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机械密封的工作原理及故障原因

1. 机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

机械密封结构图
图1 机械密封结构
常用机械密封构造如图1所示。由静止环(静环)1、旋转环(动环)2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成,防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环常常还可依据它们能否具有轴向补偿才能而称为补偿环或非补归还。
   机械密封中流体可能走漏的途径有如图1中的A、B、C、D四个通道。
   C、D走漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封,二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封,当端面摩擦磨损后,它仅仅能跟随补偿环沿轴向作微量的挪动,实践上仍
然是一个相对静密封。因而,这些走漏通道相对来说比拟容易封堵。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用的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的构造。
   A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴协作相对滑动的动密封,它是机械密封安装中的主密封,也是决议机械密封性能和寿命的关键。因而,对密封端面的加工请求很高,同时为了使密封端面间坚持必要的光滑液膜,必需严厉腔制端面上的单位面积压力,压力过大,不易构成稳定的光滑液膜,会加速端面的磨损;压力过小,走漏量增加。所以,要取得良好的密封性能又有足
够寿命,在设计和装置机械密封时,一定要保证端面单位面积压力值在最恰当的范围。
  机械密封与软填料密封比拟,有如下优点:①密封牢靠在长周期的运转中,密封状态很稳定,走漏量很小,按粗略统计,其走漏量普通仅为软填料密封的1/100;②运用寿命长在油、水类介质中普通可达1~2年或更长时间,在化工介质中通常也能达半年以上;③摩擦功率耗费小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%~50%;④轴或轴套根本上不受摩损;⑤维修周期长端面磨损后
可自动补偿,普通状况下,毋需经常性的维修;⑥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;⑦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。但其缺陷有:①构造较复杂,对制造加工请求高;②装置与改换比拟费事,并请求工人有一定的装置技术程度;③发作必然性事故时,处置较艰难;④一次性投资高。
2. 机械密封的故障表现及原因
2.1 机械密封的零件的故障旋转设备在运行当中,密封端面经常会出现磨损、热裂、变形、破损等情况,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。
2.2 机械密封振动、发热故障原因
设备旋转过程中,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。
2.3 机械密封介质泄漏的故障原因
(1)静压试验时泄漏。机械密封在安装时由于不细心,往往会使密封端面被碰伤、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)周期性或阵发性泄漏。机械密封的转子组件周期性振动、轴向窜动量太大,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,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,机械密封要求泵轴不能有太大的窜量,一般要保证在0.25mm以内。但在实际设计当中,由于设计的不合理,往往泵轴产生很大的窜量,对机械密封的使用是非常不利的。(3)机械密封的经常性泄漏。机械密封经常性泄漏的原因有很多方面。第一方面,由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏。第二方面,是辅助密封圈引起的经常性泄漏。第三方面,是弹簧缺陷引起的泄漏。其他方面,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。(4)机械密封振动偏大。机械密封振动偏大,最终导致失去密封效果。但机械密封振动偏大的原因往往不仅仅是机械密封本身的原因,泵的其它零部件也是产生振动的根源,如泵轴设计不合理、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。
3. 处理故障采取的措施
如果机械密封的零件出现故障,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泵体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,对动静环的摩擦面的光洁度和不平度要求较高。动静环的摩擦面的宽度不大,一般在2~7毫米之间。
3.1 机械密封振动、发热的处理
如果是动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。
3.2机械密封泄漏的处理
机械密封的泄漏是由于多种原因引起,我们要具体问题具体处理。为了最大限度的减少泄漏量,安装机械密封时一定要严格按照技术要求进行装配,同时还要注意以下事项。
(1)装配要干净光洁。机械密封的零部件、工器具、润滑油、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。
3.3 泵轴窜量大的处理
合理地设计轴向力的平衡装置,消除轴向窜量。为了满足这一要求,对于多级离心泵,设计方案是:平衡盘加轴向止推轴承,由平衡盘平衡轴向力,由轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。
3.4 增加辅助冲洗系统
密封腔中密封介质含有颗粒、杂质,必须进行冲洗,否则会因结晶的析出,颗粒、杂质的沉积,使机械密封的弹簧失灵,如果颗粒进入摩擦副,会导致机械密封的迅速破坏。因此机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的,它可以有效地保护密封面,起到冷却、润滑、冲走杂物等作用。
3.5 泵振动的处理措施
在泵产品的制造装配过程中,严格按标准和操作规程去执行, 消除振动源。泵、电机、底座、现场管路等辅助设备在现场安装时,要严格把关,消除振动源。
以上简单研究了机械密封在旋转设备上的应用和出现的故障后,以后再遇到机械密封的故障问题,首先要考虑机械密封本身的影响因素,然后还要考虑机械密封外部的一些影响因素。比如:在分析机械密封的质量事故的原因时,要考虑到泵的其它零部件对机械密封运行的影响,采取措施不断提高机械密封的效果。

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