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1、2022-8-121机械密封机械密封基础知识讲座基础知识讲座2022-8-122序序 言言 机械密封最早于1885年在英国发明并获得专利，首先获得应用是在20世纪20年代的冷冻机装置上，同时出现了研究和生产机械密封的专业公司（英国的Crane公司、德国的Pacific公司等）。 我国在20世纪60年代才相继出现研究和生产机械密封的专业机构（天津克兰），目前已有四十年历史，在普通机械密封领域技术及产品日趋成熟，大部分地方已能替代进口产品，性能接近国外产品。目前国内具有规模的研究、生产厂家已有十余个，并在高参数密封及新技术方面取得一定突破。 机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力
2、、纺织、环保等诸多领域。 机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式，对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。 2022-8-123目目 录录一、一、机械密封原理机械密封原理二、二、机械密封的基本零件机械密封的基本零件三、三、机械密封的计算机械密封的计算四、四、机械密封用材料机械密封用材料五、五、机械密封辅助系统机械密封辅助系统六、六、机械密封性能的影响因素机械密封性能的影响因素七、七、石化行业典型泵的密封石化行业典型泵的密封八、八、机械密封的安装和使用机械密封的安装和使用九、九、机械密封故障分析机械密封故障分析十、十、补充内容补充内容2
3、022-8-124（一）定义（二）组成（三）密封机理（四）辅助设施（五）机械密封的种类（六）旋转式和静止式机械密封（七）内装式和外装式机械密封（八）内流式和外流式机械密封（九）多弹簧和单弹簧机械密封（十）平衡型和非平衡型机械密封一、机械密封原理一、机械密封原理2022-8-125（十一）补偿机构形式（十二）双端面机械密封（十三）串联式机械密封（十四）波纹管机械密封（十五）集装式机械密封2022-8-126（一）对摩擦副密封环的要求（二）摩擦副匹配要考虑的因素（三）密封端面宽度（四）密封环的主要技术要求（五）摩擦副端面平面度检测（六）密封端面的粗糙度要求（七）动环（旋转环）（八）静环（不旋转）（
4、九）密封环的种类（十）整体式密封环二、机械密封的基本零件二、机械密封的基本零件2022-8-127（十一）组合式（十二）热装式密封环（十三）热装式密封环的过盈值选择（十四）辅助密封圈（十五）传动机构的作用（十六）静环防转方式（十七）机械密封的弹性元件（十八）波纹管种类（十九）焊接金属波纹管密封2022-8-128（一）补偿环的受力状况（二）密封端面中液膜反力的分布情况（三）液膜反力的计算（四）易汽化介质中密封端面间的液膜压力分布（五）膜压系数的影响因素（六）弹簧比压的计算（七）载荷系数K（八）端面比压（九）波纹管的有效作用直径de（十）PV值三、机械密封的计算三、机械密封的计算2022-8-1
5、29（一）摩擦副材料要求（二）制造摩擦副的常用材料（三）碳石墨（四）硬质合金WC（五）SiC陶瓷（六）Al2O3 陶瓷及其它陶瓷介绍（七）表面堆焊硬质合金（八）作摩擦副的金属材料（九）填充聚四氟乙烯（十）辅助密封圈材料要求四、机械密封用材料四、机械密封用材料2022-8-1210（十一）合成橡胶（十二）柔性石墨（也称膨胀石墨）（十三）弹性元件材料（十四）机械密封中基体材料2022-8-1211（一）为什么机械密封要采用辅助系统（二）什么是辅助系统（三）自冲洗的形式（四）循环冲洗（五）注入式冲洗（六）冲洗液进入密封腔的方式（七）冲洗量的确定（八）冲洗量的控制（九）冲洗压力的确定（十）密封腔中的压
6、力确定五、机械密封辅助系统五、机械密封辅助系统2022-8-1212（十一）对冲洗流体的要求（十二）热油泵的冲洗液选择（十三）烷基化装置中浓硫酸的冲洗液的选择（十四）（十四）轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择 （十五）十五）机械密封的冷却方式机械密封的冷却方式 （十六）辅助设施在何种工况下必须选用2022-8-1213（一）安装机封的泵的技术要求（二）安装密封前要了解泵及介质情况（三）机械密封的安装（四）泵的抽空和汽蚀六、机械密封的安装和使用六、机械密封的安装和使用2022-8-1214（一）摩擦痕迹大于端面宽度（二）摩擦痕迹小于端面宽度（三）硬环上无摩擦痕迹（四）石墨端
7、面出现均匀的环状沟纹（五）石墨端面中间产生环状深沟（六）石墨内缘磨损（七）石墨环台阶过早全磨掉（八）石墨环外缘出现缺口（九）石墨环断裂（十）石墨环出现蚀坑七、机械密封故障分析七、机械密封故障分析2022-8-1215（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹（十二）其它故障简介（十三）泵抽空密封失效现象（十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象（十五）密封端面汽化的失效现象（十六）泵振动过大的失效现象（十七）没有冲洗的故障现象（十八）动环选材注意事项2022-8-1216（一）机械密封标准介绍（二）机械密封辅助系统（三）机械密封的安装（四）磁力密封介绍（五）高压机械密封研制八、补充内容八、补充内容2022-8-1
8、217一、机械密封原理一、机械密封原理（一）定义（一）定义（图图1-1）2022-8-1218 机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。（用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设一道阻漏装置。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点，成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。） 在国家有关标准中的定义：由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成,在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作用下，以及辅助密封圈的配合下， 该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。 2022-8-12191、 密封端面：动环、静环摩擦副2、 缓冲补偿机构：由
9、弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、 波片弹簧、波纹管等）构成。（使贴合）3、 辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各 种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等 （二）组成（二）组成2022-8-1220 1、 4个密封点（亦称4个泄漏点，如图1-1）泄漏点1摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持 贴和；（动密封点,两个摩擦副之间有相对转动）泄漏点2 补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封； （静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动）泄漏点3 非补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封； （静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）泄漏点4 压盖与腔体间的密封圈，依靠密封圈的过盈量实现 密封；（静密
10、封点，密封圈与相配合件之间相对静 止）（三）密封机理（三）密封机理2022-8-12213、 原理 通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。由于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补偿，故机械密封比填料密封寿命长。 2、 传动关系轴或轴套紧固螺钉5弹簧座4弹簧3补偿环1压盖防转销8非补偿环62022-8-1222 通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却和润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄漏量，延长使用寿命。应当把它看作机械密封的组成
11、部分。 （四）辅助设施（四）辅助设施2022-8-12231、 按使用条件分类（1）高速密封（ZBJ22-001-88：线速度25100m/s）和普通密封（2）高压和低压密封（3）高温、常温和低温密封（4）泵用、釜用和压缩机用密封（5）耐腐蚀、抗颗粒机械密封2、 通常按结构分类多弹簧、单弹簧密封旋转式、静止式密封外装式、内装式密封外流式、内流式密封（五）机械密封的种类（五）机械密封的种类2022-8-1224（1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。 （由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生不 平衡，而且消耗搅拌功率，所以不能用于高速）（2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。 （用于
12、高速） （六）旋转式和静止式机械密封（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2） 2022-8-12252022-8-1226（七）内装式和外装式机械密封（图（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）2022-8-1227（1） 内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。 （用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合）（2） 外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。 （用于低压、腐蚀性强的场合） 2022-8-1228（一般和内装式、外装式一致） （1）内流式：泄漏方向朝向轴心。（一般密封都采用这 种结构） （2）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大， 只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中
13、用） （八）内流式和外流式机械密封（八）内流式和外流式机械密封2022-8-1229（1）多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均 匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。（2）单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不 均匀）不宜用于高转速的场合。 （九）多弹簧和单弹簧机械密封（九）多弹簧和单弹簧机械密封2022-8-1230（1）平衡型：载荷系数K1.0 （用于高压场合）（2）非平衡型：载荷系数K1.0 （用于普通压力场合） （十）平衡型和非平衡型机械密封（十）平衡型和非平衡型机械密封 2022-8-1231（1）磁力：系统压力较低时用（2）波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧 （
14、3）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管 （十一）补偿机构形式（十一）补偿机构形式2022-8-1232 两套密封面对面或背对背安装在一起。 用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。 两套密封之间形成一个密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的封液介质。 （十二）双端面机械密封（十二）双端面机械密封（图1-4）2022-8-1233 两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低用于高压场合。 （十三）串联式机械密封（十三）串联式机械密封（图1-5）2022-8-1234 去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处
15、，补偿环追随性提高，而且避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。 金属波纹管用于高温介质，聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。 （十四）波纹管机械密封（十四）波纹管机械密封2022-8-1235 将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。安装方便，排除了安装不良的影响。（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测） （十五）集装式机械密封（十五）集装式机械密封（图1-6）2022-8-1236二、机械密封的基本零件二、机械密封的基本零件（一）对摩擦副密封环的要求（一）对摩擦副密封环的要求 摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度上决定了机械密封的性能
16、和寿命。因此，对它有一些基本要求。 （1）足够的强度和刚度 保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损坏，变形小，工作条件波动时影响小。 （2）端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。2022-8-1237 （3）耐热冲击力 高的导热系数，低的线膨胀系数。 （4）较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有 很好的浸润性短时间干摩擦，不损伤端面。 （5）易加工，材料成本低2022-8-1238（1）一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，如 YG6/M106K，只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高时才选用硬对硬。（2）尽量采用内装、内流式结构，防止机械杂质进入密封 端面，减少泄漏量。（3
17、）选导热性良好材料作动环。 以利散热，降低端面温度。（4）环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散 热（导热欠佳的材料，可薄一些）。（5）动环和轴（轴套）间隙A11（0406）以利补偿 静环和轴（轴套）间隙13mm以免摩擦 （二）摩擦副匹配要考虑的因素（二）摩擦副匹配要考虑的因素2022-8-1239（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径窄环外径 0.5，宽环内径窄环内径0.5； （2）泄漏量与摩擦副端面宽度关系不大 （3）窄的端面摩擦热少，温度梯度小，热变形小，磨损均匀； （4）从受力角度出发，窄的端面整体强度和刚度差，易损坏 或变形。因此应综合考虑。对于普通密封，端面宽度推 荐值如
18、下： （三）（三） 密封端面宽度密封端面宽度2022-8-1240 宽系列用于组对性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、工况条件好的场合 窄系列用于组对性能欠佳（如YG6/YG6、YG6/青铜）、饱和蒸气压高、易挥发、颗粒介质，高速机械密封，（对于轻烃介质，在强度够的情况下，取窄系列）。 轴 径16355570100120宽系列2.53.04.05.06.07.0中系列2.02.53.04.05.05.0窄系列1.52.02.02.53.03.02022-8-1241（）平面度0.0009，硬质0.2，软质0.4，表 面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷。（）密封环端面与安装辅助
19、密封圈处的平行度、垂直度按 的级精度要求。（）安装辅助密封圈处粗糙度：3.2，径向尺寸公 差或。 上述要求是对普通机械密封而言，对转速较低的釜用 机械密封可适当放宽标准，对高速机封要求更高。 （四）密封环的主要技术要求（四）密封环的主要技术要求2022-8-1242 平面度0.0009，普通量具无法检测，通常利用光波的干涉效应来检测。（1）光波的干涉效应 根据波动学原理，两波产生干涉的条件是：（a）两波在相遇点振向一致；（b）两波具有相同的频率；（c）两波在相遇点有固定的周相差 。（两个同样的钠光灯 不行，只有用同一光源发出的光设法分成两束，才 满足相干条件） （五）摩擦副端面平面度检测（五）
20、摩擦副端面平面度检测2022-8-1243 满足相干条件的两束光的叠加效果是：在波程差为波长整数倍的地方，光强度加强；在波程差为半个波长的奇数倍的地方，光强度减至零（变暗）。这就是光的干涉原理。 2022-8-1244（2）平面度检测原理 设入射角i=0，e为气膜厚度（即是被检测面上点到平晶的距离），为光波波长，为光的波程差，那么=2e/2当=k时，被检测面上点变暗；=(2k1)/2 ，被检测面上点变亮 ；（其中k=0,1,2,3,4,，k为整数）由以上公式可以得出下面结论： （）相邻两条光带所对应两点的气膜厚度差（高度差）为/2，（对于钠光灯=0.589m，/20.3m）2022-8-124
21、5（）相邻两条光带宽b=/2Sin，（为空气膜倾斜角）（）当e=0时，=/2（半波损失），出现暗条纹； （1）合格光带举例 2022-8-1246（2）平面度检测器（图2-3） 平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系数为1.516的光学玻璃制造。表面平面度0.1m(2级)，0.03m (1级)。光源:钠光灯(=0.589m) 2022-8-1247 密封端面承载能力与表面粗糙度有很大关系，大约有如下关系： （六六）密封端面的粗糙度要求密封端面的粗糙度要求精车磨加工研磨抛光粗糙度3.20.80.40.2承载面积（%）4124095端面比压增加（倍）247.31.50.052022-8-1248
22、由此可以看出，密封端面粗糙度应在0.2以上，否则，端面比压比理论值高的多，结果是高点接触，局部压力很高；由于摩擦副的硬度、刚度的差异，局部高点发热甚至产生裂纹。石墨环表面磨出细微的环状沟纹。泵的振动和动、静环的不同心会加剧这种磨损。被磨掉的颗粒存在于端面中，形成磨粒磨损，磨损加剧，有时在泄漏的介质中可以看到石墨黑浆。 2022-8-1249非补偿动环（只旋转，不能补偿，其后无弹性元件。)补偿动环（既旋转，又作轴向补偿，其后有弹性元件。)（）辅助密封圈受轴向力，轴向、径向都起密封作用，这 种密封方式较为可靠。（）辅助密封圈只受径向力，易产生老化、冷流变形，从 而导致密封失效。（）波纹管：无作轴向
23、补偿的辅助密封圈，因此，浮动 性好，密封圈不易失效。 （七）动环（旋转环）（七）动环（旋转环） 2022-8-1250 非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式：浮装式、托装式、夹固式。 补偿静环（不旋转只补偿）：其辅助密封圈情况和补偿动环基本一致。 （八）静环（八）静环(不旋转不旋转)2022-8-1251 整体式（用同一种材料制造）、组合式（如镶嵌）、表面堆焊、表面喷涂 （九）密封环的种类（九）密封环的种类2022-8-1252（十）整体式密封环（十）整体式密封环 各个部位性能均匀一致，最常用的有：石墨、SiC、钴基硬质合金、镍基硬质合金、NiCr基硬质合金、陶瓷等。2022-8-1
24、253整体环价格高，加工困难，因此出现组合式密封环。组合式包括： （）热装式 （）带密封圈式（无组合应力、无应力变形；开槽、打 孔麻烦，多一泄漏点） （十一）组合式（十一）组合式2022-8-1254优点：结构简单，性能优异，价格较低，运用较多。缺点：（）因过盈接触不均匀，而产生机械变形。 （）两种材料线膨胀系数不一致，当温度变化 时，过盈量变化，会产生应力变形。 （十二）热装式密封环（十二）热装式密封环2022-8-1255=Dp（12）T式中 ：工作温度时的过盈量 ：常温过盈量 Dp：镶嵌直径 1：座线胀系数 2：环的线胀系数 T=工作温度常温（20。C） （YG6：4.5106 1/。C
25、 1Cr18Ni9Ti：16.6106 1/。C 3Cr13：11.5106 1/。C）（1）在满足传递扭矩的情况下，取最小过盈值；（十三）热装式密封环的过盈值选择（十三）热装式密封环的过盈值选择2022-8-1256（2）由上式，当使用温度为300C时，对 YG6/1Cr18Ni9Ti，过盈量为：= Dp（16.64.5）106（30020） =3.4103 Dp （以便记忆）（3）长期放置的镶嵌环，使用前要检查平面度；（4）对大直径、高转速(环座产生离心力)、弹性模量小 的材质(4J42、钛合金)，过盈量可相应大一些。（5）高温200C以上少用热装式结构，否则要核算过 盈量。 2022-8
26、-1257（1）材料要求（）在工作温度下耐介质腐蚀（）足够的弹性（）有一定强度(柔性石墨因强度差，使用场合受到限制)（）耐磨（）易加工、价格低（2）种类（）按材料分：合成橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨等；（）按截面形状分：矩形、V形、楔形、包四氟形等； （十四）辅助密封圈（十四）辅助密封圈2022-8-1258 把轴或轴套的运动方式(旋转)传递给动环，一般是通过键、紧定螺钉、传动螺钉、销、R槽、拨叉、弹簧、波纹管等的组合来传递运动。（1）紧定螺钉（顶丝）传动：在轴表面划凹坑，否则易打 滑失效，特别当直径较大和温度较高时。（2）键台阶传动（3）拨叉传动（一边开槽一边伸爪）（4）并圈弹簧传动（弹簧旋向
27、必须和轴旋向一致）（十五）传动机构的作用（十五）传动机构的作用2022-8-1259（5）销钉传动（6）凸耳传动（7）勾圈弹簧传动（8）波纹管传动（9）螺帽固定2022-8-1260（1）浮装式（可以在轴向、径向设计防转销）（2）托装式(一般小扭矩可不用销，要注意端面垂直度)（3）夹固式(浮动性差，注意端面垂直度)（4）防抽空(前加卡环) （十六十六）静环防转方式静环防转方式 2022-8-1261螺旋压缩弹簧锥形弹簧：轴向尺寸较小碟形弹簧：轴向尺寸小波片弹簧：轴向尺寸小并圈弹簧、带勾弹簧：双功能(弹力、传动)波纹管：三功能(弹力、传动、密封) （十七十七）机械密封的弹性元件机械密封的弹性元件
28、2022-8-1262橡胶波纹管：用于中性介质：水、油，压力、温度都不高 的场合；聚四氟乙烯波纹管：用于腐蚀性介质，酸、碱；金属波纹管：用于高温、高速(追随性好)。 (十八十八)波纹管种类波纹管种类2022-8-1263（1） 制造 采用厚度为0.1-0.2mm的沉淀硬化不锈钢薄带(AM350、0Cr17Ni17Ti、0Cr15Ni17Mo2Al、INCONEL-X-750及Ti合金、Hasterlloy C-276等)冲压成截面为S形的片状环形件，再焊接成型(用微束等离子焊)。 沉淀硬化不锈钢焊接后须经热时效处理，将奥氏体转变为马氏体，并使马氏体中析出金属化合物，沉淀出硬化相，从而获得高强度
29、、较高的塑性及屈强比（S/D0.80.9）。例：AM350 热失效：真空炉850C进行淬火处理，再进行80C的低温处理(制冷剂F12)，以达到增加弹性、稳定尺寸的目的。（十九十九） 焊接金属波纹管密封焊接金属波纹管密封2022-8-1264（2）特点 焊接金属波纹管密封不用会产生较小滑移的辅助密封圈，使用温度范围广：200600C。高速下对轴的振动、振摆适应性强，追随性好。 （3）弹率(即刚度N/mm) k=Et3（d1d2）/2nB3d2/d1 E：工作温度下弹性模量（N/mm2）： AM350： 1.75106(315.6C)、INCONEL：2.14106(26.7C)、1.59106(
30、649C)、17-7PH： 2.0106(21.1C)、Ti： 1.31106(196C)、1.14106(23.9C)、 0.70106(538C)。 2022-8-1265t：波片厚度mmn：波数d1/d2：管子内外径mmB：波纹管片宽（d2d1）/2 公式中未考虑波片断面形状，具有一定误差，实际生产中用弹簧测力计测弹率。 2022-8-1266八、机械密封的安装和使用八、机械密封的安装和使用 据国内某炼油厂的一份密封失效统计数据表明：密封本身问题（镶环不佳14，动环硬度不够9，K太大6，材质不对3，静环垫太紧3，密封面不平2，密封面太窄2）占34.5%。辅助设施问题（没有冲洗23，冲洗管
31、堵塞1，冷却水结垢3）占23.9%。介质及工作条件不好(腐蚀加磨损10，有固体颗粒6，抽空4，密封面结冰4，密封面结晶3,粘度太大2)占25.7%。泵的问题(串轴4，振动大3，压盖垫坏2，密封箱面不平1)占8.8%。安装问题(轴套垫漏5，压缩量小3)占7.1%。后三项属于安装和使用的原因,合计占41.6%。因此,必须认识安装和使用的问题。 2022-8-1267（一）安装机封的泵的技术要求（一）安装机封的泵的技术要求 1 转子部分（1）轴径向跳动0.030.05mm转子径向跳动：叶轮口环0.060.10轴套等部位0.040.06(小直径对小值，大直径对大值)（2）叶轮应找静平衡,在3000r/
32、min工作的叶轮,不平衡量应小于下表规定 叶轮外径mm 200 201300 301400 401500 不平衡量g cm 3 5 8 10 2022-8-1268（3）属于下列情况之一者还需检查转子的动平衡单级泵的叶轮直径超过300mm两级泵的叶轮直径超过250mm允许剩余不平衡量可用下式计算剩余不平衡量：max=635w/n W：轴颈的质量Kg n：泵转速r/min（4）对于弹性柱销式及其他用铸铁制造的联轴器，当直径超过125而总长度超过300mm时也需进行动平衡校验，允许剩余不平衡值仍用上式计算，式中w应为联轴器的质量。2022-8-12692、各部件相对位置公差密封腔与轴的同轴度0.1
33、mm(即轴的径向跳动)密封腔端面与轴的垂直度0.05mm转子的轴向串量0.30mm压盖与密封腔配合止口的同轴度0.1mm3、与电机的同心度电机单独运转时，其振幅不超过0.03mm工作温度下泵与电机的同心度：轴向0.08mm，径向0.10mm立式泵采用的刚性联轴器同心度：轴向 0.04mm,径向0.05mm 4、泵运转时双振恒值最大不超过0.06mm 2022-8-1270（二二）安装密封前要了解泵及介质情况安装密封前要了解泵及介质情况 1、泵型号及结构、支承方式(悬臂或双支承)、转速、转向及泵安装方面的情况。2、泵内介质性质：如粘度、润滑性、汽化压力、腐蚀性以及是否含机械杂质、出现结晶等。3、
34、泵的工作情况：工作温度、进出口压力，密封箱中的压力、温度，采取何种辅助设施，泵运转中的振动，泵是连续还是间断运转等。 了解上述情况后，再检查配备的密封型式、结构参数、零件材料以及辅助设施是否合适。一旦密封失效，对分析原因也是必须的。 2022-8-1271（三）机械密封的安装（三）机械密封的安装 安装步骤 （1）静环装入压盖，并检查端面与压盖定位面平行度（如 图8-1用深度尺测四周l，max-min即为平行度）液态烃 介质：0.02 油类介质：0.04图 8-12022-8-1272（2）动环和传动座的装配（3）机封定位并紧固传动座(定位很重要,要保证压缩到工作 高度)（4）装上带静环的压盖。
35、静环及压盖内孔与轴外圆间隙沿圆 周误差0.1，拧紧压盖螺栓，四周均匀用力,偏斜度 0.04。（5）盘车检查压盖、静环与轴是否有摩擦，感觉应均匀， 轻快（6）安装辅助设施（7）打开泵入口阀，引入介质试静压，检查密封性。再缓慢 盘车逐渐加快，一方面检查泄漏情况，另一方面排出密 封腔中气体（很重要），最后等待开车。 2022-8-1273（四）泵的抽空和汽蚀（四）泵的抽空和汽蚀 抽空：泵启动前没灌泵、进空气、液体不满或介质大量汽化，这种情况下，泵出口压力近于零或接近泵入口压力，泵内压力降低。这叫抽空。抽空会让泵内接触零件和机械摩擦副发生干摩擦或半干摩擦，加剧磨损或零件移位而损坏泵及密封。汽蚀：正在运
36、转中的泵，由于泵内各点压力及温度的差异，介质中溶解的气体溢出或介质组分的局部汽化，同时在另外某些处又不断溶解和凝聚，导致泵内产生高速、高压、高频的水力冲击，这叫汽蚀。汽蚀使泵发出噪音，泵体振动，出口压力大幅波动，严重时损坏泵的某些零件：如叶片出现麻点或蜂窝状，叶轮耐磨环磨损或脱落，叶轮锁紧螺母松动，甚至断轴，抱轴等，机封发生失效及至损坏。 2022-8-1274防抽空和汽蚀办法：1、从工艺操作上减少（从稳定工艺操作条件入手）泵的吸入管径应适当加大并尽量减少阻力损失；灌注高度要足够；吸入管路应防止气体的留存；一旦出现气体要能返回塔器，为此在进泵前需加一气体返塔的管线。从工艺操作上,温度宜取下限，
37、压力宜取上限，塔底液面不可过低，泵的流量要适中，尽量减小压力和温度出样较大变化。对入口压力是负压的备用泵入口阀门应关闭。影响压力、温度的因素很多，单纯通过工艺操作避免抽空和汽蚀是不可能的。2、注入式冲洗是解决汽蚀和抽空的有效措施2022-8-12753、从机械密封结构入手 从密封结构无法避免汽蚀的产生，但可以减少汽蚀对密封的危害。 减少摩擦热，密封面直径尽量小，宽度尽量窄；选材要有好的自润滑性能和低的摩擦系数。静环采用夹固式或增加限位压板。采用平衡型机封（降PV值降摩擦热，动环限位等）或用其他限位方式。 2022-8-1276九、机械密封故障分析九、机械密封故障分析 （一）摩擦痕迹大于端面宽度
38、（一）摩擦痕迹大于端面宽度 1、泵运转时振动太大（使动环运转中产生径向和轴向振 摆，液膜厚度变化大，有时密封面被推开，造成泄漏量 增大）。 2、窄环与轴不同心（静环压盖止口间隙太大，因自重下 沉）。 2022-8-1277（二）摩擦痕迹小于端面宽度（二）摩擦痕迹小于端面宽度 1、窄环内缘高，外缘低，端面间隙呈收敛形 液膜压力增大，P比减小，造成泄漏（如果润滑条件好， 长期不易跑和至正常）。2、窄环外缘高，内缘低，端面间隙呈喇叭形，液膜压力 减小，P比增大（如果润滑条件好，较快跑和，可用， 但润滑条件差，会加剧磨损，很快失效）。 3、摩擦痕迹不连续，或局部接触，有时出现大半圆（俗 称马蹄形）产生
39、泄漏（硬环不平，有可能是热应力变 形）。 2022-8-1278（三）硬环上无摩擦痕迹（三）硬环上无摩擦痕迹 1、传动装置和轴（或轴套）打滑（如顶丝在高温下松动）2、端面未贴和，安装失误3、镶嵌环在高温下松脱 2022-8-1279（四）石墨端面出现均匀的环状沟纹（四）石墨端面出现均匀的环状沟纹 1、端面液膜汽化，介质工作温度高，摩擦热产生汽化。2、端面高温使浸树脂石墨性能下降。3、非平衡型机械密封，K大，PV值高，大量摩擦热产生汽化。4、介质润滑性不良（液态烃、热水）。5、抽空和汽蚀，引起干摩擦或半干摩擦，使沟纹深一些 2022-8-1280（五）石墨端面中间产生环状深沟（五）石墨端面中间产
40、生环状深沟 端面过热过载（易发生在温度较高的柴油泵非平衡机械密封上），石墨撕裂附在硬环上磨损石墨，发生粘着磨损。 2022-8-12812022-8-1282（六）石墨内缘磨损（六）石墨内缘磨损 高温泵密封，压盖通冷却水，高温下冷却水结垢，磨掉石墨内缘，同时动环堵塞，无补偿性。（改用软化水或低压水蒸气） 2022-8-1283（七）石墨环台阶过早全磨掉（七）石墨环台阶过早全磨掉 1、介质润滑性差（如丁烯等），非平衡型机械密封， 无冲洗、冷却。 2、石墨质量差，质地粗，不耐磨。 2022-8-1284（八）石墨环外缘出现缺口（八）石墨环外缘出现缺口 冲洗量过大，冲洗孔正对着石墨，石墨环被冲蚀出现
41、缺口。 2022-8-1285（九）石墨环断裂（九）石墨环断裂 1、轻烃类介质 直径较大，没有冲洗等辅助设施，PV值大，摩擦热不易散失，密封面间汽化，使石墨环温度升高。因石墨传热好，使辅助密封圈升温膨胀（PTFE），挤压力大。同时密封端面附近存在膨胀热应力。二力作用，使石墨断裂。 2、平衡型密封，由于安装失误，轴套台阶顶住动环台阶，轴向力太大，造成石墨断裂。 2022-8-12862022-8-1287（十十）石墨环出现蚀坑石墨环出现蚀坑(大小不等大小不等15mm，形状不规则形状不规则) 多发生在高粘度介质（如100左右的渣油）泵上，因表面受挤压应力，同时又处于滑动状态。石墨表面内部受剪切应力
42、。粘度越大，摩擦力越大，剪切应力越大，当超过石墨强度时，表面发生剥落，表现出来就出现蚀坑。 2022-8-1288（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹 2022-8-1289 密封面上有环状沟纹是由于密封表面汽化的结果（密封腔中仍为液态），那么，表面灼伤，产生热裂纹则是密封腔中液体已经汽化或抽空，即摩擦副属于干或半干摩擦，表面温度急剧升高，摩擦副过热，一旦液体重新出现，摩擦副被急剧冷却，产生很大的温度应力。对于导热性好和强度高的材料（如WC），出现擦亮和变色的痕迹。有时在密封表面出现裂纹，对导热性差，强度低的材料（堆焊）表面出现径向裂纹。 无论哪中材料在环表面都会出现环
43、状沟纹。 2022-8-1290（十二）其他故障简介（十二）其他故障简介 1、镶嵌环松脱 在高温泵（或PV值高的场合）镶嵌环易松脱产生泄漏。如介质为重油、渣油等，环与座之间有油渍，但磨损小（因润滑性好），如介质是汽油，液态轻，环与座之间有磨损，但无油渍。2、辅助密封圈失效方式（1）如图，镶嵌环松脱，端面磨损。（2）4FV圈唇部卷边（密封腔汽蚀产生。） （3）4F由白色变成灰黄色，两件粘在一起；橡胶出现龟裂 粘在密封环上。（泵抽空，密封面干摩擦所致）。（4）仅仅靠径向密封的密封圈，使用过程中，橡胶老化失 弹，4F冷流变形，失去过盈量造成泄漏。 2022-8-12912022-8-12923、传动
44、机构失效 密封的传动件常常是紧定螺钉，传动螺钉，传动销，凸缘，拔叉，甚至是单只大弹簧，造成他们的失效常常是：（1）高温使其松动；（2）泵的汽蚀或非补偿环安装倾斜,造成振动冲击磨损；（3）端面比压过高或频繁大幅波动；（4）组对不当（易咬合）使摩擦系数高，润滑性不好；（5）开、停车频繁或受力过大。 2022-8-12934、弹簧断裂（1）设计不当（弹簧指数过小，c=D/d应4（58）、 材料缺陷、制造不良、疲劳裂纹扩展造成。（2）应力，腐蚀断裂。（3）过载断裂。5、轴套（靠补偿环密封圈处）出现麻坑（1）泵内介质汽蚀（2）非补偿环安装倾斜。这两种原因会导致振动，密封 圈轴向振动频率过高使轴套产生麻坑
45、。 2022-8-12946、焊接金属波纹管故障（1）高温失弹，高压破裂 （2）波片之间结焦、积碳，堵塞失弹（不能用于结焦、积 碳和有结晶析出的泵中） （3）外装式弹率小，打开端面 2022-8-1295（十三）泵抽空密封失效现象（十三）泵抽空密封失效现象 泵抽空是指叶轮内发生汽蚀或泵内没有液体，以及漏进气体或液体汽化。此时，密封处于干或半干摩擦状态。1、石墨环表面出现可目测的环状沟纹2、硬环（堆焊或喷涂）表面出现径向裂纹3、硬环（WC）出现环状沟纹，有时出现径向裂纹或断裂4、辅助密封圈变质（橡胶老化，龟裂、4F变灰黄色，严重 时两件粘接在一起） 5、热装式环脱落 2022-8-1296（十四
46、）密封腔中汽蚀，密封失效现象（十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象 密封腔汽蚀指在机封周围产生激烈的水力震荡，带动密封件发生迅速的轴向往复运动，使密封遭到严重破坏，比泵抽空要严重得多。其失效现象，包括泵抽空产生的现象，另外，还有以下现象：1、静环离位或防转销打弯2、4F-V圈唇部卷边3、动环被抽到传动座中卡住，弹簧失去作用。4、摩擦副中脆性材料（如SiC）因敲击出现片状剥落 2022-8-1297（十五）密封端面汽化的失效现象（十五）密封端面汽化的失效现象 端面汽化是由于PV值过高，或高温泵没有辅助设施，或冲洗中断（过滤网堵塞），以及高温泵冷却夹套水结垢，冷却能力下降，泵入口压力下降引起密封腔中压
47、力下降，在轻烃泵中轻组分的含量增加都可能产生端面汽化。密封腔中仍充满液体没有发生汽蚀，也没有发生泵的抽空，其失效现象是：1、石墨环端面有均匀细小的环状沟纹2、硬环、堆焊也出现沟纹3、WC环表面有局部擦亮，在热水和轻烃介质中有时也出现 沟纹 4、硬环表面粘结小块石墨，该小快石墨将石墨环表面磨出 深沟。 2022-8-1298（十六）泵振动过大的失效现象（十六）泵振动过大的失效现象 泵振动过大没有明显失效现象，但对密封的可靠性和使用寿命有很大的影响，其程度取决于振动的程度。1、密封工作不稳定，有时两端面打开（尤其是平衡型机 封），泄漏量大，缩短使用寿命。2、机械杂质易进入端面，加剧磨损。3、摩擦痕
48、迹大于端面宽度。4、轴套和辅圈磨损加快。5、传动机构易损坏失效。 2022-8-1299（十七）没有冲洗的故障现象（十七）没有冲洗的故障现象 1、摩擦热不能及时导走，摩擦副温度高，密封端面易汽化， 工作不稳定，易失效；2、密封腔机械杂质易进入端面，端面出现沟纹而失效；3、泵叶轮内汽蚀或泵抽空时，易损伤密封；4、密封腔少量汽化时，很易发展成汽蚀，使密封严重损坏 （如果有注入式冲洗，可以避免）；5、弹簧周围淤积杂质，堵塞失弹；6、有些备用泵长期不运行，密封腔内淤塞，致使盘车不动。 2022-8-12100（十八）动环选材注意事项（十八）动环选材注意事项 1、导热系数高于静环（动环有转动热），有利于热量散失， 否则端面温度高，使用寿命短；2、在腐蚀很小场合，尽量不用喷涂陶瓷（导热性差，易产生裂纹），特别在液态烃中禁止使用；3、在没有冲洗的密封中，尽量不选堆焊及耐磨性低的材料，因为表面易出现沟纹，使用寿命短；4、高温泵冲洗不佳密封，尽量不用热装环，即使用，选线膨胀系数一致的材料；5、钴基WC在酸性介质中， 耐蚀性差而寿命短；6、直径较大的密封（90），由凸缘传动的动环不用WC，改用石墨或SiC（磨损小）。