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机械密封(mechanical seal)是指由至少一对垂直于旋转轴线端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合且相对滑动所构成的防止流体泄漏的装置。
机械密封是一种旋转机械的轴封装置。比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。由于传动轴贯穿在设备内外,这样,轴与设备之间有一个圆周间隙,设备中的介质通过该间隙向外泄漏,若设备内压力小于大气压,则空气向设备内泄漏,因此必须有一个阻止泄漏的轴封装置。轴封的种类很多,由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点,所以世界上机械密封是在这些设备最主要的轴密封方式。机械密封又叫端面密封,在国家相关标准中是这样定义的:“由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。”
机械密封依靠弹性元件对动静环端面密封副的预紧和介质压力压紧以达到轴向端面密封的装置,通常能分类为接触式以及非接触式两类,其特点可以概括为:密封可靠,在较长使用期内不会泄漏或很少泄露,常规使用的寿命长,正确选择材质以及摩擦面可以增长机封的常规使用的寿命,维修周期长,摩擦功率损耗较少,对轴的震动敏感较小,使用范围广,依据环境要求能够适用于如低温高温、低压高压、高转速、易燃易爆、有毒的介质中。
密封圈(有O形、X形、U型、楔形、矩形柔性石墨、PTFE包覆橡胶O圈等)。
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。
常用机械密封结构由静止环(静环)、旋转环(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。
旋转环和静止环往往还可根据它们有没有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。
过去盛装机械密封的轴封箱是为软填料密封设计的填料函。它不适合用于盛装机械密封,不仅尺寸太小、间隙太窄,而且简单的圆筒形状也不合适。
国外已制订了加大尺寸的机械密封轴封箱的标准。此外美国_杜拉密泰列克公司和英国流体力学研究集团都在研究合理的机械密封轴封箱,其形状不仅应该有利于流体流动和热量散除,同时还应该有利于去除固体颗粒,给密封造成良好的周围环境。
过去只注意消除看得见的流体泄漏,而不注意看不见的易挥发物逸出量的控制,这样就造成了一定的环境污染并对装置和人身有危险性。国外如美国摩擦学会与润滑工程师学会的密封技术委员会制订了SP-30(1994)、SP-32(1990)和SP-33(1991)的带机械密封转动机械、压缩机和螺杆系统的控制易挥发逸出量法规的指南。SP-30分三个阶段实施。其中明确规定阻塞流体和缓冲流体的定义,澄清错误、混淆的概念。阻塞流体是引入双密封之间完全阻塞工艺流体漏到周围环境的流体。阻塞流体的压力总是高于被密封的工艺流体压力。缓冲流体是双密封之间用作润滑剂或缓冲剂的流体,缓冲流体压力总是比被密封工艺流体压力低。
机械密封的辅助系统中有冷却、加热、冲洗等系统要配套,泵循环需要优化,状态监控系统等问题在研究解决。在API-682标准中规定了辅助系统的配套。
过去阻塞密封系统中常用液体阻塞液体或液体阻塞气体 为了简化庞大的阻塞液体系统,改用阻塞气体来阻塞液体或气体阻塞密封系统中可采用螺旋槽气体密封与阻塞气体,浮动套与阻塞气体等来阻塞气体和液体。
密封环是动环和静环的总称(下同),是构成机械密封最主要的元件。密封环在很大程度上决定了机械密封的使用性能和寿命,因此,对它提出了一些要求。
在工作条件下(如压力、温度和滑动速度等)不损坏,变形应尽量的小,工作条件波动时仍能保持密封性。尤其是密封端面要有足够的强度以及一定的耐侵蚀的能力,以保证产品有满意的使用寿命。
为此,要求材料有较高的导热系数和较小的线线胀系数,承受热冲击时不至于开裂。
工作中如发生短时间的干摩擦,不损伤密封端面。因此,密封环要有良好的自润滑性,密封环材料与密封流体还要有很好的浸润性。
密封环结构应力求简单对称,第一先考虑用整体型结构,也可采用组合式(如镶装式)密封环,尽可能的避免用密封端面喷涂式结构。
机械密封的故障大体上都是由异常的泄漏、异常的磨损、异常的扭矩等现象出现后才被人们所知道。造成故障的原因大致有如下四方面:
机械密封大范围的应用于国内外的石油化学工业、油气输送、核电、电力、水电、制药、冶金、食品、船舶、航天航空等所有的领域