波紋管機(jī)械密封應(yīng)用分析

1、.波紋管機(jī)械密封應(yīng)用分析 摘要：機(jī)械密封又稱端面密封。用于泵、反應(yīng)釜、壓縮機(jī)、液壓傳動(dòng)及其它類似設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸的密封。它是此類機(jī)械設(shè)備的重要構(gòu)件，對(duì)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)安全生產(chǎn)影響極大，企業(yè)中此類設(shè)備很多，運(yùn)行可靠，裝置連續(xù)生產(chǎn)具有重大意義，并且有著不可替代的作用。密封從大的方面可分為：機(jī)械密封和填料密封。很早以前人們采用填料一類的多種密封材料，使液體從液泵殼體沿著主軸的向外泄漏量不斷減少。盡管現(xiàn)代工藝流程中采用的液泵，仍然廣泛地沿用最古老的密封設(shè)計(jì)填料盒，因?yàn)槠淦鸩劫M(fèi)用低，而且又為工廠的工作人員所熟悉。 然而，由于環(huán)境問題的關(guān)系，采用填料密封的方法已逐漸不能被人們所接受，特別是針對(duì)現(xiàn)代工藝流程中比較普遍

2、的、腐蝕性較強(qiáng)的液體而言。而機(jī)械密封由于其泄漏量很小，密封可靠，摩擦功耗低，使用周期長(zhǎng)，對(duì)軸(或軸套)磨損很小，能滿足多種工況要求等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于泵、壓縮機(jī)、反應(yīng)釜等旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，目前大多數(shù)的工業(yè)用泵配備機(jī)械密封。 機(jī)械密封的形式很多，分類的方式不相同。按其結(jié)構(gòu)可分為：?jiǎn)味嗣婧碗p端面；單彈簧和多彈簧；內(nèi)裝式和外裝式；旋轉(zhuǎn)式和固定式。按端面上載荷情況可分為非平衡性，部分平衡性和全平衡性等。在這里我就以常用的波紋管式機(jī)械密封（DBM-90）為例向大家簡(jiǎn)單的介紹一下機(jī)械密封。 關(guān)鍵詞：機(jī)械密封 填料密封 波紋管式密封 一、機(jī)械密封的原理及材料 1、機(jī)械密封的原理：機(jī)械密封又稱端面密封（Mechani

3、cal Seal），是旋轉(zhuǎn)軸用動(dòng)密封。機(jī)械密封性能可靠，泄漏量小，使用壽命長(zhǎng)，功耗低，毋須經(jīng)常維修，且能適應(yīng)于生產(chǎn)過程自動(dòng)化和高溫、低溫、高壓、真空、高速以及各種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、含固體顆粒介質(zhì)等苛刻工況的密封要求。 機(jī)械密封是靠一對(duì)或幾對(duì)垂直于軸作相對(duì) 滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持接合并配以輔助密封而達(dá)到的阻漏的軸封裝置.如下圖所示。工業(yè)泵常用的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是由動(dòng)環(huán)6（旋轉(zhuǎn)環(huán)）、靜環(huán)10、傳動(dòng)加荷的裝置（1彈簧座、3彈簧、4傳動(dòng)銷）和動(dòng)、靜密封圈組成。由于一個(gè)密封面是動(dòng)的，另一個(gè)密封面是靜止不動(dòng)的，因此將這類機(jī)械密封又稱為動(dòng)態(tài)密封。 機(jī)械密封的雖種類繁多

4、，型號(hào)各異，但泄漏點(diǎn)主要有五處：（1）靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封；（2）密封端蓋與泵體的密封；（3）軸套和軸之間的密封； 這三者均屬于靜密封。（4）動(dòng)環(huán)與軸之間的密封；當(dāng)端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補(bǔ)償環(huán)沿軸向作微量的移動(dòng)，實(shí)際上仍然是一個(gè)相對(duì)靜密封。因此，這些泄漏通道相對(duì)來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補(bǔ)償環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時(shí)采用兼?zhèn)鋸椥栽δ艿南鹉z、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結(jié)構(gòu)。（5）動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的端面彼此貼合作相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)密封，它是機(jī)械密封裝置中的主密封，也是決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。因此，對(duì)密封端面的加工要求很高，同時(shí)為了使密封端面間

5、保持必要的潤(rùn)滑液膜，必須嚴(yán)格控制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩(wěn)定的潤(rùn)滑液膜，會(huì)加速端面的磨損；壓力過小，泄 漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設(shè)計(jì)和安裝機(jī)械密封時(shí)，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當(dāng)?shù)姆秶?2、機(jī)械密封的材料 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械密封的泄漏大約有80%95%是由于密封端面、摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外，主要是摩擦副的材料問題。大部分機(jī)械密封的設(shè)計(jì)采用較硬的材料來制作旋轉(zhuǎn)面，使其在較軟的靜止面上旋轉(zhuǎn)摩擦。現(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)面更多選用不銹鋼或更硬的材料制作，例如碳化鎢或碳化硅；靜止面則選用石墨或者聚四氟乙烯。 機(jī)械密封摩擦副材料的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問題。

6、總體來說應(yīng)根據(jù)工作介質(zhì)的性質(zhì)、壓力、溫度以及旋轉(zhuǎn)速度等加以選擇，同時(shí)還應(yīng)考慮摩擦副在啟動(dòng)或液膜破壞時(shí)在承受短時(shí)間摩擦的能力。綜合考慮以上因素，摩擦副的材料應(yīng)具備下列條件： (1) 機(jī)械強(qiáng)度高，能耐壓和耐壓力變形； (2) 具有耐干磨性，耐高載荷性，自潤(rùn)滑性好； (3) 配對(duì)材料的磨合性好，無過大的磨損和對(duì)偶腐蝕； (4) 耐磨性好，壽命長(zhǎng)； (5) 導(dǎo)熱性和散熱性好； (6) 耐高溫性好； (7) 抗熱裂性好； (8) 耐腐蝕性強(qiáng)； (9) 線膨脹系數(shù)小，能耐熱變形和尺寸穩(wěn)定性好； (10) 切削加工性好，成型性能好； (11) 氣密性好； (12) 密度小。 但環(huán)境不同，選材不同，我們選擇機(jī)

7、械密封時(shí)既要照顧選材的一致性，又要照顧環(huán)境腐蝕差異；溫度、濃度、壓力不同，選材不同；同一介質(zhì)溫度，濃度、壓力不同，腐蝕情況各異，要對(duì)腐蝕性有所了解，酌情選材；腐蝕形式不同，選材不同。 二、機(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn) 1、機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn) 機(jī)械密封與軟填料密封相比優(yōu)點(diǎn)如下： (1)密封可靠，在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，其泄漏約為軟填料密封的1%； (2) 使用壽命長(zhǎng)，在油、水介質(zhì)中一般可達(dá)12年或更長(zhǎng)，在化工介質(zhì)中一般能工作半年以上； (3)摩擦功率消耗小，其摩擦功率僅為軟填料 密封的10%50%； (4) 軸或者軸套基本上不磨損； (5) 維修周期長(zhǎng)，端面磨損后可自動(dòng)補(bǔ)償，一般情況下不需經(jīng)常性

8、維修； (6) 抗振動(dòng)性好，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)不太“敏感” (7) 適用范圍廣，機(jī)械密封能用于高溫、低溫、高壓、真空、不同旋轉(zhuǎn)頻率，以及各種腐蝕介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。 2、機(jī)械密封的缺點(diǎn) 機(jī)械密封與填料密封相比缺點(diǎn)如下： (1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制造加工要求較高； (2)安裝與更換比較麻煩，要求工人有一定的技術(shù)水平； (3)發(fā)生偶然性事故時(shí)，處理較困難； (4)價(jià)格高； 3、波紋管機(jī)械密封的優(yōu)點(diǎn) 波紋管機(jī)械密封原理與彈簧式機(jī)械密封原理基本相同，所不同的是，波紋管機(jī)械密封比彈簧式機(jī)械密封有更突出的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)為： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)，靜止環(huán)具有浮動(dòng)性；可以更好的防止抽空；旋轉(zhuǎn)環(huán)易于更換、修復(fù)；

9、結(jié)構(gòu)緊湊，抗震力強(qiáng)，承受作用力均勻，穩(wěn)定性好； 旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)法蘭連接、動(dòng)泄漏點(diǎn)少。 三、機(jī)械密封的安裝方法 1、安裝前對(duì)密封的檢查 無論是新?lián)Q的機(jī)械密封，還是修復(fù)的密封，在安裝前均需仔細(xì)檢查以下各項(xiàng)：檢查所有的部件，部件須干凈無垢，尤其是動(dòng)靜環(huán)的密封面；檢查密封的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，傳動(dòng)銷及彈簧銷等均動(dòng)作自如；檢查轉(zhuǎn)動(dòng)部件的定位螺絲，定位螺絲應(yīng)松緊自如，舊的應(yīng)更換；根據(jù)密封安裝圖仔細(xì)檢查全部輔助密封圈的厚度，厚度不合適將會(huì)影響密封的正確定位及施加于密封面上的彈簧載荷；檢查所有的旋轉(zhuǎn)部件與軸（或軸套）配合適當(dāng)；檢查動(dòng)靜環(huán)密封面，不能有任何刻痕或劃傷，任何一點(diǎn)細(xì)微的損傷都有可能造成密封面泄漏。 2、安裝

10、機(jī)械密封運(yùn)行的好壞及壽命的長(zhǎng)短較大程度上取決于設(shè)備自身的條件，因此在安裝機(jī)械密封時(shí)，仔細(xì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查將會(huì)降低密封失效的可能及維修的費(fèi)用。安裝時(shí)一定要注意下面幾項(xiàng)： (1)安裝機(jī)械密封部位的軸或軸套的技術(shù)要求應(yīng)按下表所規(guī)定： 類別 軸徑（mm） 徑向跳動(dòng)（mm） 表面粗糙度（Ra） 外徑尺寸公差 軸向跳動(dòng) (mm) 泵用 1050 0.04 1.6 h6 簧銷等均動(dòng)作自如；檢查轉(zhuǎn)動(dòng)部件的定位螺絲，定位螺絲應(yīng)松緊自如，舊的應(yīng)更換；根據(jù)密封安裝圖仔細(xì)檢查全部輔助密封圈的厚度，厚度不合適將會(huì)影響密封的正確定位及施加于密封面上的彈簧載荷；檢查所有的旋轉(zhuǎn)部件與軸（或軸套）配合適當(dāng)；檢查動(dòng)靜環(huán)密封面，不能

11、有任何刻痕或劃傷，任何一點(diǎn)細(xì)微的損傷都有可能造成密封面泄漏。 2、安裝 機(jī)械密封運(yùn)行的好壞及壽命的長(zhǎng)短較大程度上取決于設(shè)備自身的條件，因此在安裝機(jī)械密封時(shí)，仔細(xì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查將會(huì)降低密封失效的可能及維修的費(fèi)用。安裝時(shí)一定要注意下面幾項(xiàng)： (1)安裝機(jī)械密封部位的軸或軸套的技術(shù)要求應(yīng)按下表所規(guī)定： 類別 軸徑（mm） 徑向跳動(dòng)（mm） 表面粗糙度（Ra） 外徑尺寸公差 軸向跳動(dòng) (mm) 泵用 1050 0.04 1.6 h6 0.01 50120 0.06 (2)安裝靜環(huán)輔助圈的端蓋（或殼體）孔的端部及表面粗糙度應(yīng)按下表及圖的規(guī)定： (3)殼體與密封端結(jié)合的定位端面對(duì)軸（或軸套）表面的跳動(dòng)公差

12、按下表規(guī)定： 類別 軸徑（mm） 跳動(dòng)公差（mm） 泵用 1650 0.04 55120 0.06 （4）密封零件、軸表面、密封腔體必須清洗干凈，并保證密封液管路暢通。 （5）密封安裝時(shí)，軸表面、磨擦副工作端面應(yīng)涂以低粘度潤(rùn)滑油。 （6）機(jī)械密封的彈簧旋向(主要指使用一只大彈簧且承受扭力的情況)應(yīng)與泵軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，以使之越旋越緊 。 （7）密封壓蓋擰緊時(shí)應(yīng)對(duì)稱上緊，防止壓蓋 類別 軸徑（mm） C(mm) 泵用 1016 1.5 20 16-48 2 4875 2.5 75-120 3 偏斜，同時(shí)保證壓蓋墊子和泵體的良好接觸。 （8）機(jī)械密封安裝完畢后，用手盤動(dòng)聯(lián)軸器看軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否輕松，若盤

13、不動(dòng)或很吃力，則應(yīng)檢查有關(guān)裝配尺寸是否正確。 3、安裝有機(jī)械密封裝置的設(shè)備的啟動(dòng)、操作和使用 正確的操作和使用對(duì)于機(jī)械密封的壽命影響也至關(guān)重要，一般說來，以下注意事故適用于大多數(shù)機(jī)械密封的正確使用。 (1) 大多數(shù)機(jī)械密封設(shè)計(jì)時(shí)都是考慮在液態(tài)的環(huán)境中工作，因此開車以前密封面就必須浸在液體之中，干運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)嚴(yán)重破壞密封面，影響密封的使用和壽命。當(dāng)然點(diǎn)動(dòng)設(shè)備確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向不會(huì)破壞密封，但全速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備的機(jī)械密封必須工作在液體當(dāng)中。 (2) 與設(shè)備相連的管道系統(tǒng)也必須清理干凈，該系統(tǒng)的雜物如不及時(shí)清理干凈，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后，雜物有可能進(jìn)入密封中，從而影響密封的壽命。新設(shè)備密封的提前失效大多數(shù)是由于這種原因造成的

14、。因此新設(shè)備開車前在進(jìn)口設(shè)置過濾器很有必要。 (3) 打開冷卻或沖洗系統(tǒng)，無論設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)，最好不要切斷冷卻或沖洗系統(tǒng)，尤其是在設(shè)備輸送的是熱的介質(zhì)或介質(zhì)冷卻后有可能結(jié)晶的情況下。 (4) 對(duì)于新安裝的設(shè)備，在第一次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，開始有可能發(fā)生輕微的泄漏，這是正?，F(xiàn)象，隨著密封的磨合，泄漏量會(huì)減少直至停止泄漏。但如果持續(xù)時(shí)間的泄漏，說明輔助密封系統(tǒng)有可能損壞或是密封面破壞。 (5) 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的好壞也是影響密封壽命的一 個(gè)關(guān)鍵因素。泵的汽蝕不但影響泵的性能，也會(huì)對(duì)密封產(chǎn)生不利的影響。汽蝕會(huì)造成軸的不正常振動(dòng)和擺動(dòng)，使軸承損壞，密封腔也會(huì)過熱，從而破壞密封面之間形成的液膜，最終導(dǎo)致密封失效。 四、機(jī)械密

15、封的泄漏分析及檢修 1、機(jī)械密封的檢修 機(jī)械密封的檢修無須特別的工具和材料，一般來說檢修機(jī)械密封須備有如下工具和材料： (1)白布和軟紙：在機(jī)械密封的檢修和安裝過程中，干凈是一個(gè)最基本的也是最關(guān)鍵的條件，檢修機(jī)械密封時(shí)，一般不允許帶手套作業(yè)。 (2)干凈的潤(rùn)滑油：為了安裝密封的方便，所有與軸或軸套接觸的部件，安裝時(shí)最好也涂上少量的潤(rùn)滑油。 (3)緊固定位螺絲用的內(nèi)六角扳手。一般機(jī)構(gòu)密封用的定位螺絲均為不銹鋼材質(zhì)，不合適的工具有可能損壞螺絲，從而不能很好地緊固動(dòng)環(huán)，所以必須準(zhǔn)備專用工具。 2、泄漏原因分析及判斷 隨著工業(yè)企業(yè)流程化、自動(dòng)化水平的不斷提高，設(shè)備穩(wěn)定性、可靠性顯得尤為重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)60

16、機(jī)械設(shè)備非計(jì)劃停車事故與密封故障造成泄漏有直接聯(lián)系，密封性能已成為評(píng)定機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。機(jī)械密封種類繁多，型號(hào)各異，但泄漏點(diǎn)主要有五處：（a）軸套與軸間的密封；（b）動(dòng)環(huán)與軸套間的密封；（c）動(dòng)、靜環(huán)間密封；（d）對(duì)靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封；（e）密封端蓋與泵體間的密封。 一般來說，軸套外伸的軸、密封端蓋與泵體間的泄漏比較容易發(fā)現(xiàn)和解決，但需細(xì)致觀察，特別是當(dāng)工作介質(zhì)為液化氣體或高壓、有毒有害氣體時(shí)，相對(duì)困難些。其余的泄漏直觀上很難辨別和判斷，須在長(zhǎng)期管理、維修實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)泄漏癥狀進(jìn)行觀察、分析、研究判斷，才能得出正確結(jié)論。以下是幾種常見故障及其分析： (1) 安裝靜試時(shí)泄漏。機(jī)械密

17、封安裝調(diào)試好后，一般要進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，觀察泄漏量。如泄漏量較小，多為動(dòng)環(huán)或靜環(huán)密封圈存在問題；泄漏量較大時(shí)，則表明動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間存在問題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎(chǔ)上，再手動(dòng)盤車觀察，若泄漏量無明顯變化則靜、動(dòng)環(huán)密封圈有問題；如盤車時(shí)泄漏量有明顯變化則可斷定是動(dòng)、靜環(huán)摩擦副存在問題；如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射，則動(dòng)環(huán)密封圈存在問題居多，泄漏介質(zhì)向四周噴射或從水冷卻孔中漏出，則多為靜環(huán)密封圈失效。此外，泄漏通道也可同時(shí)存在，但一般有主次區(qū)別，只要觀察細(xì)致，熟悉結(jié)構(gòu)，一定能正確判斷。 (2) 試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的泄漏。泵用機(jī)械密封經(jīng)過靜試后，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，會(huì)抑制介質(zhì)的泄漏。因此，試運(yùn)轉(zhuǎn)

18、時(shí)機(jī)械密封泄漏在排除軸間及端蓋密封失效后，基本上都是由于動(dòng)、靜環(huán)摩擦副受破壞所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有： a、操作中，因抽空、氣蝕、憋壓等異?，F(xiàn)象，引起較大的軸向力，使動(dòng)、靜環(huán)接觸面分離； b、對(duì)安裝機(jī)械密封時(shí)壓縮量過大，導(dǎo)致摩擦副端面嚴(yán)重磨損、擦傷； c、動(dòng)環(huán)密封圈過緊，彈簧無法調(diào)整動(dòng)環(huán)的軸向浮動(dòng)量； d、靜環(huán)密封圈過松，當(dāng)動(dòng)環(huán)軸向浮動(dòng)時(shí)，靜環(huán)脫離靜環(huán)座； e、工作介質(zhì)中有顆粒狀物質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)人摩擦副，探傷動(dòng)、靜環(huán)密封端面； f、設(shè)計(jì)選型有誤，密封端面比壓偏低或密封材質(zhì)冷縮性較大等。上述現(xiàn)象在試運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，有時(shí)可以通過適當(dāng)調(diào)整靜環(huán)座予以消除，但多數(shù)需要重新拆裝，更換密封。 (3

19、)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏少數(shù)是因正常磨損或已達(dá)到使用壽命，而大多數(shù)是由于工況變化較大或操作、維護(hù)不當(dāng)引起的。 a、抽空、氣蝕或較長(zhǎng)時(shí)間憋壓，導(dǎo)致密封破壞； b、對(duì)泵實(shí)際輸出量偏小，大量介質(zhì)泵內(nèi)循環(huán)，熱量積聚，引起介質(zhì)氣化，導(dǎo)致密封失效； c、回流量偏大，導(dǎo)致吸人管側(cè)容器（塔、釜、罐、池）底部沉渣泛起，損壞密封； d、對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，重新起動(dòng)時(shí)沒有手動(dòng)盤車，摩擦副因粘連而扯壞密封面； e、介質(zhì)中腐蝕性、聚合性、結(jié)膠性物質(zhì)增多； f、環(huán)境溫度急劇變化； g、工況頻繁變化或調(diào)整； h、突然停電或故障停機(jī)等。離心泵在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，往往會(huì)釀成較大事故或損失，須予

20、以重視并采取有效措施 機(jī)械密封一旦出現(xiàn)故障泄漏時(shí)，不能立即停車檢修，當(dāng)設(shè)備還在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相關(guān)人員就應(yīng)立即到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，仔細(xì)觀察設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，輔助系統(tǒng)的壓力流量，泄漏部位以及設(shè)備振動(dòng)情況等各方面因素，以便于分析失效的原因。 五、結(jié)束語 機(jī)械密封本身是一種較為精密的部件，引起泄漏的元素多，對(duì)零件的加工精度及安裝質(zhì)量都有很高的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械密封泄漏往往是各種因素的集合，因此，要正確分析機(jī)械密封失效的原因并非容易的事。這里只是簡(jiǎn)單介紹了機(jī)械密封在使用過程中比較常見的失效原因。從中可以看出，在使用機(jī)械密封時(shí)，應(yīng)該詳細(xì)分析使用機(jī)械密封的各種因素，按照規(guī)定的使用條件范圍選用機(jī)械密封，才能保證密封