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机械密封常见结构型式简介

作者:杰一 来源: 日期:2017-05-09 12:26:14 人气:63 评论:0

             机械密封常见结构型式简介

  随着科学技术和生产的发展,流体机械和流体工程的应用范围不断扩大,高温密封、纸温密封、超低温、强腐蚀、易燃、易爆、有毒、放射性介质、高压密封、高真空密封以及含各种杂质等悬浮颗粒介质的密封也都应运而生。保证密封的可靠性和使用寿命,是当前密封研究、设计制造、使用等各方面最重要的课题之一。

  密封的功能是阻止泄漏。起密封作用的零部件称为密封件,简称为密封。较复杂的密封,尤其是带有附属系统的,则称为密封装置。

  流体密封包括流体静密封和流体动密封。相对静止结合面(即密封面)间的密封称为静密封;相对运动的结合面的密封称为动密封。对流体机械和流体工程而言,密封是不可缺少的零部件,在众多机器设备中,虽然密封一般只占整个机器较小的比重,但往往直接决定了整台甚至整套设备的安全性、可靠性和耐久性。从而成为评价诸多机械产品质量的一个重要指标。尤其在石化等工业中,输送、处理和储存的流体许多是具有易燃、易爆、腐蚀和有毒类的介质,一旦密封出现故障,甚至失效现象,后果是严重的,轻则影响产品质量、污染环境,危及周围人员的健康,严重时会导致火灾、爆炸、人员伤亡甚至大面积、长时间的生态环境恶化,前苏联切尔诺利核电站核燃料泄漏而造成极为严重的事故,就是教训深刻的事例。

  此外,对于核电站的循环泵,高压聚乙烯中的高压压缩机,聚丙燃中的反应釜等设备,其中的密封则属于决定性的技术。

  密封还直接关系到物质和能源的节约。在全部能源消耗中各种动力机械和流体机械所占的比重最大。而这些机械由于存在着内漏和外漏,致使容积效率往往很低,其损失可达到总功率的10%以上,小型机器甚至出现40~50%的情况。某些密封装置本身的摩擦功率消耗也不小。如活塞环的摩擦损失占整台发动机摩擦损失的2/3。离心叶轮密封消耗的功率可能达到总的轴功率的1/3。至于改进密封,杜绝跑、冒、滴、漏,减少物料损失。则是直接的效益。如炼油厂用的油泵使用填料密封时,每台泵年漏油量约10m3,现推广使用机械密封,年漏油量降至0.1m3以下,以1000台泵计每年节油就近1000m3,若各类流体机械都采用恰当或先进的密封技术,在节约物质和节约能源方面的效益将是十分可观的。

  在流体机械的运行使用中,密封的保养和维修工作,占了相当的比重,对石油化工业而言,密封故障是造成非计划停车的主要原因,据统计,60%以上的非计划停车事件都与密封故障有关。再以机泵为例,流体动密封,流体动密封的维修工作量几乎要占总维修量的50%左右。火箭发动机的故障,有一半以上也是密封故障或失效造成的。从这个意义上而言,可以说密封又是机器、设备最薄弱的环节之一。故此,先进而可靠的密封技术也是自动化连续生产、文明生产所必需保证的重要环节。

    一般的机械密封常采用旋转式,因为补偿机构及轴的结构简单,径向尺寸较小。但在高速条件下,补偿环及其它转动零件产生的离心力影响较大,动平衡要求高,采用静止式较为合适。

  从结构特点看,机械密封型式多种多样,但按组成讲,它主要有以下4个基本单元组成。

  1、密封单元

  即由动环和静环组成的密封端面,这是机械密封的核心。

  2、缓冲补偿单元

  以弹簧为主要元件而组成的缓冲补偿机构,它是维持机械密封正常工作的重要条件。

  3、传动单元

  由轴套、键或固定销钉组成的传动机构,它是实现动环随轴一起旋转的可靠保证,也是实现动密封的前提条件。

  4、辅助密封单元

  由动环密封圈和静环密封圈等元件组成,它是解决密封端面之外的、有泄漏可能的部位之辅助性密封机构,是机械密封不可缺少的组成要素。

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    为了适应不同工作条件的需要,机械密封有多种不同的型式。

1、接触式和非接触式机械密封

  接触式机械端面密封是指密封面微凸体接触的机械密封,密封面间隙h=0.5~1um。普通的机械 密封均属接触式机械密封。非接触式机械端面密封是指密封面微凸体不接触的机械密封,密封面间隙对于流体动压密封h>2um,对于流体静压密封h>5um。当工作间隙发生变化时,其值超过密封面升举点间隙(h>hc,接触间隙),密封面微凸体开始不接触,接触式机械密封就会变成非接触式机械密封,同样的h<hc时非接触式机械密封也会变成接触式机械密封。

  接触式机械密封的摩擦状态是混合摩擦,也有边界摩擦和干摩擦;非接触式机械密封的摩擦状态则是流体润滑,也有弹性流体动力润滑。

  普通的接触式机械密封泄漏量小、结构简单,使用广泛。一般来说,非接触式机械密封泄漏量较大、结构复杂,大多在高参数条件下使用或用作多级密封的前置密封。采用表面改形技术做成的可控间隙非接触式机械密封,可以达到工艺流体零泄漏和零逸出。

  此外,还有平衡比可以调节的半接触式机械密封,根据要求可以由接触式密封转变为非接触式密封或由非接触式密封转变为接触式密封。

2、内装式和外装式机械密封

  静环装在压盖内侧的机械密封称为内装式机械密封:静环装在压盖外侧的机械密封称为外装式机械密封。

  弹簧置于密封流体之内的机械密封称为内置式机械密封;弹簧置于密封流体之外的机械密封称为外置式机械密封。

  内装(内置)式机械密封的弹簧和动环安装在密封箱内与介质接触,可以利用箱内介质压力来密封。其优点是:受力状态好、泄漏量小(因泄漏方向与离心力方向相反),冷却与润滑条件好,使用工作范围广。

外装(外置)式机械密封的弹簧和动环安装在密封箱外不与介质接触,适用于强腐蚀、高粘度、易结晶介质。因泄漏方向与离心力方向相同,泄漏量较大,其使用工作压力较低(1-2b)

3、非平衡式和平衡式机械密封

  面积比B1的机械密封称为非平衡式机械密封;面积比B<1的机械密封称为平衡式机械密封(1-2gh)

  面积比等于密封流体作用的有效面积A2(内装式)A1(外装式)与密封面面积Af之比,即密封流体作用面积大于密封面面积的非平衡式机械密封,其密封端面上的作用力随密封流体压力升高而增大,因此只适用于低压。而在平衡式机械密封中,其密封端茴上的作用力随密封流体压力变化较小,因此它适用于高压。

4、单弹簧式和多弹簧式机械密封

  只有一个集中大弹簧的机械密封称为单弹簧式机械密封;有多个点布小弹簧的机械密封称为多弹簧式机械密封(1-2ij)

  单弹簧式机械密封的端面受力不均匀,而且高速下离心力使弹簧偏移或变形,弹簧力不易调节,轴向尺寸大,因此,它多用于小直径(轴径不大于80mm!1.5mm)、低速密封;多弹簧点布机械密封的端面受力均匀(可经挑选后点布),受离心力影响较小,弹簧力可通过改变弹簧个数来调节,因此,它可用于大直径、高速机械密封。但在腐蚀性介质和有固体颗粒介质的场合下,小弹簧结构会因易腐蚀和堵塞而失效。

5、内流式和外流式机械密封

  密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相反的机械密封称为内流式机械密封;密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相同的机械密封称为外流式机械密封(1-2c1-2d)

  由于内流式密封中离心力不仅能阻止泄漏流体,而且还可以防止固体颗粒进入密封面间,故其泄漏量要比外流式小些。通常内流式机械密封适用于高压,而外流式机械密封的最高压力为1~2MPa

6、弹簧旋转式和弹簧静止式机械密封

  弹性元件随轴旋转的机械密封称为弹簧旋转式机械密封;弹性元件不随轴旋转的机械密封称为弹簧静止式机械密封(1-2ef)

  由于弹簧旋转式机械密封的弹簧转动件受离心力影响,所以不适用于高速密封,但由于结构简单、径向尺寸小,常用于一般机械密封。由于弹簧静止式机械密封的弹簧不受离心力影响,常用于高速机械密封。

7、单密封、双密封及多密封

  只有一对端面摩擦副的密封为单密封(1-2a~j);由两对端面摩擦副组成的密封为双密封(1-2k~l);由两对以上端面摩擦副组成的密封为多端面机械密封(1-2m)

  单密封结构简单,最常用。在单端面机械密封不能满足要求时,则可采用双密封或多密封。

  双密封有轴向双端面机械密封和径向双端面机械密封(2-2n),后者结构布置较前者紧凑。轴向双端面机械密封有背对背或面对面布置的结构(1-2kl)。此外,还有串联布置的双密封(1-2o)

  双密封的特点是两个端面摩擦副之问可充满中间流体一阻塞流体(俗称封气、封油、封水、封液)或缓冲流体。当中间阻塞流体压力大于被密封流体压力( 通常大0.05~0.15MPa)和大气压力时,双密封用作阻塞密封;当中间缓冲流体压力低于被密封流体压力但高于大气压力时,双密封用作串联密封。

  中间环密封属于多端面密封。旋转的中间环密封,可用于高速下降低!" ;不转的中间环密封,用于高压和()高温下减少力变形和()热变形。具有中间环的螺旋槽面密封可用作双向密封。

  此外,还有推环(弹簧加载推环)式机械密封( 1-2a~o)和波纹管密封( 1-2p)

 

 

    标签:机械密封 机械密封原理 机械密封型号
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