机械密封原理与结构范文

导语：如何才能写好一篇机械密封原理与结构，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】机械 水泵 密封 渗漏

1 机械密封的原理及其优缺点

1.1 机械密封的原理

机械密封主要是依靠2个或者更多个与轴保持90度并且进行相对滑动的端面，因为在流体压力及补偿机构弹性的作用，两者保持贴合状态，以此达到密封效果。该装置主要包括静止环、旋转环、弹性元件、密封圈等。

1.2 优缺点

水泵机械密封与其他密封相比，各有优缺点，本文以软填料为例对二者进行对比。

（1）机械密封的优点包括以下几个方面：①密封稳定可靠，在长时间运行过程中，密封状态相对稳定可靠，泄露量处于可控范围内。一般来说，泄漏量大约是1/100。②使用寿命长，尤其是在水、油类介质中，可以长达两年时间的使用寿命。③摩擦功率的消耗非常小，其摩擦功率和软填料密封相比较来说，仅占其30%左右。④轴、轴套受到的磨损可以忽略不计。⑤维修周期长，其主要部件端面遭受磨损，可以进行自动补偿，正常情况下是无需经常性的维修。⑥抗振性好，包括旋转轴、偏摆、偏斜等具有很好的抗振性。⑦适用范围比较广泛，可以广泛应用于低温、高温、真空、高压、腐蚀性介质等密封环境。

（2）机械密封的缺点包括以下几个方面：①结构相对比较复杂，在制造环节需要更高的加工条件。②安装和更换的难度较大，对工人的要求较高。③容易出现偶然性事故，处理难度较大。④需要一次性投入较多资金。

2 周期性机械密封渗漏

（1）水泵机械水泵转子轴向窜动量非常大。在水泵实际运行时，假如出现轴向窜动，会对水泵机械密封性造成一定程度的影响。因为辅助机械密封和轴选择的是过盈配合的方式，导致动环无法在轴线上进行灵活移动。如果水泵机械翻转，导致静环和动环之间产生磨损，无法得到位移补偿，使得水泵轴向产生位移，导致密封机械端面压力得以较快的增长，其中一端动环被压坏，另外压力不足而失去效果。对水泵机械密封进行装配过程中，确保辅助密封和轴的配合保持适中，轴向窜动量处于恰当的范围。确保机械密封的基础上，能够完成动环在轴线上保持灵活移动。机械结构方面能够把水泵机械自身的波形弹簧调整成螺旋弹簧式机械密封，此结构一方面能够使得机械密封满足一定的补偿要求；另一方面由于选择的是大弹簧结构方式，如果轴向压缩比非常大，弹簧自身力的变化有限，以此抵消因为轴向窜动而产生的不利影响。

（2）小型潜污水泵产生的机械渗漏。在一部分小型水泵机械中，经常由于磨轴等情况而出现失效。磨轴部位集中于动环辅助密封处的动环与静环，因为端面选择的是机械密封方式，环境中的颗粒与杂质非常容易导致密封渗漏情况。此外，因为磨轴选择的是橡胶波纹材质，动环与静环之间进行转矩传递过程中因为较差的状态而导致相对转动的情况。如果受到弱酸、弱碱等腐蚀环境，弹性降低会产生磨轴的情况。所以，必须要确保端盖与油室一定的清洁度，按照介质对机械密封进行选取。

（3）机械密封面油不足而导致机械密封出现渗漏，这种情况下，必须要把油腔内的油的油量高度提升至动环与静环之间的密封面。

3 压力造成的渗漏

（1）因为水温升高而引发渗漏，如果水温升高至一定温度，以污水温度为例，可以升高到至80℃。因为机械密封是利用自身流体的密封方式，一些是选择波弹簧进行补偿。基于结构的角度来说比较紧凑，而且轴向安装尺寸非常短。正是由于轴向尺寸较短，而导致温度变化起伏较大，温度升高非常迅速。因为密封结构非常薄，水环境中难免存在杂质，温度如果超过80℃，会导致密封结构失效而导致渗漏。以上情况下，尽量从材料选择方面着手，选择耐高温材质，还可以把应用的机械密封材料调整成耐高温耐高压的碳化硅材料。

（2）因为高压而引发渗漏。如果弹簧压力不断变大，会导致油膜无法形成的情况，继而产生机械密封端面被严重磨损，发热量变大导致机械密封变形。因为高温、高压等环境都会导致油不足，进而造成机械密封渗漏，油腔内油高度超过动环与静环之间的密封面高度，此时，水泵机械密封进行装配过程中，要注意弹簧压缩量要适中。

（3）真空运行而导致机械密封泄漏。水泵机械无论是启动或者是停止，因为水泵机械进口处容易产生堵塞，一部分气体会不可避免地混入抽送的介质，导致水泵机械密封腔内部产生负压强，造成水泵机械密封面长时间处于干摩擦的情况。工程上来说，实际上两个端面均能够用机械密封的方式，以此改善水泵机械的条件，大大提升水泵机械的密封性能。

4 介质造成的渗漏

如果介质中存在一些颗粒或杂质等，在其渗入到水泵机械密封面时，导致水泵机械密封渗漏失去作用。如果动环与静环之间的辅助密封处于弱酸、弱碱等介质环境中，因为其产生的腐蚀作用而使得密封失效。为了防止产生以上情况，必须要确保水泵机械密封各端盖与油室保持一定的清洁度，以及在实际装配时严禁使用任何不清洁的油。此外，水泵机械密封腔内的油线必须超出密封面。如果介质不同，必须要选择不同的机械密封方式。比如，针对腐蚀性介质环境，耐高温与耐酸碱材质可能更适用，如果是针对固体颗粒易渗透的区域，可以选择摩擦副机械密封。

5 结语

总而言之，本文对机械密封渗漏原因进行总结，因为机械密封自身属于要求高、精密度高的部件，因此，对于设计、加工、装配等的要求比较高，在实际应用过程中，对机械密封失效的影响因素进行分析，确保机械密封的技术要求、使用介质等符合条件，以此确保密封长期稳定。

参考文献：

[1]冯修燕.机械密封新技术和新材料在石化行业中的应用[J].科技与企业，2013（21）.

[2]李运辉.泵用机械密封泄露原因及双螺杆泵机械密封泄露的解决对策[J].江西建材，2013（05）.

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关键词：机械密封 潜水泥浆泵 端面开槽 CFD

1前言

矿用潜水泥浆泵是水下输送磨蚀性固液混合物离心泵的一种，是泥浆泵和潜水电机技术相结合的机电一体化产品，广泛地应用于矿山、冶金、电厂等各个领域，矿山泥浆砂石泵送是各种介质泵送工况要求最为恶劣，过流件磨损快，腐蚀性强，频繁地故障会影响生产而造成的经济损失非常严重。近年来，国内矿山行业迅速发展，响应环境保护的迫切需要，绿色矿山建设成为未来发展的一种趋势。矿山生产、生活污水沉淀处理是矿山环境保护的重要项目之一，而潜水泥浆泵作为输送清理泥浆设备，根据国内外专家意见，这种泵型在提高泵送效率、降低能耗以及改善环境保护的最有发展前途和最进步的方向之一。

潜水泥浆泵作为沉淀泥浆泵送的主要设备，不仅要求其高耐磨、稳定高效，机械密封也更是其关键，它是水泵的心脏，必须可靠性高，保证无故障长期运行。潜水泥浆泵是在水下工作，一旦失效，外部介质或油室中的油便会进入电机腔，引起潜水电机故障，甚至影响人身安全。此新型机械密封应用在矿用潜水泥浆泵在使用的安全性、运行可靠性以及提高无故障运行时间，有必要对其机械密封进行结构分析，研究其技术的先进性。

2 机械密封的结构及其原理

2.1机械密封的结构

在矿用潜水泥浆泵中使用的是整体式机械密封，将内机封和外机封装配成为一个单元，主要由静密封环、动密封环、密封圈、支架、弹簧、等构成。机械密封在潜水泥浆泵中分为上下两个端面密封：上密封在油室与电机之间，下密封在泵壳与油室之间，都由一个静环和一个旋转的动环组成，上下两个密封的分界面由弹簧系统和支架相连接，图1为机械密封结构示意图。

2.2机械密封的原理：

机械密封旋转工作时，由密封室内流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以充分，获得更长期密封效果。

多年以来，从现场采集整理地使用情况来看，这种新型的机械密封相对于同类泵型的机械密封有着更明显的性能优势：

（1）适用范围更广。机械密封可以在高温、低温、高压、强磨蚀的环境下工作。

（2） 密封性更好。机械密封在正常工作使用中，端面处可以达到“零泄露”，比其他密封状态更稳定。

（3）寿命长。机械密封设计使用寿命3年以上，常规机械机械密封的使用寿命一般1到2年。

2.3机械密封的材质

泵送介质中含有大量固体颗粒，密封面的材质需要极好的抗腐蚀性和耐磨性，动、静环端面材料选用碳化钨，它具有高硬度、摩擦系数小、强度高、耐腐蚀等等优良的综合性能，如下3机械密封的密封面

传统的机械密封的端面为两个平行的光滑平面，端面开槽技术就是通过在密封端面上开出各种形式的凹槽来改善端面间的和密封状况，从而改善机械密封的密封状态。矿用潜水泥浆泵中使用的机械密封端面开有螺旋流槽，图2为密封端面示意图。若动环外径侧为油室被密封液体，内径侧为低压流体，当动环以图示方向旋转时，在螺旋槽流体动压效应的作用下， 动静环端面之间产生一层厚度极薄的流体膜（ 图3中h1，h2） ， 使动静环端面保持分离即非接触状态。端面开设的螺旋槽既可以产生泵送效应，又可以抵抗压力梯度，在外径与内径压力差的作用下，被密封液体产生方向由外到内的压差流，而螺旋槽的流体动压效应所产生的粘性剪切流的方向由内径指向外径，两者的方向相反，最终得以平衡。

3.1机械密封端面性能参数

机械密封端面按着一元流动进行计算，一元流动的雷若方程：

根据上式，如果设h为常数，粘度也为常数，在内径侧，膜厚h==常数；在外径侧，膜厚h==常数，对上式积分，压力梯度也为常量，即压力按三角形分布，最大压力位于转折处，显然这两个区域的压力梯度为：

和

当密封假设为无限宽时，无轴向流动，其各处的流量必定不变，在单位时间宽度内的流量为：

将前式的压力梯度代入上式，经整理后可得：

设K=，可得到最大压力为：

在单位宽度内的承载能力就是三角形面积之和

经整理得：

3.2 机械密封端面仿真研究

FLUENT是目前运用最广泛地CFD仿真软件之一，具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，对密封端面进行动力学可视化分析，仿真了密封端面压力分布云图，颜色的变化展示了密封面压力的变化，如图4：

4 机械密封发展趋势：

（1）工业技术不断创新 新技术、新理论、新材料、新工艺不断创新发展，失效机理、失效分析和失效监控更加深入地研究和应用，要求使之快速转换成实用性、高性能、高参数的密封产品。

（2）密封系统完善 从以往地单一密封零部件，发展到整个密封系统，并制定了新的密封系统标准。

（3）高效安全和环保性 随着工业技术不断地发展，环境保护地日益关注，人们对机械密封安全高效要求更加严格，过去从只注意眼睛可视的“泄露”，不注意易挥发物的“逸出”，发展到现今控制逸出零，从“零泄漏”到要求“零逸出”。

参考文献：

1. 张景松.流体机械：流体力学与流体机械【M】.徐州：中国矿业大学出版社，2001.11

2. 顾永泉.机械密封实用技术【M】.北京：机械工业出版社，2001.7

3. 彭旭东，杨慧霞，于恒聚.机械密封的新技术及其应用【J】.石油化工设备技术，2001，22（1）：62～66

4. 李梦君，李浙昆，熊勇等.基于FLUENT滑移网格的浮选离心叶片泵内流场的CFD分析【J】.科学技术与工程，2011，11（23）：5664～5668

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关键词：螺杆式冷冻机组　机械密封　泄漏　技术改造

一、引言

亚洲硅业（青海）有限公司2008年6月安装了4台JYSLG25FZ型螺杆式冷冻盐水机组，主要作用是将质量浓度约21%的氯化钙水溶液通过螺杆机组冷却为-20℃，再将-20℃的氯化钙盐水循环打入合成和精馏工序的换热设备，用于生产系统换热设备的制冷剂。自投用以来，螺杆压缩机机械密封曾多次发生油、R22泄漏故障。虽经多次检修，更换新的机械密封部件，但效果甚微。该机械密封频繁故障，不但损耗了大量油和R22，增加了检修费用，而且还给整个生产装置的安全稳定运行带来了很大的隐患。我们通过对造成机械密封泄漏的原因进行分析，提出并采取针对性的改进措施，从根本上解决了机械密封泄漏问题，确保了机组长周期安全运行。

二、机组的结构、及工作原理及工作过程

1.螺杆式制冷式压缩机组包括

螺杆式制冷压缩机、气路系统、油路系统和控制系统，这些设备（除启动柜之外）装在同一公共底座上，构成机组。螺杆式制冷压缩机主要由机体、转子、滑阀、轴封和联轴器五个部分组成。为了机械密封摩擦副端面，机械密封油采用油，由油站供油。

2.工作原理

螺杆式制冷压缩机的机体内装有两只互相啮合的平行转子——阳转子和阴转子。当两转子转动时，两转子的齿部相互插入到对方的齿槽内，随着转子的旋转，插入的长度越来越大，容纳气体槽的容积越来越小，从而达到压缩气体制冷剂的目的。为使压缩机正常工作，需要向压缩机内喷油，向压缩机工作腔喷油，可以起到密封和冷却的作用；轴承、轴封、平衡活塞的工作也需要提供油。

3.工作过程

3.1吸气过程

气体经过吸气孔口分别进入阴阳螺杆的齿间容积，随着两个齿间容积各自不断扩大，当其达到最大值时，齿间容积与吸气孔口断开，吸气过程结束。阳转子每旋转一周，压缩机完成四个吸气、压缩、排气过程。

3.2压缩过程

转子继续回转，“V”型的齿间容积对，因齿的相互侵入，其容积逐渐缩小，从而实现气体的压缩过程。

3.3排气过程

在齿间容积与排气孔口连通后，由于转子回转时容积的不断缩小，将压缩的气体送至排气管。

4.压缩机的主要技术参数为

制冷剂：R22；名义工况：-26/38℃；吸气压力，-0.06～2MPa；进气温度，-10～45℃；排气压力，≤1.5MPa；排气温度，≤70℃；制冷量：920KW;主电机转速，2960r/min；额定功率，500kW;主电机电压，10KV；油压力，-0.12～1.5MPa。

三、机械密封泄漏原因分析

2010年7月，我们对螺杆压缩机进行了解体检查，轴封为机械式密封，机械密封的冷却及均由高压油来完成，进入的油压力比排气压力高0.15～0.30MPa.由于机械密封是在较高的压力区工作，所用摩擦材料具有足够的刚性和强度，静环选用耐压强度较高的碳化硅，动环选用石墨制成，它的弹性模数较大，其密封口端面经研磨和抛光加工，可达较高的光洁度。动、静环密封圈为O型环，材料为氯醇橡胶。经检测，动、静环及密封圈也没有损坏，故机械密封泄漏与其结构、材质选用无关。

为了保证机械密封面的良好贴合，需要保持一定的端面比压；但该端面比压又不能太高或过低，太高会使机械密封磨损加剧，过低又会使密封面开启失效。一般情况下机械密封推荐的端面比压值[1]为:一般介质，0.3～0.6MPa；低粘度介质，0.2～0.4MPa；高粘度介质，0.4～0.7Mpa。

经过计算，螺杆压缩机机械密封密封端面比压为0.35Mpa。因对于粘度大的油端面比压取值在0.4～0.7MPa比较适合，而本压缩机的机械密封实际端面比压值偏小，故在运行过程中，机械密封的密封面可能会开启，失去密封能力，造成油泄漏。故认为机械密封泄漏的主要原因是端面比压太小造成的。

四、改进措施

根据查得，内装内流旋转式平衡型机械密封端面比压计算公式：P b= P t +（k-λ）P1，及K=d22-d02/ d22-d12得知：要增加机械密封端面比压值，提高密封性能的有效途径最有效的方案是增大弹簧比压P t和增加机械密封静环端面载荷系数。要增大弹簧比压需要改动机械密封动环弹簧座，比较不合理，因此在机械密封原结构基础上，其它尺寸不变，增加原静环密封端面的有效面积，是增大载荷系数进而增加端面比压的有效手段。改进前该机械密封结构参数为:机械密封动环密封面外径90mm。静环密封面外径91.2mm，密封面内径81.3mm。

1.扩大静环内径，增大机械密封端面比压

通过对机械密封静环密封面内径进行车削将内经扩大1mm,静环密封端面内径由81.6mm扩大到82.6mm，其它尺寸未变。经计算，机械密封内径车削后的载荷系数K=0.91，λ=0.6，弹簧比压P t选0.2MPa，代入公式P b=P t+（k-λ）P 1计算，机械密封端面比压P b=0.63MPa，螺杆压缩机端机械密封端面比压满足密封油所要求端面比压推荐值0.4～0.7MPa，符合密封要求。

2.校核PV值

为了使机械密封达到长期安全运转的目的，还要求密封副的工作PV值小于许用[PV]值。由于该机组机械密封摩擦副采用的材质为碳石墨—碳化硅，查文献《实用机械密封技术问答》手册可知，该机械密封的许用[PV]值为180MPa·m/s，经计算得机械密封端面平均速度12.56m/s。PV值校核：端面比压与平均速度的乘积(端面比压出口端的P为1.5 MP)，计算得到PV值为18.84MPa.m/s。

由上述计算结果可知，端面比压与平均速度的乘积在许用的[PV]值区间内，符合要求。

五、改进后的运行效果

自2010年7月，对螺杆压缩机的机械密封的静环进行车削改进投用后，机械密封效果良好无泄漏，投入运行后运转至今，运转状况良好，保证了压缩机安全运行，累计正常运行时间超过2年，至今未发生泄漏，密封效果非常好。仅配件和安装方面的经济效益就非常著。这种方法对解决工况相似的设备泄漏问题，有一定的参考价值。

参考文献

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【关键词】 机械密封 工作原理 安装及使用 渗漏原因

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

机械密封由主要部件（动环和静环）、辅助密封件（密封圈）、弹力补偿机构（弹簧、推环）、传动件（弹簧座、键或螺钉）等组成，其使用效果与填料密封相比有明显的优势，因此广泛应用于各种机械设备的密封中。

1 机械密封的工作原理

1.1 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。从而防止流体泄漏。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。

摩擦副密封环（动环和静环）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和寿命。因此，对它有一些基本要求：

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；端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命；耐热冲击力。高的导热系数，低的线膨胀系数；较小的摩擦系数，良好的自性，材料与介质有很好的浸润性短时间干摩擦，不损伤端面；易加工，材料成本低。

2 机械密封与填料密封

2.1 机械密封与填料密封对比

机械密封的优点：密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；使用寿命长在油、水类介质中一般可达1～2年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上；摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；轴或轴套基本上不受摩损；维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；抗振性好对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。

机械密封的缺点：结构较复杂，对制造加工以及材料要求高；安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平；发生偶然性事故时，处理较困难；一次性投资高。

3 机械密封的安装方法及使用要求

机械密封是属于较高精度的机械部件，对其正确的安装与操作对它的使用寿命有很大的影响，安装及使用要求如下：

机械密封安装方法：先装左边部分；装到密封板上；然后装右面动环，动环跟静环的密封面要干净；再装平键和叶轮.上好垫片和螺母。

使用要求：设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米；设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密封部位；在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦付破损而密封失效；安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装；安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求；安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性；安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉；设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效。

4 机械密封的渗漏原因

机械密封的密封效果好，但并不是没有渗漏现象存在，机械密封渗漏的比例占全部维修泵的50%以上，机械密封的运行好坏直接影响到水泵的正常运行。

4.1 周期性渗漏

泵转子轴向窜动量大，辅助密封与轴的过盈量大，动环不能在轴上灵活移动。在泵翻转，动、静环磨损后，得不到补偿位移。密封面油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡，汽蚀或轴承损坏（磨损），这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。

4.2 压力产生的渗漏

高压和压力波造成的机械密封渗漏由于弹簧比压力及总比压设计过大和密封腔内压力超过3MPa时，会使密封端面比压过大，液膜难以形成，密封端面磨损严重，发热量增多，造成密封面热变形。

4.3 介质引起的渗漏

（1）大多数潜污泵机械密封拆解后，静环和动环的辅助密封件无弹性，有的已经腐烂，造成了机封的大量渗漏甚至有磨轴的现象。由于高温、污水中的弱酸、弱碱对静环和动环辅助橡胶密封件的腐蚀作用，造成了机械渗漏过大，动、静环橡胶密封圈材料为丁腈―40，不耐高温，不耐酸碱，当污水为酸性碱性时易腐蚀。（2）固体颗粒杂质引起的机械密封渗漏如果固体颗粒进入密封端面，将会划伤或加快密封端面的磨损，水垢和油污在轴（套）表面的堆积速度超过摩擦副的磨损速度，致使动环不能补偿磨耗位移，硬对硬摩擦副的运转寿命要比硬对石墨摩擦副的长，因为固体颗粒会嵌入石墨密封环的密封面内。

4.4 影响密封效果的外部因素分析

（1）机械加工精度不够；（2）振动偏大。

4.5 其他问题引起的渗漏

机械密封中还存在设计、选择、安装等不够合理的地方。

（1）弹簧压缩量一定要按规定进行，不允许有过大或过小的现象，误差±2mm，压缩量过大增加端面比压，摩擦热量过多，造成密封面热变形和加速端面磨损，压缩量过小动静环端面比压不足，则不能密封。

（2）安装动环密封圈的轴（或轴套）端面及安装静环密封圈的密封压盖（或壳体）的端面应倒角并修光，以免装配时碰伤动静环密封圈。

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【关键词】机械密封密封面材料结构腐蚀性磨损

在石油化工企业中，机械密封在流体机械和动力机械中必须的零件部分，它在机械当中的使用是必不可少的，对机器、设备等的安全性能有很大的影响。

一、新型机械密封的结构

机械密封以其密封性能好、性能可靠、泄露小、使用周期长等优点，在化工机泵中有着广泛的应用，并在不断的发展中会成为了很多机械设备的关键元件。在石化工业当中，机械密封广泛的应用于各种旋转设备当中。随着科学技术的不断发展，机械密封的制造技术也越来越成熟，出现了例如波纹管型、窄环刃边型等新型机械密封结构。

1.1波纹管型机械密封

弹性元件、辅的密封材料、转矩传动共同组成了波纹管这种密封元件，所以这种类型的密封元件不同于传统的密封元件，它的使用是对弹簧和辅助密封的节省，减少密封元件。目前这类机械密封元件市场上有成型金属波纹管和焊接金属波纹管两类机械密封。

1.2窄环刃边型机械密封

这种密封元件在结构上的特点主要就是在将动环的密封面进行窄处理形成很窄的刃边密封，这种密封元件的宽度控制在0.5毫米至0.6毫米之间，密封元件的平衡比控制在0.5以内，由于这种新型的密封元件的密封面足够窄，这样就保证了杂质不易进入，即使有杂质进入了密封元件内刀刃也能够将其切断后排除到外面。这种类型的密封元件还能够避免密封元件出现径向变形，具有抗高压的作用、很好的冷却效果。

1.3集装式机械密封装置

这种密封式是传统的机械密封发展而来形成的新型密封形式，它将轴套、密封端盖融合在一起，和普通的机械密封元件相比它具有以下的特点：（1）传统的机械密封元件在装置上只有机封本身，但是这种机械密封却是将轴套和端盖等融为一体的装置，通过在端面上进行预调可以不断的进行密封装置的完善。（2）普通、传统的机械密封在安装上任何一个环节出现问题都要进行拆除后重新进行安装，这样就导致机械密封的安装时间长、费用高，并且装置的质量也是没有办法保证的。但是集装式机械密封在出厂前已经由专业人员进行了安装，同时已经进行了出厂试验的检测，所以这样的装置不仅保证了装置安装的时间也保证了装置的质量。集装式的机械密封只需要简单的安装就能够正常的应用于石油化工泵中。（3）集装式的密封装置可以根据客户的实际需要进行冷却、冲洗等借口的扩展，同时还能够和机械的相关辅助设备相连接。（4）这种密封装置比压在出厂前已经进行了调整，完全符合机械的运营需求，所以质量和性能上是能够保障的。（5）这种密封装置是比较方便运输，在运输的过程中不容易出现损坏等。

二、造成机械密封失效的原因

2.1机封失去弹性或者机封出现断裂而导致的密封失效

波纹管机封在使用时间长后，密封件的刚度和弹性都会随着时间而降低，也就是出现了失弹的现象。波纹管机封实际应用结果表明当失弹率超过20%的时候机械密封就会失效，从而导致机械出现泄漏。波纹管机械密封在使用的过程中还发现当使用温度高于300摄氏度的时候，机械密封就会出现失弹的现象，而将这些失弹的密封元件拆除进行测量后，测量结果显示波纹管的组件高度减少2至3毫米。如果从机械密封失效的原理上来看，这种密封失效的原因主要是密封元件的永久性变形或者是应力上的松弛，还有就是波纹管的缝隙中出现晶体的沉淀，这些主要就是高温和载荷。

如果在高温条件下，在加上接触的比压增大的时候，高温和载荷二者共同作用将会使机封出现断裂的现象，温度和载荷越大，断裂的可能性就越高。

2.2机封中石墨环的磨损严重而引起的密封失效

石墨环的过度磨损引起的密封失效是比较严重的，波纹管的有效直径对机封的断面作用，引起比压的变化，为一个能够发挥有效作用的机封件直径是需要根据压力的变化而进行调整的，波纹管在收到大量外部压力的作用下，有效直径就会在压力的作用下而变小；但是当波纹管受到的压力是内压时，有效直径是随着压力的增大而增大的，压力不断的加大，就会使得摩擦副过度的摩擦，这样出现的石墨环过度摩擦也就会引起密封失效。

2.3因为硬质合金环出现表面的热裂而引起的密封失效

机封的长期使用就可能在硬质合金环上出现从硬面中心不断向外发散的粗细不一的裂纹，这些都是由于热裂原因造成的密封失效。所以分析失效的原因主要就是进行热裂原因的分析，局部的热应力是导致热裂现象的最主要的原因，硬质合金环和环座这两种材料的膨胀系数是有差别的，不管是采用堆焊的结构，还是采用整体的结构，密封冲洗液的类型、密封冲洗的方式、冲洗液的流量这些都是引起机封端面热裂的原因。

2.4由于密封垫的失效而引起的密封失效

辅助的密封元件在确保密封效果的时候是非常重要的，其中动静环的密封垫片的损坏是引起密封失效的关键原因。这些密封垫的损坏主要是因为在密封垫的安装过程当中由于工作的失误而导致的密封垫的损坏，轴套的锥形铝垫，一种情况下在安装的过程当中密封垫的螺栓力受力不够均匀，密封垫由于变形紧密的和轴贴合在一起；另外一种情况是高温的长期作用，密封垫出现老化的情况。

三、提高化工机泵机械密封性能的措施

3.1机械密封结构的选取

一般的情况下，现在应用的结构主要有内装式和外装式、内流式和外流式、旋转式和静止式、单弹簧式和多弹簧式、单端面和双端面、非平衡式和平衡式六种分类，其都有和自己相适应的场合。例如大多数机泵密封的结构都采取内装端面型，这种结构是比较简单的，在生产上是比较容易的，在强腐蚀性、颗粒性的介质中是都适合的。它在压力低和介质危险的等级低的的情况下适用。

高性能的机械密封体和内装端面结构的机械密封体在适用范围上正好是互补的，例如高速的离心泵，出口压力和离心转速都是比较大的，所以机械密封就被设计成了内流型、静止型等，这样就和高速运转的需求相适应。在设计机械密封装置的时候一是采取在静环处放置弹簧的手段，一种是采取内流型的设计。这些措施都是保证机械密封装置平稳运行的有效措施。

随着科技的发展，密封技术也在不断的进步着，一些新技术的诞生为石化企业的发展带去了新的生机和动力。将某化工厂氨泵作为本次研究的例子，在连接方式上采用的是两级机串联的方式进行的，一级结构是波纹管密封式，二级为BW气体密封式，其锥形块轴承（见图1）的形成是基于热变形带来的波浪面，这样就导致通过前缘的流体较多，通过后缘离开的流体就比较少了，于是流体的压力就形成于静止面和旋转面之间，流体能够让静止面和旋转面相互分离，也就达到了密封的作用。

3.2密封材料的选取

机械密封面是有一定的精度的，而它的精度是由密封面的材料决定的，所以要想保障机械密封的使用我们必须保证好密封材料，做到密封面材料和所要求的精度相匹配：（1）密封面硬材料如何选用：现代应用的比较广泛的硬材料主要分为四种：第一：金属材料：包括模具钢、铸铁等，金属材料主要适用于油类液体，负荷要求比较低的，现在的密封面中金属材料已经应用的不多了。第二：工程陶瓷类：负荷等级要求中等，在海水和药液的密封中应用的比较多，这种材料的耐腐蚀性很强，但是不耐热，现在碳化硅已经逐渐的代替了工业陶瓷，并且在酸泵上的使用已经是比较成熟的了。第三：硬质合金材料：这种材料的主要特点是韧性高、耐腐蚀性强，现在已经成为了最受欢迎的密封面材料。第四：新型陶瓷材料：现在广泛应用的新型陶瓷材料主要有碳化硅，它在硬度上可以和金刚石相媲美，同时还有很强的耐腐蚀性，同时还能在极高的温度下保持优点。（2）密封面软材料如何选用：在机械密封中应用的最多的软材料是石墨，石墨有很好的性、成本低、化学稳定性强等特点，在使用的时候一般都会根据不同的场合需求对石墨进行热固性树脂的浸渍。聚四氟乙烯中添加石墨粉、玻璃纤维等材料能够对其性能进行改善，同时还保持了耐腐蚀性能，同时软性材料还有工程塑料。在密封面软材料的选用上需要根据实际情况进行，选取适合机械类型和生产需要的材料。

3.3改造机封的冷却水系统

将原本能力不足的热换器进行技术上的革新，将热面积进行扩大。将冷却水的管线进行重新配置，改变原有冷却水循环量不足的现象，不断的提高冷却效果。在冷水冲洗管上安置上节流阀，进行冲洗量和压力的监控，防止冲洗的水量问题引起的不良后果。同时，进行了冷却水系统的改造完成后，要进行冷却系统的正确维护。

四、总结

本文的研究可以总结为以下几个方面：（1）通过对现在使用的比较广泛的新型机械密封装置进行了详细的分类，并指出这些密封装置在密封方面的优势。（2）本文主要是将波纹管的密封元件作为研究的重点对象，通过分析引起密封失效的各种原因，最后指出了如何进行密封性能的提高。（3）机械密封性能的提高可以从密封装置的结构上，密封元件的材料选取上入手，选取合适性能好的密封装置是确保机械密封稳定性的关键。

化工机泵的机械密封要想做更好，应该更加注重密封装置的改进，从各个影响因素下手，不断的进行技术和材料的革新。

参考文献

[1]靳克峰.泵用机械密封运行可靠性分析.天津大学. 2008年6月

[2]李勇.关于化工机泵机械密封的应用的探讨.中国石油和化工标准与质量. 2010年

[3]孙学武.化工机泵机械密封的应用.装置与设备. 2005年第8期

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[关键词]电厂水泵 机械密封 故障原因 处理方法

中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0049-01

机械密封是水泵重要的密封形式，这种密封形式具有安全可靠的优点，与传统填料密封的形式相比，机械密封出现的渗漏量比较少，而且维护的周期也比较长，机械密封也有一定的缺点，其结构比较复杂，在安装的过程中，对精度要求比较高，所以，技术人员必须严谨认真，保证安装的精准性。本文对电厂水泵机械密封常见的故障以及故障产生的原因进行了分析，还提出了处理的方法，希望对相关技术人员有所帮助，在今后的维护工作中，避免出现以换代修的维护方式，提高水泵运行的经济效益。

一、机械密封概述

机械密封也被称为端面密封，其运行的过程中，需要借助弹簧以及密封介质，密封介质产生的压力会使旋转的动环以及静环在接触的过程中，产生较大的压紧力，使这两个端面更加贴合，端面之间还需要布置一层薄膜，是为了防止两个端面在挤压的过程中出现损坏，由于密封介质的压力会产生一定阻力，这一阻力可以防止水泵中液体的泄漏，达到密封的效果。端面间的薄膜还具有的作用，其可以延长动环与静环使用的年限。机械密封的基本结构图如图1所示，其主要的密封件是静环与动环，辅助密封件是密封圈，用于压紧的部件是弹簧以及推环，传动件是弹簧座与固定螺钉。

机械密封的基本结构形式主要有3种，分别是单弹簧机械密封、多弹簧机械密封、波纹管机械密封，前两种密封形式主要是借助弹簧的工作原理，弹簧在高速状态性容易发生形变，所以，这两种机械密封需要在低速的状态下使用。波纹管机械密封最大的特点是可以在静环出现磨损后，动环可以继续向前运动，这种机械密封形式不容易受到摩阻的影响，但是波纹管机械密封出现的渗漏量比较大，具有较大的安全隐患，在发现渗漏问题后，必须立即采取措施进行维修。

二、机械密封常见的故障现象、产生的原因以及处理措施

1、故障现象

水泵机械密封常见的故障形式主要有：振动发热、杂音、周期性泄漏、经常性泄漏、严重泄漏、停用后重新开启时泄漏以及摩擦端面磨损较大等等。由于出现的故障现象比较多，所以，在处理的过程中具有一定难度，需要针对原因找出最佳的处理措施。

2、产生的原因

水泵出现振动发热的原因主要有：端面宽度较大、端面比压过大、动静环面过于粗糙、摩擦副配对不当、冷却效果较差或者效果较差。在水泵运行的过程中，密封有时会发出尖啸声，这主要是由于密封处液不足导致的。出现周期性泄漏可能是由于转子轴向窜动量过大，动环来不及补偿位移，或者转子存在周期性振动，泵本身操作不平稳，密封腔内压力不够稳定。经常性泄漏出现的原因主要是泵轴振动较大，密封定位不准，摩擦副未贴紧，摩擦表面存在损伤，摩擦面凹凸不平，弹簧力偏心或者端盖存在偏移等。出现严重泄漏主要是因为摩擦副损伤断裂、固定环出现转动、介质出现结晶现象、弹簧断开等。有时水泵停用后重新开动也会出现泄漏，这主要是因为在摩擦面产生了水垢，弹簧间存在介质结晶，动环卡住。摩擦副表面摩损过大主要是因为弹簧力过大，端面比压较大，密封介质不清洁或者弹簧压缩量过大等等。

3、处理方法

减小端面宽度、降低弹簧压力降低端面比压，提高端面光洁度、更换动静环、合理配对，加强冷却措施、改善条件，增加旁路冲洗管线；扩大管径增加流量，调整轴向窜动量，稳定泵的操作压力，排除振动，停车检修，解决轴的窜动问题，调整定位，更换或研磨摩擦面，检查或更换密封面，调整或更换弹簧，调整端盖紧固螺钉与轴垂直，检查更换动、静环，更换密封圈固定静环，检查弹簧力和止推环是否卡住，更换摩擦副，停泵检查，更换弹簧或换防转销，清洗密封件，更换弹簧，加过滤装置，调整弹簧。

三、机械密封安装拆卸应注意问题

1、安装时注意事项：

1.1机械密封产品一般附有说明书和装配图。在开始安装前要通读一遍。

1.2检查填函孔及端面是否清洁并无毛刺，除掉轴或轴套上以及键槽和螺纹上的毛刺和毛边；带伤的轴或轴套应更换。

1.3要注意避免安装中所产生的安装偏差

（1）上紧压盖应在联轴器找正后进行，螺栓应均匀上支.防止压盖端面偏斜.用塞尺检查各点，其误差不大于0.05毫米。（2）检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙（即同心度），四周要均匀.用塞尺检查各点偏差不大于0.01毫米。

1.4使用多小弹簧机械密封时，应检查各个小弹簧的长短和刚性是否相同。弹簧压缩量要按规定进行.不允许有过大或过小现象。要求误差不大于2.00毫米。过大会增加端面比压。加速速端面磨损。过小会造成比压不足而不能起到密封作用。

1.5动环安装后要保证能在轴上灵活移动，将动环压向弹簧后应能自动弹回来。

1.6调整端面比压.端面比压是关系到密封性能及使用寿命的重要参数，它与密封的结构型式、弹簧大小和介质压力有关。端面比压过大将损坏摩擦副；比压过小则易泄漏，往往由厂家给定一个适合的范围，端面比压一般取3―6kg・N/cm2。调整比压就是调整弹簧的压缩尺寸。弹簧压缩量一定要按规定进行.不允许有过大或过小现象，误差为≤±2mm。

1.7在泵组装前，应擦净密封面并涂一层油膜。为防止静电吸附棉线.用干净的手指涂油最佳。

2、拆卸时注意事项

2.1拆卸机械密封时要仔细，不允许用工具敲打密封元件，以防止密封件被损坏。

2.2如果在泵两端都用机械密封时，在装配、拆卸过程中互相照顾。防止顾此失彼。

2.3尽可能把轴上残留的渣滓清除以利于拆装，如因有污垢拆不下来时不能强行拆卸，应清洗干净后再进行拆卸。

2.4有些单位的检修维护人员在处理机械密封故障时还存在着一些误区，比如，认为弹簧压缩量越大密封效果越好。弹簧压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，瞬间烧损。过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。

四、结束语

机械密封是当今流体机械广泛采用的密封型式之一，特别在泵类机械中得到大量的应用。比较填料密封有许多优点，例如节省动力、密封可靠等，所以能用机械密封的地方应尽量采用。但当机械密封出现泄漏及其他问题时，拆装起来比填料密封麻烦得多，遇到这种情况，它不但显示不出优点，反而成了缺点。所以必须掌握机械密封相关的安装、维护知识，正确判断机械密封出现故障的原因。合理做好机械密封的安装与维修工作。延长机械密封使用寿命，减少设备运行中出现的跑、冒、滴 、漏现象，对降低消耗，提高经济效益作用是十分明显的。

参考文献

[1] 郝木明，胡丹梅，刘学勤.零泄漏上游泵送机械密封特性分析及设计[J]. 化工机械. 2003（01）.

[2] 张宝忠，肖敏.内置式机械密封变形分析与计算[J]. 机械设计与制造. 2003（01）.

[3] 张志民，蔡振东，于爱华，杨虹.机械密封在水泵中的使用[J]. 机械研究与应用.2003（S1）.

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【关键词】反应釜；械密封；故障

反应釜是综合反应容器，反应过程中产生的压力对容器的密封要求极高。在一般中等压力或抽真空情况都会使用机械密封，所以机械密封在反应釜的应用非常广，而机械密封的密封效果将直接影响反应釜的运行，严重的将造成停产、安全事故及环境污染等不可估量的损失。本文就化工反应釜中机械密封的常见故障、及其成因和排除作如下探讨。

1.机械密封的结构

机械密封由静环、动环、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成，防转销固定在压盖上以防止静止环转动。动环和静环还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。其中动环和轴一起旋转，动环和静环紧密贴合组成密封面，以防止介质泄漏。动环依靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧元件产生压力，即使反应釜在不工作状态下，端面也保持贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时弹性元件对反应釜的振动、冲击起缓冲作用。

2.机械密封的故障及处理

2.1机械密封零件的故障及处理

反应釜在运行当中，密封端面经常会出现磨损、热裂、变形、破损等情况，螺杆、螺纹、弹簧用久了也会松弛、断裂和腐蚀。辅助密封圈也会出现裂口、扭曲和变形、破裂等情况。机械密封的零件如果出现故障，就需要更换零件或是提高零件的机械加工精度，提高机械密封本身的加工精度和反应釜其他部件的加工精度对机械密封的效果非常有利。为了提高密封效果，对动环、静环的摩擦面的光洁度和平整度要求较高。动环、静环的摩擦面的宽度不大，一般在2～7毫米之间。

2.2机械密封振动、发热故障原因及处理

反应釜运转过程中，受到机械磨损和化学侵蚀作用，会使动静环贴合端面粗糙，动静环与密封腔的间隙太小，由于振摆引起碰撞从而引起振动。有时由于密封端面(耐腐蚀和）耐温性能不良，或是冷却不足或端面在安装时夹有颗粒杂质，也会引起机械密封的振动和发热。如果动环、静环与密封腔的间隙太小，就要增大密封腔内径或减小转动外径，至少保证0.75mm的间隙。如果是摩擦副配对不当，就要更改动环、静环材料，使其耐温，耐腐蚀。这样就会减少机械密封的振动和发热。

2.3机械密封泄漏的原因及处理

2.3.1机械密封泄漏的途径

静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封是泄漏途径，它们均属静密封。旋转环与轴之间的密封也是泄漏途径之一，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上它也是一个相对的静密封。因此，这三处泄漏途径相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是最主要的泄露途径，也是机械密封装置中的主密封，它是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要想获得良好的密封性能和较长的使用期限，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。

2.3.2机械密封静压试验时泄漏原因

机械密封由于在安装时不注意，往往会将密封端面碰伤、变形、损坏，清理不净、夹有颗粒状杂质，或是由于定位螺钉松动、压盖没有压紧，机器、设备精度不够，使密封面没有完全贴合，都会造成介质泄漏。如果是轴套漏，则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。

2.3.3机械密封周期性或阵发性泄漏原因

机械密封的转子组件周期性振动、轴向窜动量较大，都会造成泄漏。机械密封的密封面要有一定的比压，这样才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，反应釜旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.25mm以内。但在实际运用中，由于设计的不合理、制造误差、装配误差等原因，往往导致轴产生很大的窜量，出现周期性或阵发性泄漏。

2.3.4机械密封经常性泄漏原因

机械密封经常性泄漏的原因有很多方面：一是由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏；二是辅助密封圈引起的经常性泄漏；三是弹簧缺陷引起的泄漏；其它还包括转子振动引起的泄漏，传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起泄漏，机械密封辅助机构引起的泄漏，由于介质的问题引起的经常性泄漏等。

2.3.5减少机械密封泄漏的措施

（1）装配时要干净光洁。机械密封的零部件、工器具、油、揩拭材料要十分干净。动静环的密封端面要用柔软的纱布揩拭。（2）修整倒角倒圆。轴、密封端盖等倒角要修整光滑，轴和端盖的有关圆角要砂光擦亮。（3）装配辅助密封圈时，橡胶辅助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗涤，以免胀大变形，过早老化。动静环组装完后，用手按动补偿环，检查是否到位，是否灵活;弹性开口环是否定位可靠。动环安装后，必须保证它在轴上轴向移动灵活。

3.机械密封振动偏大及处理方法

机械密封如果振动偏大，最终将导致密封失效。但是导致机械密封振动偏大的原因并不都是机械密封自身的原因，反应釜的其它零部件也是产生振动的根源，如轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。所以在安装轴、密封腔体、机械密封件本身时应将其清洗干净，防止杂质进入密封安装部位。并合理地设计轴向力的平衡装置，使安装机械密封件的设备转子轴向窜动量≤0.3mm，消除轴向窜量。

4.机械密封的选型方法及基本原则

机械密封按工作条件和介质性质的不同，有耐高温、耐低温机械密封，耐高压、耐腐蚀机械密封，耐颗粒介质机械密封和适应易汽化的轻质烃介质的机械密封等，应根据不同的用处选取不同结构型式和材料的机械密封。

选型的主要参数有：密封腔体压力（MPA）、流体温度（℃）、工作速度（M／S）、流体的特性以及安装密封的有效空间等。

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关键词：干气密封 离心泵 液化石油气

通过对一定资料分析，能够总结出LPG液化气泵机械密封在使用过程中容易出现一定的毛病，加上LPG在装车中容易液化，就会造成液化气泵的寿命缩短。LPG泵用干气密封是利用上边的原理进行时设计的，这种密封装置具有一定特点：主要表现在机械密封与干气密封能够连接在一起进行使用，利用机械密封做为主密封的装置，干气密封作为辅助密封的技术。在机械密封与干气密封之间冲入一定的氮气，这样就能够保证机械密封具有一定背压性，这样能偶减少机械密封中液膜出现气化程度，能够保证机械密封的使用寿命。

一、干气密封的机构特点

影响LPG 液化气泵机械密封使用寿命主要原因其实就是LPG非常容易气化，这样在机械密封的过程中就很难形成阻止液化的液膜，就会对机械设备有一定影响，利用这种装置可以延长密封使用寿命，他主要有三方面特点：

首先，针对机械密封设备能够与干气密封设备进行链接使用，这样就可以把机械密封设备设置成主密封手段，然后把干气密封设置成辅助密封手段，这样完成之后可以在主要密封于辅助密封两个方式中间直接冲入一定量的氮气，来保证在液化石油气表面形成一层密封的液化气膜，这个过程简单且容易实行，还能够提高设备使用寿命。

其次，这种密封措施会泄露出一些LPG，利用一定装置把这些气体直接排放到火炬中，这样泄露到大气中，可以起到环保的效果。

最后如果在密封过程中机械密封失效以后，这种干气密封还能够在短时间内起到一定密封作用，这样可以防止向大气中泄露气体，另外干气密封中的摩擦功率很小，能够降低能源消耗。只有传统密封方式的百分之五左右。

干气密封原理

根据LPG 装车泵在利用干气密封技术的时候，我们能够了解到干气密封在运行过程中属于串联结构，在进行第一密封的时候要采用平衡型机械密封，主要密封介质为LPG；在第二级密封过程中，要采用干气密封的手段，在干气密封中一般都选用氮气作为密封介质。然后在第一级密封和第二级密封中冲入一定量的氮气，干气密封在防止氮气向外泄露的同时还能够保证第一级密封具有一定的背压力，干气密封由动环和静环两个部分组成。表面具有一定的PM级别的单列螺旋槽，在工作中动环能够把氮气直接吸入到螺旋槽内，在螺旋槽内流动，进入密封槽的时候能够阻止氮气向外泄露。这样就形成了压缩气体，致使内部压力增高，形成内部气体反力平衡状态，这样就能够在石油气表面形成一定的石油气膜，实现密闭运输的安全性。

二、经济效益和社会效益分析

利用LPG 泵进行用串级式密封工作时，在保持平衡以后要采取一定的防抽空措施，这样实施以后加上干气密封腔对主密封能够起到一定的稳定作用，这样能够极大延长了设备的使用寿命。如果出现主密封面由于抽空作业中造成设备干磨，这样就会泄露一定的LPG干气，在氮气保护作用下能够使气泵正常运行，主密封过程会通过一定的研磨进行修复，这样能够实现安全环保效益，还能够保证串级式干气密封寿命能够延长3 年，这种设备价格虽比组装小弹簧式机械密封设备高出一倍的价钱，但是在每年检修和耗能这方面能够节约很多，这样能够保证具有良好的经济效益。另外LPG 泵用干气密封的运行成功，解决了困扰LPG 泵长周期运行的轴封问题，不但为企业带来经济效益，同时也带来社会效益。该干气密封可广泛应用在其他相似工况动设备的密封，解决易挥发介质的密封问题。

三、干气封闭案例分析

1.资料

某LPG 装车流程。装车泵的型号为80Y—100 X 2 型离心泵，轴封采用单端面机械密封方式进行封闭。为防止出现憋压的状况，在泵出口处安装了返回罐的循环线路，汽车槽车充装采用PLC 控制定量装车系统，如果在充装过程中达到设定的充装量时，气动球阀会实现快速切断。这样就严重影响了装车系统在使用过程中出现暴露出泵的机械密封容易损坏等问题。

2.出现问题

设备运行在进入夏季的时候会出现憋泵的情况，夏季槽车内的压力能够达到1.7MP，这个数值是当气温达到50摄氏度的时候，饱和蒸汽的压力，按时在罐内的压力只有0.7 ～1.0MPa。LPG 密度为= 560kg / m3，泵扬程H =200m，储罐压力P1 = 1.0MPa，计算泵出口压力：P = P1 +ρgH= 1.0 + 560 X 9.8 X 200 X 10 - 6约为2.1MPa.但是在实际操作过程中这个数值只与槽车的压差0.4MPa，这中压差的数值还要克服管线之间的阻力，为保证能够具有一定的充装压力，泵的循环线的速度要调整的小一些，在出口达到2.3MPa，就造成了憋泵的现象。

在冬季槽车压力值一般收到气温的影响会小于0.05MPa，但是储罐的压力是0.4 ～ 0.6MPa之间。这样在开启装车气动阀的时候，就会出现泵出口压力没有运行之前的1.5MPa 直到瞬间减少到0.4MPa，使内部的石油气出现液化造成液化气的气化现象，这样能够引起机械密封损坏出现泄漏的现象。

在定量装车系统的气动球阀开关时间仅为2s，泵到槽车的距离是400m、长DN100 的管线，且间断装车造成频繁水击，这种水击压力直接影响了憋泵内的空气抽空，这样在采取单端面机械密封的时候，就会造成泄漏出来的液化气在泵房内出现聚集的现象，房内的浓度能够达到3645mg / m3，超出180mg / m3 环保标准20 倍。

3.技术应用

现场运行概述：泵型号80AY - 100 泵扬程200m；密封轴径长度54mm；正常转速2975圈每分钟；输送介质为液化石油气；介质温度常温；介质比重0.56；入口压力冬季0.5MPa，夏季1.5MPa，实行干气密封气源为0.7MPa 的N2，进行手动调节阀控制为0.3 ～ 0.5MPa。

4.技术应用过程

由于串联式干气密封的主密封装置设置成械密封，干气密封为辅助密封的手段，在设置过程中对N2压力控制精度不用太准确，这样只要保证氮气压力低于LPG 压力就可以。如果氮气的压力过大，就会造成机械密封在一定压力作用下使泵抽空的情况出现，机械密封端也出现无液膜保护现象，出现氮气往泵体内泄漏；如果出现氮气压力过低，能够使机械密封不能形成足够的背压，密封端面液膜仍会出现轻微气化现象，不利于机械密封端面。

另外要根据冬夏两季装车泵入口压力，氮气的压力冬季设定为0.3MPa，夏季设定为用过滤器确保氮气洁净，防止损坏微米级的干气密封端面动压槽。在金乡设置单向阀的时候，要防止主密封失效或管网停氮气时LPG 反串。干气密封的密封腔出口能够直接接入火炬系统，这样能够确保密封泄漏时LPG不向作业环境泄漏。

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（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜宾 644000）

【摘要】通过论述新型螺杆泵机械密封材料选择、机封的密封方案、螺杆间距的试验证明：试验所选择的方案能满足生产的需要。

关键词 螺杆泵；机械密封；碳化硅

0引言

我单位使用的老式螺杆泵流量小，不能完全满足生产的需要且易坏造成生产效率相对较低，统计数据：平均3天损坏一台。为节约成本、提高生产效率，为此，开展新型螺杆泵的研制。

1螺杆泵的工作原理

双螺杆泵是一种容积式泵，由主螺杆和从动螺杆相互啮合，在泵可内形成若干彼此相隔的密封腔，使吸入腔与排出腔隔开。螺杆旋转时，吸入腔容积产生变化，将输送的物料吸入腔内，各密封腔带着输送的物料轴向移动。物料由吸入口连续均匀地被推至排出口，完成物料的输送。泵出口的高压和进口处的低压使靠螺杆之间、螺杆与泵壳之间极小的间隙造成的阻力来维持。间隙过大或因磨损而将使物料大量倒流，造成压力降低，流量减少，使泵的能力下降。

新型螺杆泵选用双螺杆泵卧式、两侧吸入、中间吐出的结构，密封形式采用机械密封，减少物料的泄漏，更换容易，延长泵的工作寿命。

2生产现状

现在使用的螺杆泵为填料密封，泵的密封性能差，容易造成贮槽积液和泄漏，影响生产正常运行；螺杆泵接触面极易损坏，平均3天损坏一台。所以提高流量解决泄漏和提高泵额寿命是当务之急。

3准备工作

老式螺杆泵为填料密封，经过调研知机械密封的泄漏量为调料密封的1/100（机械密封为3ml/h）[1]。所以选定机械密封为新型泵的密封形式。

4泵试验

4.1密封材料优选试验

4.1.1材料的选择

目前用于机械密封的材料有石墨、碳化硅、硬质合金、陶瓷、不锈钢、丁晴-400型圈、乙丙胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、氮化硅、氧化铝、碳化钛等材料[1]。

对选择的密封材料进行物料影响试验。试验是在12个2L的容器中进行的，每个容器中都装有相同的0.5L溶液，再装1L的二次水，每个容器中分别放入大小相同的不同的密封材料，放入后对每个容器进行搅拌，隔一定时间取样分析，其试验结果见表1（试验是在常温下进行的）：

从表1可以看出，只有石墨、硬质合金、不锈钢等对物料有明显反应。因此，石墨、硬质合金、不锈钢不适合新型泵的需要。不采用石墨、硬质合金和不锈钢材质作密封材料。

陶瓷比较脆弱，考虑到物料的性能，不宜采用。丁晴、乙丙胶、氟橡胶、聚四氟乙烯等材料多用作填料密封，不耐磨，业不适合机械密封使用[1]。

经过初步分析，拟采用碳化硅、氮化硅、氧化铝和碳化钛作为试验材料。

4.1.2试验材料的物化性能

1）碳化硅的物化性能

在重载下具有良好的耐磨性和减磨性，热导率高，抗震性能良好，弹性模量大及良好的化学稳定性、高熔点、高硬度，具有低的热膨胀系数。

同时采用不同烧结形式，将会获得不同的物理性能，以适应工况要求。

2）氮化硅的物化性能

具有高温稳定性、抗热震性、化学稳定性和良好的电绝缘性及质硬性。对于浓硫酸和浓氢氧化钠作用也缓慢。

3）氧化铝的物化性能

两性氧化物，化学性质稳定，不溶于水微溶于碱和酸，易烧结。

4）碳化钛的物化性能

化学性质稳定，不溶于水，耐酸性强，硬度高，弹性模量大。

4.1.3试验内容

试验中对机械密封的动环材料的选择有以下四种方案：

方案1：动、静环材料为碳化硅（整体）；

方案2：动、静环材料为氮化硅（整体）；

方案3：动、静环材料为氧化铝（99%）；

方案4：动、静环材料为碳化钛（整体）。

试验是在老式泵上进行，机封型号及规格为HM-35，就上诉四种方案进行试验。试验是在协作单位进行的，数据见表2：

从表2可以看出，方案1的试验结果效果最好。动、静环材质采用碳化硅。

为进一步验证方案1的可行性，对所选的机械密封材质和结构由协作配套单位进行试验，试验结果见表3：

该机械密封材质按JB/T8091-98标准执行进行测试，按JB/T53302-94标准进行判定，该材料完全满足需要。

4.2密封材料结构方式优选试验

经过调研比较，了解到有三种机械密封形式适合螺杆泵的需求。

机械密封机构的三套方案分别为：

方案Ⅰ[2]：单端面、内装式非平衡型机封，采用腔体（介质入口）母液内冲洗冷却。

方案Ⅱ[2]：单端面、内装式非平衡型机封，采用外接（介质入口）母液内冲洗冷却。

方案Ⅲ[2]：单端面、外装式平衡型机封，采用外接冲洗冷却。

这三套方案可以通过做实验来证明哪一种密封方式适合生产的需要。

经过理论分析：选择方案Ⅰ的机械密封型式进行密封泄漏试验。

方案Ⅰ：单端面、内装式非平衡型机封，采用腔体（介质入口）母液内冲洗冷却。

选定方案后，请协作配套单位进行机械设计加工。加工制作的密封件经过专业部门检验，全部符合JB4236-86标准。

为验证机械密封件性能，请协作配套单位进行相应试验。机械密封经过二十于次的性能测试，没发现任何泄漏。

4.3螺杆间距的优选试验

以现有泵的轴径基础上，不改变泵腔的内部尺寸，适当增加轴径，用选定的机械密封作为密封件进行试验真机试验。真机共制作了四台，分别叫1#机、2#机、3#机、4#机。

请协作配套单位进行相应试验，试验数据见表4：

从表4的实验数据可以看出，2#机流量、扬程偏低，不能满足生产的需要，而4#机的流量为7.022时，扬程为150米，轴功率为5.426Kw，由于电机不能满足生产现场的需要（设计时完全按照生产现场的电机功率设计的），因此实可能使电机过载，次方案部可行。而3#机的性能经过多次测试，表明其性能参数能够满足新型螺杆泵的性能要求，即流量为6.5～7.5m3/h，扬程为110～140m。因此我们把流量为7m3/h，扬程为120m确定为泵的设计点，进行设计。

为了进一步掌握新型螺杆泵的螺杆与壁厚（外壳与内腔工作面）的间距对流量、扬程的影响，又进一步进行如下试验。

径向（直径）间隙3#机进行性能测试，试验后分别磨削螺杆外径，使间距由小到大（0.04～0.15mm），以确定间距的影响。其试验结果见表5：

试验表明,当间距控制中0.06～0.08mm时，新型螺杆泵的能能最佳，而最佳点又为0.07mm。

5结论

通过一些列试验，掌握了新型螺杆泵外径及间距与流量、扬程的关系。试验结果表明用3#机：单端面、内装式非平衡型机封，采用采用腔体（介质入口）母液内冲洗冷却；机械密封的动、静环均采用碳化硅；螺杆间距为0.07mm时的螺杆泵可以满足生产的要求。

参考文献

［1］机械设计手册(3)[M].2版.机械工业出版社,2000.6.

篇10

1 IS离心泵轴封冷媒泄漏原因分析：

我公司的冷媒其成份为氯化钙溶液，正常使用温度为-10～-25℃，PH为6左右，密度为1.19～1.22。泵的工作压力为0・2～0・3Mpa，流量为100m3/h，转速为2990r/min。在使用过程中，冷媒变浑浊，固体杂质增多。先是更换了多种填料，如石棉浸渍四氟乙烯填料、聚四氟乙烯编织填料，后又改机械密封，但密封效果没有明显改善。经分析认为，传统的填料轴封、机械密封失效的原因是：一是由于介质中有固体颗粒，造成摩擦力增大，轴套磨损快，固体颗粒进入机械密封的摩擦副端面，密封面逐渐被磨损。二是低落温状态下填料的弹性低。三是冷媒对轴套的化学腐蚀。为提高冷媒中轴封的密封可靠性，我们对旋转轴常用的三种密封进行了分析比较。

1.1 填料密封

填料密封的密封机理为：填料装入填料腔后，经压盖对它作轴向压缩，依靠填料的塑性，使其产生径向力，并与轴紧密接触，当轴与填料有相对运动时，接触部位与不接触部位组成一道不规则的迷宫起阻止液流泄漏的作用，称为“迷宫效应”。填料密封虽然价格低廉，填装方便，但它存在如下缺点：（1）填料与轴套直接接触，且相对转动，造成轴套与填料的磨损，所以必须定期或不定期更换填料和轴套。（2）水泵运行时，填料与轴套摩擦，产生热能，产生热能，如不及时排除这些摩擦热，容易导致烧轴和烧填料，为了使填料与轴或轴套间产生的摩擦热能及时散掉，填料密封必须保持一定的泄漏量，泄漏的盐水造成能源浪费和环境污染。（3）由于冷冻盐水中固体杂质较多，盐水中的固体杂质粘附在填料中，与轴或轴套产生摩擦，加速泵轴或轴套的磨损。（4）泵轴存在少量偏移时，填料没有足够的浮动弹性时，即产生泄漏。（5）填料压紧力沿轴向分布不均匀，轴套在靠近压盖处磨损快。盘根填料的以上缺陷，需要经常对填料的压紧程度进行调节或定期更换填料。总之，填料密封自身要求不高，允许有少量液体泄漏。结构简单，但填料压紧力沿轴向分布不均匀，轴套在靠边近压盖处处磨损快，且轴套与填料的接触为面接触，轴套容易磨损。维修工作量大，对填料的安装的合理性有一定的要求。

1.2 机械密封

机械密封是一种种依靠弹性元件对静、动环密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置。机械密封具有以下优点：（1）泄漏量可以限止到很小。机械密封可以达到很少的泄漏量，甚至肉眼看不见泄漏。（2）运转中不用调整。由于机械密封靠弹簧力各流压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，装配后不用像普遍软填料那样需调整压紧。（3）耐振性比径向密封好。一般在转速n=3000r /min下最大振幅不超过0.05mm。（4）使用psV值不断提高。psV现已可达到1000Mpa・（m/s）。抗震性好。因为减震密封圈等的减震作用，所以抗震性较好。（5）结构紧凑。轴封的长度可以缩短，性能相同时，装配长度短。（6）寿命长。机械密封的易磨损部分只有密封端面一处，而这个面的正常磨损量以非常小。但在一定含固量的介质中使用寿命短，因介质中的固体颗粒进入摩擦副端面起研磨作用，易使密封面发生摩擦而失效，需采用适当的措施方可使用。（7）结构复杂、拆装不便、价格较高。在更换时要从轴端抽出密封环，必须把泵头部分（联轴器）全部拆卸。且有一定的安装技术要求。

1.3 骨架密封

骨架密封的唇部回弹能力大，它的断面形状及箍紧弹簧，使唇口对轴具有较好的追随补偿性能，对泵的振动和泵轴的偏心有一定的适应性。因此，油封能以较小的唇口径向力，获得良好的密封效果。密封接触面宽度很窄，骨架密封与轴套的接触为线接触，并且接触应力尖锐分布。骨架密封的安装位置小，轴向尺寸小，不仅具有填料密封：结构简单，安装方便，成本较低的优点，还具有机械密封摩擦损耗小，寿命长，密封可靠等特性。但对轴套的粗糙度、密封面的加工质量要求较高，并且不承受高压。

2 改用骨架密封的可行性分析

由于骨架密封唇口在自由状态下其内径比轴径小，即具有一定的过盈量。当密封存装到填料函和轴套上后，密封刃口的预紧压力和自紧用的螺旋箍簧的收缩力一起加到密封存刃口，对被密封轴产生一定的径向力，弹簧在此处不仅起自紧作用，还起补偿作用，从而可以自动补偿一定范围内的磨损量和轴的偏心量，因此密封存有效性高。但是骨架密封存的使用受到压力、速度、温度等的限制。为此我们对能否选用骨架轴封进行可行性验证，经验证结果如下：

（1）压力：骨架密封通常在0.1～0.2Mpa压力下工作，用多只骨架密封可以满足工艺压力0.2～0.3Mpa的使用要求。

（2）速度：一般骨架密封存的最高线速在20m/s左右。根据水泵轴速2900r/min轴套外径d=50mm经计算可得：V=лnd=л×2900/60×50×10-3=7.6m/s

经验证速度满足骨架密封存使用条件。

（3）温度：冷媒温度为了-25～-10℃。

常用橡胶材料使用温度

弹性体 丁腈橡胶NBR 氟橡胶FBM 丙烯酸脂橡胶ACM

使用温度范围 -40～+120℃ -20～+200℃ -20～170℃

通过上述验证可知采用骨架密封是可行的。

3 密封材料的选择

为保证良好的密封效果，应选择化学稳定性好，具有一定的强度、耐热性、耐磨性、抗曲挠性、抗老化性好的橡胶材料。

常用橡胶材料的特性

主要特性 弹 性 体

氟橡胶 硅橡胶 丙烯酸脂橡胶 丁腈橡胶

使用温度范围 -20～+200 -60～+200 -20～+170 -40～+120

耐磨性 优 可―好 可―好 好

耐压缩水久变形 可 差 差―可 优

回弹性 可 差 差―可 好

综合各方面因素，丁腈橡胶在耐寒性、耐磨性、耐压缩永久变形等性能上均具在明显优势，因此决定选用丁腈橡制成的骨架密封。

4 骨架密封与轴密封部位的设计

由于橡胶本身不具有自性，轴表面粗糙度对骨架密封使用性能影响很大，表面太粗糙容易损坏唇口，因此密封部位表面粗度在0.8～3.2μm以内，并对密封部位表面进行镀铬处理，便表面硬度在HRC30～40内，以提高密封效果和延长使用寿命。密封唇口的过盈量影响使用性能。过盈量太小，当泵轴偏心时将发生泄漏；过盈量太大将造成密封唇口过分拉伸，径向压力加大，磨损加剧。

密封过盈量

轴径 ≤30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～180 >180～210

过盈量 0.5～0.9 0.6～1.0 0.7～1.2 0.8～1.3 0.9～1.4 1.0～1.5

根据唇口密封部位轴径d=55mm决定选取过盈量0.7mm此外为了保证密封装入座孔牢固可靠，密封外径对座孔直径的过盈量取0.2mm。

考虑到密封的耐用改进后的结构如图1所示，大致有以下几点：（1）在密封腔内靠近泵盖端增加一只四氟密封套，其内壁有“反螺纹槽”，利用螺杆泵的原理，当冷媒向密封方向流动时，将受到螺纹槽的向内推力；阻止其向外泄漏。（2）采用多个骨架密封组合的密封存结构，一般3-4只。（3）考虑到氯化钙溶液具有一定的腐蚀性，密封的箍紧弹簧喷涂防腐材料，安装时在箍紧弹簧处填充钙-钠基脂，隔断冷媒与箍紧弹簧的接触，延长弹簧的使用寿命。

5 改进效果与评价

5.1 漏冷媒量

改进前，每台IS泵日漏冷媒量为200kg左右；改进后漏冷媒量大为好转，基本上为0；维修周期由原来的2周左右延长至6个月以上。

5.2 效益核算与评价

（1）节约冷媒费用

每台IS泵年约冷媒费用：日节冷媒量×30×12×2.5=3.6万元

（2）设备改造费用

每台IS泵轴封改造费用：110元左右