汽遇冷凝结成冰晶，密封端面及其周围结冰，从而导致更大的泄漏。

3 机械密封频繁泄漏的解决办法

针对这一情况，我厂维修车间和丹东克隆密封厂家联合对泵-4进行了密封改造，用串联机械密封替换以往的单级机械密封。

3.1 串联机械密封的结构与机理

串联机械密封是由两对单端面密封同向排列在一起的密封，在串联密封中，隔离流体在两对磨擦副间，将介质端一对磨擦副与大气端磨擦副隔离，起、密封、冷却作用。其结构如图1所示：

1―冲洗口；2―弹簧组件Ⅰ；3―静环Ⅰ；4―内压盖；5―泵送环

6―封油出口；7―封油入口；8―外压盖；9―弹簧组件Ⅱ；10―静环Ⅱ

图1 串联机械密封示意图

该密封动环端面开有动压半圆槽，密封旋转时可以将更多的介质带入密封端面，在端面间形成液膜，并维持液膜的状态和刚度，减少因液化气性差造成的剧烈摩擦，减少密封端面的磨损，延长密封使用寿命。封油侧密封对封油进行密封，并利用泵送环输送封油，保持封油的循环，带走摩擦热并端面。为了加强泵送效果，在设计中加大泵送环螺距及导程，调整泵送环与腔径的间隙及螺旋槽深度，同时，将压盖上封油的进出口设计成切向，减少油路的阻碍，方便循环。

3.2 密封循环保护系统

串联机械密封循环保护系统由自冲洗保护系统和封油保护系统组成。自冲洗保护系统是借助泵的输送介质液化气的出口压力，从泵出口经冲洗线到泵密封腔内的自冲洗保护。利用输送介质从泵出口到泵密封腔进行自冲洗实现了热平衡，减轻了密封端面的干摩擦程度，改善了密封的环境。

封油保护系统由封油罐、管件、阀件、压力表、温度计等组成。

在封油罐内装入冷冻机油，由串联机械密封上的泵送环，利用泵轴的转动带动封油罐内的机油，使其在封油罐到密封腔内强制闭路循环冲洗。这样封油不但带走了由端面摩擦产生的大量热量，降低了温度，而且还使端面得到了充分的，极大程度的避免了端面的干摩擦，提高了机械密封的可靠性。

3.3 串联机械密封的特点

从2009年11月份将泵-4改为串联机械密封到现在，已有4个月的时间。在这段时间内，丙烯塔-1回流泵泵-4从未发生过密封泄漏情况。与以前使用过的单级机械密封相比，串联机械密封有以下特点：

（1）实现了平稳生产

随着串联机械密封的使用，泵-4密封频繁泄漏问题已得到解决，使气体分馏装置消灭了因泵密封频繁泄漏导致装置停工停产的被动局面。

（2）抗工艺波动的能力加强

由于串级机械密封由两种保护系统保护，所以当工艺不稳，自冲洗系统保护作用减小时，封油保护系统将会给密封提供冷却和，最大限度的避免了辅助密封圈O型环、V型环等密封原件的损伤，延长了密封的使用寿命。

（3）安全性高，利于环保：

如果泵密封一旦泄漏，泄漏出的液化气会进入密封封油液保护系统的封油罐中，最后通过封油罐的放空口排到低压瓦斯线中去。操作人员可通过封油罐上面的压力表指示和封油罐里面封油的液位判断密封是否泄漏。这样不仅确保了安全生产，消除了安全隐患，而且还保护了环境。

（4）使用寿命长，经济效益显著

串联机械密封使用寿命长，避免了以往经常更换单级机械密封所造成的资金、人力和物力上的浪费。此外，密封的封油保护系统所用的冷冻机油是内部循环使用，停泵时也不用排放机油，和水冷却相比，要大大节省了能源。

4 结束语

通过对串联机械密封的使用，气体分馏装置丙烯塔-1回流泵已经连续运行4个多月没有发生密封泄漏故障，不仅解决了影响装置稳定运行的重大安全隐患，避免了环境的污染，而且还产生了较大的经济效益，由此可见，串联机械密封在液化气泵上的使用是相当成功的。

参考文献

1 顾永泉.机械端面密封.东营：石油大学出版社，1994

机械密封结构原理篇10

关键词：机械密封；离心泵；石油化工

一、机械密封分类及结构

（一）平衡型和非平衡型机械密封

平衡型机械密封端面所受作用力随介质压力的升高而升高的斜率小于1，非平衡型机械密封的升高斜率大于1。也可以直观地将其理解为，密封腔内动环的有效水力作用面积同密封摩擦副端面面积的比值大于1的为非平衡型机械密封，小于l的则为平衡型机械密封。对非平衡型机械密封，在介质压力较高的情况下，由于其端面的作用力较大，密封面的磨损较快，因此不建议用于高压工况，只能用于低压场合，一般情况下最高压力为0.5～0.7MPa。平衡型密封能够降低端面上的磨损，承载能力相对较大，可以用于高压场合。

（二）内装式和外装式机械密封

机械密封动环外圆周表面与介质接触的密封形式称为内装式机械密封，而动环内圆周表面与介质接触的密封形式称为外装式机械密封，外装式机械密封弹簧不与介质接触，可以用于强腐蚀、高粘度、易结晶以及含有固体颗粒的介质等工况条件。但是其动环端面在介质压力的作用下存在被打开的趋势，所以使用压力比较低，一般应不大于1 Mpa，内装式机械密封则可以满足较高压力的工况要求。

（三）内流式机械密封和外流式机械密封

介质在密封面上的泄漏方向与离心力方向相反的密封为内流式机械密封，与离心力方向一致的密封为外流式机械密封。

（四）旋转式和静止式机械密封

弹簧随轴一起旋转的密封为旋转式机械密封，弹簧不随轴一起旋转的密封为静止式机械密封。旋转式机械密封在高速转动下，由于离心力的作用，弹性元件会发生变形，从而造成泄漏增大、磨损加速，因此旋转式机械密封适用于线速度小于30 m／s的低速工况。静止式机械密封不受离心力的影响，因此可应用于高速工况。

(五)单弹簧、多弹簧和波纹管型机械密封

单弹簧型机械密封通常使用1个大弹簧进行变形补偿，同时传递扭矩，端面受力不均匀，一般用于低速轻载工况。多弹簧型机械密封沿圆周分布3个以上小弹簧作为补偿元件，弹簧不用于传递扭矩，同时端面受力均匀，因此可用于高速工况。多弹簧型机械密封在输送含有固体颗粒的介质的过程中，小弹簧螺距及空间较小，容易堵塞失效，大弹簧则适应性较好。波纹管型机械密封通常使用金属波纹管代替弹簧作为补偿元件，通过焊接的形式与支座和动环座相连接，取消了动、静环上的O形圈，所以可用于有机材料难以适用的高温和低温工况。

二、机械密封选用考虑因素

（一）输送介质的物理化学性质

对于没有腐蚀性或腐蚀性较弱的介质，可以选用内装式机械密封。对于腐蚀性较强的介质，因为弹性元件中弹簧的选择问题不易解决，在压力较低时，可选用外装式机械密封。对于易结晶、存在固体颗粒、高粘度的介质，应采用单弹簧结构。对于易燃、易爆、有毒等禁止外泄的介质，必须考虑双重机械密封，从而保证绝对安全。

（二）密封压力

密封压力是选用机械密封时需考虑的重要参数之一。一般情况下，当密封压力小于0.7 MPa时，平衡型及非平衡型机械密封均可以满足使用要求。密封压力在0.7～12 MPa时，考虑使用平衡性机械密封。当密封压力大于12 MPa时，则考虑采用串联密封形式(无压双重机械密封)，以实现逐级降压。

（三）密封工作转速

密封工作转速是指密封工作面的线速度，它是影响运转稳定性及密封端面磨损的重要因素。线速度大于30 m／s时，通常被称为高速密封，应选用静止式机械密封，动、静环端面材料也应作特殊处理，以满足磨损要求。

（四）工作温度

工作温度通常是指密封腔体内介质的温度。工作温度低于80℃时，一般的机械密封都能适用。对于易汽化的介质，应与压力同时考虑，使工作温度比沸点低13．9℃，否则就难以保证密封摩擦副间的稳定液膜。介质温度在80～150℃内的机械密封为普通密封，而温度高于150℃的机械密封为高温密封。对于高温密封，通常根据具体的工况条件，使用带有换热器的辅助系统，以使密封腔内的介质温度控制在合理的范围内，确保密封圈以及摩擦副温度不超过具体密封技术条件规定的使用限值。当温度低于20℃使用的机械密封为低温密封，对在低温环境下工作的机械密封，为了避免摩擦副外部空气中的水分发生结冰现象，通常需配置PLAN62系统，使用氮气吹扫驱除水蒸气。对在高温、低温下工作的机械密封，除了选择合适的辅助系统之外，还要充分考虑密封材料和结构。

三、高温热油泵机械密封的选用

我厂高温热油泵主要有常底泵、减底泵、催化油浆泵，该类泵的特点是温度高(370～400℃)、油品粘度大、塔底有杂质。我们针对高温泵的这些特点采用的是YH石09系列机械密封，结构选型主要结合了以下几个方面。

（一）金属波纹管旋转结构

旋转波纹管密封在旋转离心力作用下可以自身清洗波纹管，减少波纹管沉积和内侧结焦，并能防止因急冷造成的波纹管变形。我厂泵类设备转速一般为2 950 r／min，机械密封线速度远小于25m／s，因此，可以选用旋转结构。

（二）密封结构形式采用开槽斜面挤紧轴套

这种定位传动可靠，安装拆卸方便而且不伤轴。并配置有限位板，便于泵外调整密封的压缩量。波纹管内径一侧设一45°斜角，以分散应力，延长波纹管寿命。辅助密封采用柔性石墨替代合成橡胶，可以承受高达425℃的高温。

（三）摩擦副材料的选取

对摩擦副材料的选取采用“硬对硬”结构，最初选用siC．wc为动静环材料，但是运转一段时间后发现动环出现啃边现象。改用YG6-YG6之后，设备运转一直正常。

四、轻油泵机械密封的选用

（一）多弹簧机械密封静止结构

对该类泵用机械密封采用静止结构(温度高于200℃泵采用波纹管结构)。其目的主要有两个：一是避免高速搅拌产生热量；二是防止弹簧传递扭矩。

（二）摩擦副材料的选取