泵用機(jī)械密封技術(shù)與發(fā)展

泵用機(jī)械密封技術(shù)與開展

主講：李鯤研討員密封研討所所長合肥通用機(jī)械研討院泵是各領(lǐng)域運(yùn)用最廣泛的通用機(jī)械之一，其種類、規(guī)格繁多，絕大多數(shù)類型的泵〔磁傳動(dòng)泵、屏蔽泵除外〕存在一個(gè)根本的共性問題“走漏〞。合肥通用機(jī)械研討院殼體(法蘭〕走漏屬于靜密封問題，容易處理，長期以來，人們主要努力于研討處理泵的軸封走漏問題。泵軸封走漏殼體導(dǎo)致泵軸封走漏的要素合肥通用機(jī)械研討院泵本身的構(gòu)造走漏密封的構(gòu)造、資料(選型〕介質(zhì)的影響介質(zhì)外漏泵性能下降最終導(dǎo)致泵〔設(shè)備〕的維修人為要素〔安裝〕影響平安消費(fèi)泵的軸封構(gòu)造方式

合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封的任務(wù)原理在泵、風(fēng)機(jī)、攪拌釜等旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，機(jī)械密封件是用來阻止介質(zhì)沿其旋轉(zhuǎn)軸與殼體之間的縫隙走漏的安裝。機(jī)械密封至少有一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線且端面相互貼合的密封環(huán)(其中一個(gè)安裝在軸上隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)安裝在靜止的機(jī)殼上)；相對靜止的輔助密封件；產(chǎn)生使密封環(huán)端面相互貼合的作用力的彈性元件〔或磁性元件〕以及其它傳動(dòng)部件所組成。由于機(jī)械密封在任務(wù)時(shí)，起主要密封作用的是在外力〔介質(zhì)壓力和彈彈簧力或磁力〕作用下、兩個(gè)相互貼合并相對滑動(dòng)的密封環(huán)端面，故機(jī)械密封也稱為端面密封。合肥通用機(jī)械研討院典型的機(jī)械密封表示圖合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封的開展歷程合肥通用機(jī)械研討院最早在19世紀(jì)末期出現(xiàn)機(jī)械密封的雛形,構(gòu)造相當(dāng)簡單，僅由一個(gè)橡膠彈性體和金屬〔殼體〕相摩擦，如下圖二戰(zhàn)期間,美國開場在化工流程泵上運(yùn)用機(jī)械密封,二戰(zhàn)后,隨著石油化工行業(yè)的迅猛開展，機(jī)械密封在西方國家也開展迅速,至70年代,西方國家的煉油行業(yè)的流程泵80%采用機(jī)械密封,機(jī)械密封的運(yùn)用范圍也迅速擴(kuò)展。其構(gòu)造類型、端面資料的運(yùn)用也迅速添加。我國在50年代末期，開場進(jìn)展機(jī)械密封的研討，至70年代,構(gòu)成了我國規(guī)范的JB1472規(guī)范的泵用和HG5-748-78；HG5-751~756-78釜用兩大系列機(jī)械密封，奠定了我國機(jī)械密封行業(yè)的根底。機(jī)械密封的雛形合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封的分類〔1〕機(jī)械密封的分類方法很多，按運(yùn)用的主機(jī)分類，大致可以分為泵用機(jī)械密封、釜用機(jī)械密封、透平緊縮機(jī)用機(jī)械密封、低溫制冷機(jī)用機(jī)械密封等。按機(jī)械密封的作用原理和構(gòu)造分類〔1〕

按密封端面組合分類可分為單端面、雙端面、多端面機(jī)械密封，其中雙端面有軸向雙端面和徑向雙端面兩種；〔2〕按密封端面接觸與否分類可分為接觸式、非接觸式機(jī)械密封，其中非接觸式機(jī)械密封又分為流體動(dòng)壓式和流體靜壓式兩種；〔3〕按密封端面接受載荷分類可分為非平衡型、部分平衡型、過平衡型機(jī)械密封；合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封的分類〔2〕〔4〕按密封能否裝在腔體內(nèi)側(cè)或外側(cè)可分為內(nèi)裝式和外裝式機(jī)械密封；〔5〕

按彈性元件分類可分為單彈簧、多彈簧、金屬波紋管機(jī)械密封；〔6〕

按密封流體在密封端面的流向可分為內(nèi)流式、外流式機(jī)械密封；〔7〕

按補(bǔ)償環(huán)能否隨軸旋轉(zhuǎn)可分為旋轉(zhuǎn)式、非旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封；〔8〕按波紋管資料分類可分為金屬波紋管、橡膠波紋管、聚四氟乙烯波紋管機(jī)械密封；〔9〕

按密封補(bǔ)償力分類可分為彈性元件和磁性元件機(jī)械密封；還有按運(yùn)用工況、參數(shù)分類等等。合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封與填料密封的優(yōu)缺陷合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封與填料密封的優(yōu)缺陷類別工程機(jī)械密封填料密封密封性能走漏量小大任務(wù)壽命長短摩擦功率小大抗偏擺才干好差調(diào)整情況自動(dòng)補(bǔ)償不需求調(diào)整需經(jīng)常調(diào)整對軸的磨損對軸根本不產(chǎn)生摩損對軸的摩損大產(chǎn)品構(gòu)造復(fù)雜簡單安裝要求高*低現(xiàn)場維修困難*容易產(chǎn)品本錢高低運(yùn)轉(zhuǎn)本錢低高*完選集裝式機(jī)械密封對安裝要求不高，現(xiàn)場維修也比較容易*完選集裝式機(jī)械密封對安裝要求不高，現(xiàn)場維修也比較容易常用的機(jī)械密封構(gòu)外型式目前，國內(nèi)泵用機(jī)械密封主要有兩大類，一類是我國自主開發(fā)的JB1472規(guī)范系列的泵用機(jī)械密封，如非平衡型〔103、104、105、GX等系列〕、平衡型〔109、110、111、GY等系列〕；耐酸泵用152、153、154系列機(jī)械密封；DBM金屬波紋管系列等等，另一類是以引進(jìn)的〔符合ISO3069規(guī)范〕59U、59B、H7N、M7N、AB等系列機(jī)械密封；另外，外裝式機(jī)械密封主要有WB2、152等系列耐酸泵用機(jī)械密封；金屬波紋管機(jī)械密封主要以丹東克隆為代表DBM系列和以西安永華引進(jìn)的Sealol公司的600系列金屬波紋管機(jī)械密封；我國在推行ISO規(guī)范過程中，各消費(fèi)廠家也相繼開發(fā)了一些符合ISO3069規(guī)范〔國內(nèi)規(guī)范號GB/T6556〕的機(jī)械密封系列。合肥通用機(jī)械研討院104型機(jī)械密封8B型機(jī)械密封合肥通用機(jī)械研討院合肥通用機(jī)械研討院常用的機(jī)械密封根本參數(shù)密封型式103、104、105、GX、59U、M7N、BIA110、111、109、59B、H7N、GYDBM、600壓力〔Mpa〕0-0.780-2.94≤3.0*溫度(℃)-45-+200-45-+200-100-+450轉(zhuǎn)速(r/min)300030003000*雙層波片任務(wù)壓力可到達(dá)7.0MPa機(jī)械密封環(huán)常用的資料碳石墨碳石墨具有良好的自光滑性能、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)低、導(dǎo)熱性能好，是機(jī)械密封端面摩擦副理想的資料之一，運(yùn)用廣泛。常用的碳石墨主要有浸漬樹脂碳石墨和浸漬金屬碳石墨兩類〔國外有免浸漬的碳石墨資料〕合肥通用機(jī)械研討院合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封環(huán)常用的資料硬質(zhì)合金〔WC〕硬質(zhì)合金作為硬密封環(huán)運(yùn)用極為廣泛，常與碳石墨、碳化硅、硬質(zhì)合金相配對，組成密封摩擦副，密封環(huán)常用硬質(zhì)合金資料主要有鈷基硬質(zhì)合金〔如YG6、YG8〕和鎳基硬質(zhì)合金〔如W7、YN10等〕，鈷基硬質(zhì)合金與鎳基硬質(zhì)合金相比，硬度要高一些，但是鎳基硬質(zhì)合金的耐腐蝕性能那么要好一些。

合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封環(huán)常用的資料碳化硅〔SiC〕碳化硅屬于工程陶瓷，在我國是近十幾年開展起來的新型資料，由于其超強(qiáng)的硬度、極好的耐磨性能、導(dǎo)熱性能和良好的耐腐蝕性能以及具有一定的自光滑性能，開展迅速，在相當(dāng)場所，曾經(jīng)取代了硬質(zhì)合金、氧化鋁陶瓷、氮化硅等硬質(zhì)資料，與碳化硅配對的常用資料主要有碳石墨、硬質(zhì)合金、碳化硅、填充聚四氟乙烯等。碳化硅主要有三種類型：a、熱壓燒結(jié)碳化硅；b、無壓燒結(jié)碳化硅；c、反響燒結(jié)碳化硅。機(jī)械密封環(huán)常用的資料氧化鋁陶瓷〔Al2O3〕目前，國內(nèi)運(yùn)用的氧化鋁陶瓷大致有99瓷和95瓷兩種；99瓷純度高，耐腐蝕性能好，主要用于耐酸泵外裝式機(jī)械密封〔如WB2、152型等〕，95瓷耐腐蝕性能較差，但制造本錢極低，可以大批量消費(fèi)，主要用于農(nóng)用泵、汽車?yán)鋮s泵等輕型機(jī)械密封。合肥通用機(jī)械研討院失效景象失效原因采取措施失效發(fā)生率泄

漏

量

大泵任務(wù)范圍小，易出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)或汽蝕景象，導(dǎo)致密封任務(wù)異常對影響泵性能的幾何參數(shù)等要素進(jìn)展實(shí)驗(yàn)分析，提高泵的水力性能和任務(wù)范圍，少泵不在額定工況運(yùn)轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡力矩，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)跳動(dòng)或變形提高水力性能的同時(shí)，研討泵軸向力和徑向力的影響要素，從構(gòu)造等方面進(jìn)展實(shí)驗(yàn)分析加以改良以降低其不利影響多泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，出現(xiàn)“抽空〞景象，致使密封環(huán)“干摩擦〞運(yùn)轉(zhuǎn)、燒壞。采用密封系統(tǒng)，確嚴(yán)密封腔內(nèi)一直充溢介質(zhì)多合肥通用機(jī)械研討院泵性能和構(gòu)造導(dǎo)致密封失效的緣由分析失效景象失效緣由采取措施失效發(fā)生率泄

漏

量

大制造緣由密封環(huán)平面度粗糙度差研磨密封環(huán)端面多密封環(huán)尺寸形位公差不好重新加工少橡膠圈尺寸公差不合要求改換橡膠圈多安裝緣由端面不平形、不貼合重新安裝

或采用集裝式，減少安裝多彈簧緊縮量過小普通密封面之間有臟物少設(shè)計(jì)緣由彈簧被泥砂、結(jié)晶、積垢等堵塞失彈添加密封輔助系統(tǒng)，如旋液分別器，或采取彈簧維護(hù)措施普通密封面大氣側(cè)被走漏物堵塞構(gòu)造上思索防堵塞構(gòu)造普通泵本身緣由泵軸向串動(dòng)量大選用高精細(xì)軸承普通泵軸偏擺過大進(jìn)展靜平衡實(shí)驗(yàn)，平衡徑向力少端蓋對泵軸跳動(dòng)過大提高泵加工質(zhì)量多密封面磨損大安裝緣由彈簧緊縮量過大重新安裝、調(diào)整彈簧緊縮量普通設(shè)計(jì)選型緣由密封面資料不匹配選用合理的密封面配對資料多運(yùn)用緣由介質(zhì)成分復(fù)雜應(yīng)選用密封輔助系統(tǒng)如旋液分別器、換熱器等普通泵抽空、密封面干運(yùn)轉(zhuǎn)確嚴(yán)密封腔充溢介質(zhì)普通機(jī)械密封的選型

合肥通用機(jī)械研討院據(jù)國內(nèi)的統(tǒng)計(jì)資料和國外的資料引見，在早期失效〔壽命極短〕的機(jī)械密封中，有25-30%是由于安裝問題，30%以上的緣由是選型〔用材〕不當(dāng)呵斥的。機(jī)械密封的選型非常重要，機(jī)械密封的選型主要思索以下幾個(gè)方面：〔1〕密封的任務(wù)參數(shù)：如任務(wù)壓力；介質(zhì)溫度；任務(wù)轉(zhuǎn)速；〔2〕密封的介質(zhì)性質(zhì)：如介質(zhì)粘度、光滑性、揮發(fā)性、腐蝕性等；〔3〕

密封安裝空間：如軸向尺寸、徑向尺寸、內(nèi)裝、外裝等；〔4〕

密封的任務(wù)條件：如有無沖洗等條件。

機(jī)械密封的選型機(jī)械密封的選型步驟大致是：〔1〕根據(jù)任務(wù)壓力確定采用平衡型還是非平衡型構(gòu)造；〔2〕根據(jù)密封介質(zhì)的性質(zhì)，如易燃、易爆、有毒、貴重等確定選用雙端面還是單端面機(jī)械密封；〔3〕根據(jù)任務(wù)轉(zhuǎn)速確定采用補(bǔ)償環(huán)旋轉(zhuǎn)式還是非旋轉(zhuǎn)式；〔4〕根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)用條件確定能否需求或選用哪種密封輔助系統(tǒng)；〔5〕根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性等確定機(jī)械密封運(yùn)用的資料。合肥通用機(jī)械研討院泵用機(jī)械密封的開展趨勢近些年來，在機(jī)械密封領(lǐng)域的研討主要主要集中在兩個(gè)方面：高參數(shù)密封高參數(shù)密封不斷是密封行業(yè)的開展方向，如干氣密封，超大直徑密封，超高壓密封等等，主要是隨著石化產(chǎn)品的進(jìn)一步深加工，安裝參數(shù)越來越高，原子能行業(yè)單機(jī)功率越來越大，研討這類密封一方面是拓寬機(jī)械密封的運(yùn)用領(lǐng)域，另一方面也是滿足這些行業(yè)的需求。研討如何提高機(jī)械密封的任務(wù)可靠性和延伸機(jī)械密封的運(yùn)用壽命。合肥通用機(jī)械研討院集裝式機(jī)械密封集裝式機(jī)械密封就是研討提高機(jī)械密封可靠性的產(chǎn)物。所謂集裝式機(jī)械密封就是經(jīng)過密封自帶軸套和端蓋將單〔雙〕端面機(jī)械密封組合在一同，為整體安裝方式，如下圖：合肥通用機(jī)械研討院集裝式機(jī)械密封與普通機(jī)械密封的優(yōu)缺陷合肥通用機(jī)械研討院表3機(jī)械密封與填料密封的優(yōu)缺陷

類別工程普通機(jī)械密封集裝式機(jī)械密封產(chǎn)品構(gòu)造普通合理安裝方式產(chǎn)品為各個(gè)分散的零部件，到泵廠進(jìn)展安裝產(chǎn)品在制造廠完選集裝為一個(gè)整體安裝人員技術(shù)要求高低安裝時(shí)間長短密封可靠性低高安裝勝利率低〔容易碰傷精細(xì)研磨拋光的密封端面〕高安裝速度慢快實(shí)驗(yàn)要求裝配泵后進(jìn)展實(shí)驗(yàn)在消費(fèi)廠進(jìn)展實(shí)驗(yàn)集裝式機(jī)械密封是目前國際上正在大力推行的機(jī)械密封構(gòu)造方式，主要是集裝式機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，在美國石油學(xué)會(huì)API682規(guī)范中明確規(guī)定必需〔只能〕運(yùn)用集裝式機(jī)械密封，并且建議盡量運(yùn)用雙端面集裝式機(jī)械密封。

合肥通用機(jī)械研討院集裝式機(jī)械密封機(jī)械密封的設(shè)計(jì)理念變化機(jī)械密封的徑向尺寸擴(kuò)展化如ISO3069、GB6556規(guī)范對泵密封腔的機(jī)械密封的徑向尺寸規(guī)定很緊，空間很小，機(jī)械密封的一些特殊構(gòu)造很難采用，限制了機(jī)械密封性能的發(fā)揚(yáng)，也影響了機(jī)械密封零部件的構(gòu)造強(qiáng)度，API682規(guī)范不僅規(guī)定應(yīng)該運(yùn)用集裝式機(jī)械密封，對泵密封腔也進(jìn)展開放式設(shè)計(jì)，完全以滿足機(jī)械密封的構(gòu)造強(qiáng)度和充分發(fā)揚(yáng)機(jī)械密封的性能為目的，這樣極大地拓寬了密封的設(shè)計(jì)思緒，使機(jī)械密封可以更加平安、可靠地任務(wù)。合肥通用機(jī)械研討院密封輔助系統(tǒng)強(qiáng)化密封輔助系統(tǒng)的作用和功能，API規(guī)范中，在很多場所，強(qiáng)調(diào)合理運(yùn)用密封輔助系統(tǒng)，改善密封的任務(wù)環(huán)境，可以極大地延伸機(jī)械密封的運(yùn)用壽命，提高機(jī)械密封的可靠性，有很多密封輔助系統(tǒng)還帶有報(bào)警、維護(hù)等安裝，在一些危險(xiǎn)、關(guān)鍵工位，多運(yùn)用二次應(yīng)急密封。合肥通用機(jī)械研討院泵用“干氣〞密封合肥通用機(jī)械研討院“干氣〞密封的原理“干氣〞密封-非接觸式氣膜光滑機(jī)械密封，其任務(wù)是，依托密封端面的螺旋槽使氣體產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)，在密封面上構(gòu)成氣膜壓力呵斥密封面脫離接觸，當(dāng)氣膜壓力〔開啟力〕等于密封端面閉合力〔彈簧力、介質(zhì)力〕，密封面的間隙相對穩(wěn)定，密封進(jìn)入穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀。目前，在一些保送易揮發(fā)介質(zhì)的泵中，有不少采用“干氣〞密封，并且有盲目擴(kuò)展的趨勢，“干氣〞密封在保送類似于氣體介質(zhì)，確實(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)，但是由于螺旋槽非常淺〔5-7μ〕，容易被雜質(zhì)堵塞，因此對輔助系統(tǒng)要求很高。泵用“干氣〞密封泵用“干氣〞密封合肥通用機(jī)械研討院流體動(dòng)壓機(jī)械密封流體動(dòng)壓機(jī)械密封的原理上世紀(jì)70年代，為理處理鍋爐給水泵等高壓泵用機(jī)械密封問題，E.Mayer博士在密封環(huán)端面上開有不同外形的槽，構(gòu)成流體動(dòng)壓效應(yīng)，處理高壓流體密封問題。合肥通用機(jī)械研討院流體動(dòng)壓機(jī)械密封流體動(dòng)壓機(jī)械密封的原理與“干氣〞密封的原理根本一樣，都是利用密封端面不同外形的槽產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)，使密封面根本脫離接觸。由于流體動(dòng)壓密封液膜相對較厚，因此，走漏量也相對較大，但是，設(shè)計(jì)好的流體動(dòng)壓機(jī)械密封接受介質(zhì)壓力相比接觸式機(jī)械密封要大的多，單級密封可以接受25MPa以上。合肥通用機(jī)械研討院流體動(dòng)壓機(jī)械密封由于流體動(dòng)壓機(jī)械密封端面溝槽較深，產(chǎn)生的液膜較厚，走漏量也相對較大，近來，利用“干氣〞密封的淺槽原理，英國Crane公司開發(fā)的“Laserface〞密封利用比“干氣〞密封的溝槽還要淺的溝槽產(chǎn)生液體動(dòng)壓膜，構(gòu)成似接觸非接觸的形狀，到達(dá)承壓才干強(qiáng)、走漏量極小的密封效果。合肥通用機(jī)械研討院機(jī)械密封消費(fèi)答應(yīng)證在石油化工、原子能、農(nóng)藥等工業(yè)消費(fèi)中，機(jī)械密封經(jīng)常用于保送易燃、易爆、劇毒等高度危