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机械密封如何密封的

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机械密封属于旋转轴用端面动密封,由静环、动环、弹性和弹簧座、紧定螺钉及动环和静环的辅助密封圈等密封件组成,是一种阻止介质泄漏的旋转机械轴封装置,那么,机械密封是怎样实现密封的?厂家工程师张工认为,只有掌握了机械密封工作原理及其密封点,就会理解机械密封如何密封的了。
         

    

  机械密封组成结构及工作原理
   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(或磁力)的作用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密封装置,组成结构由静止环(静环)、旋转环(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部件组成;机械密封的轴工作旋转时,由密封流体的压力和弹性元件(如弹簧或波纹管,或波纹管和弹簧组合构件)的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动,由于两个密封端面的紧密配合,使密封端面之间的交界(密封界面)形成一微小间隙,当有压介质通过此间隙时,形成极薄的液膜,产生阻力,阻止介质泄漏,同时这层液体膜具有流体动压力与静压力,起着润滑和平衡压力的作用,所以产生长期的密封效果。
        
                      

  机械密封的5个密封点
   以离心泵为例,机械密封一般有五个密封点(亦称5个泄漏点):1、动静环的密封,2、动环于轴套的密封,3、静环于静环座的玩密封,4、静环座于泵体的密封,5、轴套于轴的密封,其密封点如图示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ:
            
   Ⅰ、动静环接触端面密封点:这是机械密封的主要密封面,是决定密封的摩擦、磨损和密封性能的关键,同时也决定了密封的工作寿命,据统计,大约有80%-90%的泄漏是由于摩擦面造成的。所以,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润滑液膜,必须严格控制端面上的单位面积压力,压力过大,不易形成稳定的润滑液膜,会加速端面的磨损;压力过小,泄漏量增加。所以,要获得良好的密封性能又有足够寿命,一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。
   Ⅱ、 动环(补偿环)辅助密封圈处密封点:这是辅助密封面,是决定密封的密封性和动环追随性的关键。
   Ⅲ、轴与轴套间密封点:此处为静密封,需考虑材质与介质相容。
   Ⅳ、密封件本身密封点:此处可能由于浸渍工艺等原因发生渗漏。
   Ⅴ、静环(非补偿环)辅助密封圈处密封点:此是辅助密封面,是决定密封的密封性能的关键点之一。

 

  填料密封和机械密封的区别
   常用的机械密封方式有机械密封、填料密封、干气密封、迷宫密封、油封密封、动力密封和螺旋密封,其中机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性可靠、使用寿命长的旋转轴密封,被广泛地应用各个技术领域,与填料密封相比,机械密封的泄率大约为填料密封的1%,功率消耗约为填料密的30%,区别详情如下:
   填料蜜密封最早以棉、麻的纤维填塞在泄露通道内来阻止液流泄露,主要用作提水机械的密封。
        
        填料密封原理图
   填料装入填料腔以后,经压盖螺丝对它作轴向压缩,当轴与填料有相对运动时,由于填料的塑性,使它产生径向力,并与轴紧密接触。与此同时,填料中浸渍的润滑剂被挤出,在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的,接触部位便出现“边界润滑”状态,称为“轴承效应”;而未接触的凹部形成小油槽,有较厚的油膜,接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫,起阻止液流泄漏的作用,此称“迷宫效应”,这就是填料密封的原理。
   填料密封主要用作动密封,广泛用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机和船舶螺旋桨的转轴密封,往复式压缩机、制冷机的往复运动轴封,以及各种阀门阀杆的旋动密封等。
   
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的弹力(或磁力)作用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,特点是密封性能可靠,泄漏量小,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。
         



   附:实用机械密封技术问答 
   1.问:何为机械密封?

   答:机械密封又叫端面密封,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作用下,使两个端面紧密贴合,并相对滑动而构成防止流体泄漏的装置。
   2.问:机泵常用的密封形式有几种?
   答:有两种,即静密封和动密封。
   3.问:造成机械密封泄漏的主要原因有哪些?
   答:(1)、动环与静环间密封端面存在磨损过大,设计时载荷系数不合理,使密封端面产生裂纹、变形、破损等现象;
      (2)、几处辅助密封圈有缺陷或由于装配不当造成的缺陷,以及选择辅助的密封圈不适合工况介质;
      (3)、弹簧预紧力不够或经长时间运转后,发生断裂、腐蚀、松弛、结焦,以及工作介质的悬浮性微粒或结晶长时间积累堵塞在弹簧间隙里,造成弹簧失效,补偿密封环不能浮动,发生泄漏;
      (4)、由于动、静环密封端面与轴中心线垂直度偏差过大,使密封确面贴合不严密而造成泄漏;
      (5)、由于轴的轴向窜动量大,与密封处相关的部件配合或质量不好易产生泄漏现象。
   4.问:根据什么选用机械密封摩擦副的材料?
   答:应根据介质的性质、工作压力、温度、滑动速度等因素加以选择,有时还要考虑启动或液膜破坏时承受短时间干摩擦的能力。
   5.问:迷宫密封增大介质阻力的有效途径有哪些?
   答:(1)、减小间隙;(2)、加强旋涡;(3)、增加密封齿数;(4)、尽量使气流的动能转化为热能。

   6.问:浮环密封的工作原理是什么?
   答:浮环密封是以轴与浮环之间狭窄间隙中所产生的节流作用为基础,并在间隙中注入高于气体压力的密封油,以达到封住气体的作用。
   7.问:造成浮环密封泄漏量增大的原因是什么?
   答:(1)、浮环长期使用,正常磨损,使间隙增大。
      (2)、浮环孔的轴衬表面粗糙,精度低,短时间磨损使间隙增大。
      (3)、装配不当造成偏斜,对中附件脱落,使油液从其他间隙流出,使泄漏增大。
   8.问:油挡的作用是什么?如何进行油指间隙的测量和调整?
   答:(1)、油挡的作用是防止轴承润滑油沿着轴颈流到轴承外部,油挡的安装位置有两种,一是在轴承座上,另一种是在轴瓦上。
      (2)、油挡间隙在油挡解体或组装时可用测尺测量。对于轴瓦上的油挡间隙可适当放宽些,而对轴承座上的油挡间隙要求比较严格,一般要求下部为0.05-0. 10mm,两侧0.10-0.20mm,上部为0.20-0.25mm。
   9.问:影响迷宫密封的因素有哪些?
   答:(1)、径向间隙过大,或新更换的气封环间隙过小。
     (2)、密封片或气封环、齿间因磨损变钝,或因长期摩擦受热后变形,造成损坏而不能使用。
     (3)、长期使用后,弹簧变松弛、变形,使气封环不能到位,运转后,灰尘污物的沉淀堆积,使密封的介质压力低于工作介质压或压力不稳定等。
   10.问:动密封常见的种类有哪些?
     答:皮碗密封、涨圈密封、螺旋密封、气动密封、水力密封、离心密封、填料密封、迷宫密封、机械密封等。
   11.问:影响密封的主要因素有哪些?
   答:(1)、密封本身质量;(2)、工艺操作条件;(3)、装配安装精度;(4)、主机本身精度;(5)、密封辅助系统。
   12.问:机械密封都由哪几部分组成?
   答:机械密封由旋转部件和静止部件两大部分组成,两相对运动的动静环面成为密封的主密封面,其构成的基本元件有:1、静环,2、动环,3、压盖,4、推环,5、弹簧,6、定位环,7、轴承,8、动环密封圈,9、静环密封圈等组成,结构组成如下图: 
          

  13.问:机械密封特点有哪些?
   答:(1)、密封性能好,机械密封的泄漏量一般为0.01-5mL/h,根据特殊要求,经过特殊设计,制造的机械密封泄漏量仅为0.01ml/h,甚至更小,而填料密封泄漏量为3-80mL/h(按我国有关规定,当轴径不大于Ø50mm时小于等于3mL/h,当轴径大于Ø50mm时小于等于5mL/h);
     (2)、使用寿命长,一般使用8000h以上;
     (3)、摩擦功率小,仅为填料密封的20%-30%;
     (4)、轴与轴套和密封件之间不存在相对运动,不会产生摩擦,轴与轴套使用期较长;
     (5)、机械密封的密封面垂直于泵轴线,泵轴振动时密封随时产生位移,故振动在一定范围时,仍能保持良好的密封性能;
     (6)、机械密封依靠密封液的压力和弹簧力的作用,保持静、动环密封面贴合,并依靠弹簧力对磨损量进行补偿,故一旦调配合适,泵在运行中一般不需要经常调整,使用方便,维护工作,量小;
     (7)、使用工况范围较广,可用于高温、低温、高压、高转速及强腐蚀等工况;
     (8)、故障排除和零件更换不方便,只能在停车以后才能进行检修;
     (9)、结构复杂、装配精度较高,装配和安装有一定技术要求;
     (10)、制造价格高。
   
14.问:机械密封的主要特性参数有哪些?
   答:(1)、轴径:泵机械密封的轴径范围一般为6、200mm,特殊的可达400mm,泵的轴径通常是以强度要求确定的,经圆整或使用轴套调制以符合机械制封标准轴径;
   (2)、转速:一般与泵的转速相同,一般离心泵的转速为≤3000r/min、高速离心泵≤8000r/min、特殊泵≤4000r/min;
   (3) 密封面平均圆周线速度:指密封端面平均直径的圆周线速度。密封面平均线速度,对密封面(即摩擦副)的发热和磨损影响较大,一般机械密封的圆周线速度≤30m/s;应用弹簧静止型机械密封的圆周线速度 ≤100m/s;特殊可达≤150m/s;
   (4)、端面比压:端面比压pc是密封面上所承受的接触压力 (MPa)。端面密封的端面比压应控制在合理范围内,过小会降低密封性能,过大会加剧密封面发热和磨损。泵用机械密封合理的端面比压值;内装式机械密封,一般取pc=0.3、0.6MPa;外装式,取pc= 0.15、0.4MPa,润滑性较好时端面比压可适当增大,对黏度较大的液体应增大端面比压,可取pc=0.5-0.7MPa;对易挥发、润滑性较差的液体应取较小的端面比压,可取pc=0.3、0. 45MPa。
     
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2022年4月10日 09:47
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