机械密封原理介绍和特点及材料选择

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术培训讲座 作者:张以忱

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。

2、机械密封常用材料的选用

  清水;常温;(动)9Cr18,1Cr13堆焊钴铬钨,铸铁;(静)浸树脂石墨,青铜,酚醛塑料。

  河水(含泥沙);常温;(动)碳化钨,(静)碳化钨

  海水;常温;(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨,铸铁;(静)浸树脂石墨,碳化钨,金属陶瓷;

  过热水 100度;(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨,铸铁;(静)浸树脂石墨,碳化钨,金属陶瓷;

  汽油,润滑油,液态烃;常温;(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨,铸铁;(静)浸树脂或锡锑合金石墨,酚醛塑料。

  汽油,润滑油,液态烃;100度;(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨;(静)浸青铜或树脂石墨。

  汽油,润滑油,液态烃;含颗粒;(动)碳化钨;(静)碳化钨。

3、密封材料的种类及用途

  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。

4、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,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。

5、 机械轴封有哪三个密封点,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。

6、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。

7、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:

一、内冲洗

1.正冲洗
  (1)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。
  (2)应用:用于清洁流体, p1稍大于p进,当温度高或有杂质时,可在管路上设置冷却器、过滤器等

2.反冲洗
  (1)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。
  (2)应用:用于清洁流体,且p进

3.全冲洗
  (1)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,冲洗后再经管路流回泵入口。
  (2)应用:冷却效果优于前两种,用于清洁流体,且p1与p进和p出相接近时。

二、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.必要时,冲洗液可以是热水或蒸汽。

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