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,特別是針對現(xiàn)代工藝流程中比較

2、普遍的、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, 對軸 (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:單端面和雙端面;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

3、面密封(Mechanical Seal ,是旋轉(zhuǎn)軸用動密封。 機(jī)械密封性能可靠,泄漏量小,使用壽命長,功耗低,毋須經(jīng)常維修,且能適應(yīng)于生產(chǎn)過程自動化和高溫、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)械密封是靠一對或幾對垂直于軸作相對 滑動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。它是由動環(huán) 6(旋轉(zhuǎn)環(huán) 、靜環(huán) 10、傳動加荷 的裝置(1彈簧座、 3彈簧、 4傳動銷和動、靜密封圈組成。由于一個(gè)密封面是動的,另一個(gè)密封面是靜止不動的,因此將這類機(jī)械密

4、封又稱為動態(tài)密 封。機(jī)械密封的雖種類繁多,型號各異,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,實(shí)際上仍然是一個(gè)相對靜密封。因此, 這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。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 備彈性元件功能的橡膠、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結(jié)構(gòu)。 (5動環(huán)與靜環(huán)的端面彼此貼合作相對滑動的動密封,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。

5、因此,對密封端面的加工要求很高,同時(shí)為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜,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)定的潤滑液膜,會加速端面的磨損;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?，F(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

6、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?？傮w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,自潤滑性好; (3 配對材料的磨合性好,無過大的磨損和對偶腐蝕; (4 耐 磨性好, 壽命長; (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

7、 密度小。 但環(huán)境不同,選材不同,我們選擇機(jī)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,在油、水介質(zhì)中一般可達(dá) 12年或更長,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

8、長,端面磨損后可自動補(bǔ)償,一般情況下不需經(jīng)常性維修; (6 抗振動性好,對旋轉(zhuǎn)軸的振動不太“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)簡單,安裝方便,適應(yīng)性強(qiáng),靜止環(huán)具有浮動性;可以更

9、好的 防止抽空;旋轉(zhuǎn)環(huán)易于更換、修復(fù); 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、動泄漏點(diǎn)少。 三、機(jī)械密 封的安裝方法 1、安裝前對密封的檢查 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,尤其是動靜環(huán)的密封面;檢查密封的轉(zhuǎn)動部件,傳動銷及彈簧銷等均動作自如;檢查轉(zhuǎn)動部件的定位螺絲,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 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);檢查動靜環(huán)密封面,不能有任何刻痕或劃傷,任何 一點(diǎn)

10、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)對設(shè)備進(jìn)行檢查將會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(mm 表面粗糙度(Ra 外徑尺寸公差 軸向跳動 (mm 泵用 10 50 0.04 1.6 h6 簧銷等均動作自如;檢查轉(zhuǎn)動部件的定位螺絲,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

11、套配合適當(dāng);檢查動靜環(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 機(jī)械密封運(yùn)行的好壞及壽命的長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)對設(shè)備進(jìn)行檢查將會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(mm 表面粗糙度(Ra 外徑尺寸公差 軸向跳動 (mm 泵用 10 50 0.04 1.6 h6 0.01 50 120 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 面對軸

12、(或軸套表面的跳動公差按下表規(guī)定:類別 軸徑(mm 跳動公差(mm 泵用 16 50 0.04 55 120 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)對稱上緊, 防止壓蓋 類別 軸徑 (mm C(mm 泵用 10 16 1.5 20 16-48 2 48 75 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,用手盤動聯(lián)軸器看軸

13、轉(zhuǎn)動是否輕松,若盤不動或很吃力,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、操作和使用 正確的操作和使用對于機(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 嚴(yán)重破壞密封面,影響密封的使用和壽命。當(dāng)然點(diǎn)動設(shè)備確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)向不會破壞密封,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

14、多數(shù)是由于這種原因造成的。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, 也會對密封產(chǎn)生不利的影響。 汽蝕會造成軸的不正常振動和擺動, 使軸承損壞, 密封腔也會過熱,從而破壞密封面之間形

15、成的液膜,最終導(dǎo)致密封失效。 四、機(jī)械密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、自動化水平的不斷提高,設(shè)

16、備穩(wěn)定性、可靠性顯得尤為重要。據(jù)統(tǒng)計(jì) 60%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,型號各異,但泄漏點(diǎn)主要有五處:(a 軸套與軸間的密封; (b 動環(huán)與軸套間的密封; (c 動、靜環(huán)間密封; (d 對靜環(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),相對困難些。其余的泄漏直觀上很難辨別和判斷,須在長期管理、維修實(shí)踐的基礎(chǔ)上,對泄漏癥狀進(jìn)行觀察、分析、研究判斷,才能得出正確 結(jié)論。以

17、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,多為動環(huán)或 靜環(huán)密封圈存在問題;泄漏量較大時(shí),則表明動、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,再手動盤車觀察,若泄漏量無 明顯變化則靜、動環(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、靜環(huán)摩擦副存在問題;如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射,則動環(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

18、,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,會抑制介質(zhì)的泄漏。因此,試運(yùn)轉(zhuǎn)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、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、靜環(huán)接觸面分離; b 、對安裝機(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 、動環(huán) 密封圈過緊,彈簧無法調(diào)整動環(huán)的軸向浮動量; d 、靜環(huán)密封圈過松,當(dāng)動環(huán)軸向浮動時(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、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

19、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、氣蝕或較長時(shí)間憋壓,導(dǎo)致密封破壞; b 、對泵實(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 、對較長時(shí)間 停運(yùn),重新起動時(shí)沒有手動盤車,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

20、 、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),往往會釀成較大事故或損失,須予以重視并采取有效 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,才能保證密封長周期穩(wěn)定、可靠 地運(yùn)轉(zhuǎn)。由于接觸密封的時(shí)間不長,同時(shí)限于本人的知