機械密封件介紹
機械密封件屬于精密、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的機械基礎(chǔ)元件之一,是各種泵類、反應(yīng)合成釜、透平壓縮機、潛水電機等設(shè)備的關(guān)鍵部件。其密封性能和使用壽命取決于許多因素,如選型、機器的精度、正確的安裝使用等。
1、機械密封的基本概念
機械密封是指由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(gòu)彈力(或磁力)的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。補償環(huán)的輔助密封為金屬波紋管的稱為波紋管機械密封。
2、機械密封的組成
主要有以下四類部件。a.主要密封件:動環(huán)和靜環(huán)。b.輔助密封件:密封圈。c.壓緊件:彈簧、推環(huán)。d.傳動件:彈箕座及鍵或固定螺釘。
應(yīng)注意問題
1、安裝時注意事項
(1)要十分注意避免安裝中所產(chǎn)生的安裝偏差
a、上緊壓蓋應(yīng)在聯(lián)軸器找正后進行,螺栓應(yīng)均勻上支,防止壓蓋端面偏斜,用塞尺檢查各點,其誤差不大于0.05毫米。
b、檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙(即同心度),四周要均勻,用塞尺檢查各點允差不大于0.01毫米。
(2)彈簧壓縮量要按規(guī)定進行,不允許有過大或過小現(xiàn)象,要求誤差2.00毫米。過大會增加端面比壓,另速端面磨損。過小會造成比壓不足而不能起到密封作用。
(3)動環(huán)安裝后髯保證能在軸上靈活移動,將動環(huán)壓向彈簧后應(yīng)能自動彈回來。
2、拆卸時注意事項
(1)在拆卸機械密封時要仔細,嚴禁動用手錘和扁鏟,以免損壞密封元件。可做一對鋼絲勾子,在對自負盈虧方向伸入傳動座缺口處,將密封裝置拉出。如果結(jié)垢拆卸不下時,應(yīng)清洗干凈后再進行拆卸。
(2)如果在泵兩端都用機械密封時,在裝配,拆卸過程中互相照顧,防止顧此失彼。
(3)對運行過的機械密封,凡有壓蓋松動使密封發(fā)生移動的情況,則動靜環(huán)零件必須更換,不應(yīng)重新上緊繼續(xù)使用。因為在之樣楹動后,摩擦副原來運轉(zhuǎn)軌跡會發(fā)生變動,接觸面的密封性就很容易遭到破壞。
機械密封件正常運行和維護
1、啟動前的準備工作及注意事項
(1)全面檢查機械密封,以及附屬裝置和管線安裝是否齊全,是否符合技術(shù)要求。
(2)機械密封啟動前進行靜壓試驗,檢查機械密封是否有泄漏現(xiàn)象。若泄漏較多,應(yīng)查清原因設(shè)法消除。如仍無效,則應(yīng)拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗壓力用2~3公斤/平方厘米。
(3)按泵旋向盤車,檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動時,則應(yīng)檢查裝配尺寸是否錯誤,安裝是否合理。
2、安裝與停運
(1)啟動前應(yīng)保持密封腔內(nèi)充滿液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時,應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動前必須盤車,以防止突然啟動而造成軟環(huán)碎裂。
(2)對于利用泵外封油系統(tǒng)的機械密封,應(yīng)先啟動封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng)。
(3)熱油泵停運后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水,應(yīng)待端面密封處油溫降到80度以下時,才可以停止冷卻水,以免損壞密封零件。
3、運轉(zhuǎn)
(1)泵啟動后若有輕微泄漏現(xiàn)象,應(yīng)觀察一段時間。如連續(xù)運行4小時,泄漏量仍不減小,則應(yīng)停泵檢查。
(2)泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn),壓力波動不大于1公斤/平方厘米。
(3)泵在運轉(zhuǎn)中,應(yīng)避免發(fā)生抽空現(xiàn)象,以免造成密封面干摩擦及密封破壞。
(4)密封情況要經(jīng)常檢查。運轉(zhuǎn)中,當其泄漏超過標準時,重質(zhì)油不大于5滴/分,輕質(zhì)油不大于10/分,如2-3日內(nèi)仍無好轉(zhuǎn)趨勢,則應(yīng)停泵栓查密封裝置。
密封”在我國的發(fā)展源遠流長,古人曾經(jīng)用棉、麻等纖維來做提水機械的密封件,而國外到1782年才使用填料。密封的重要性,在這里就不多說了,如今國外 已經(jīng)出現(xiàn)研究密封規(guī)律、密封裝置設(shè)計技術(shù)和應(yīng)用科學(xué)原理的學(xué)科——“密封學(xué)”,科研院校也有專門研究密封學(xué)的專業(yè)課程,而在我國,迄今為止,據(jù)我所知,大 學(xué)里有流體力學(xué)和液壓傳動等課程,但還沒有一個專門研究密封的“密封系”,所以我們的研究水平與國外相比,還是有所差距的。
密封所設(shè)計的專業(yè)領(lǐng)域非常多,除了材料和機械方面,還有力學(xué)(包括流體力學(xué)、邊界層理論等等)、摩擦學(xué)、自動控制等等。所以對密封來講,研究難度也是相對較大的。國內(nèi)密封行業(yè)的水平,個人認為與國外相比差距應(yīng)該不少于50年。
關(guān)于密封原理
想學(xué)習(xí)密封,就一定要先了解泄漏,泄漏的原理了解了,那相對應(yīng)密封的機理也就有了。泄漏無外乎有三種——
一是穿漏,也就是密封面間隙間的泄漏
二是滲漏,也就是密封的流體通過密封件材料的毛細管的泄漏
三是擴散,是指在濃度差的作用下,密封介質(zhì)通過間隙或材料的毛細管發(fā)生的物質(zhì)傳遞。
關(guān)于密封方法
密封方法大致有這么幾種——
1、盡量減少設(shè)置密封的部位
2、堵塞和隔離
3、引出或注入
4、增加泄漏阻力
5、在通道中增設(shè)做功元件
6、多種密封方法組合
常見的密封形式
墊片密封、填料密封、機械密封、非接觸型密封以及注劑式帶壓堵漏是常見的密封形式。其中填料密封應(yīng)該算是最常見的,它還包括軟填料密封、硬填料密封和成 型填料密封。成型填料密封包括我們常見的O形圈、Y形圈、油封等等。非接觸型密封包括間隙密封、迷宮密封、浮動密封、動力密封、磁流體密封和全封閉式密封。
常用墊圈性能及新材料和新技術(shù)
1、常用墊圈性能
使用閥門時,往往根據(jù)具體情況,更換原帶墊圈。常有墊圈有:橡膠平墊圈、橡膠O形圈、塑料平墊圈、聚四氟乙烯包墊圈、石棉橡膠墊圈、金屬平墊圈、金屬異形墊圈、金屬包皮墊圈、波形墊圈、纏繞墊圈等。
(1)橡膠平墊圈:變形容易,壓緊時不費力,但耐壓、耐溫能力都較差,只用于壓力低、溫度不高的地方。天然橡膠有一定耐酸堿性能,使用溫度不宜超過60℃;氯丁 橡膠也能耐某些酸堿,使用溫度80℃;丁腈橡膠耐油,可用至80℃;氟橡膠耐腐蝕性能很好,耐溫性能也比一般橡膠強,可在150℃介質(zhì)中使用。
(2)橡膠O形墊圈:斷面形狀是正圓,有一定的自緊作用,密封效果比平墊圈好,壓緊力更小。
(3) 塑料平墊圈:塑料的最大特點是耐腐蝕性好,大部分塑料耐溫性能不好。聚四氟乙烯為塑料之冠,不但耐腐蝕性能優(yōu)異,而且耐溫范圍比較寬闊,可在-180℃~+200℃之內(nèi)長期使用。
(4)聚四氟乙烯包墊圈:為了充分發(fā)揮聚四氟乙烯的優(yōu)點,同時彌補它彈性較差的缺點,做成聚四氟乙烯包裹橡膠或石棉橡膠的墊圈。這樣,既同聚四氟乙烯平墊圈一樣耐腐蝕,又有良好的彈性,增強密封效果,減小壓緊力。其斷面形狀如圖4-20所示。
(5)石棉橡膠墊圈:由石棉橡膠板剪成。它的組分是60~80%的石棉和10~20%的橡膠,以及填充劑、硫化劑等。它有很好的耐熱性、耐冷性、化學(xué)穩(wěn)定性,而 且貨源豐富,價格便宜。使用時,壓緊力不必很大。由于它能粘附金屬,所以最好表面涂一層石墨粉,以免拆卸時費勁。
石棉橡膠板有四種顏色:灰色,用于低壓(牌號XB-200,耐壓≤16公斤/平方厘米,耐溫200℃) ;紅色,用于中壓(牌號XB-350,耐壓可達40公斤/平方厘米,耐溫350℃) ;紫紅色,用于高壓(牌號XB-450,耐壓100公斤/平方厘米耐溫450℃) ;綠色,用于油類,耐壓性能也很好。
(6)金屬平熱圈:鉛,耐溫100℃;鋁430℃;銅315℃;低碳鋼550℃;銀650℃;鎳810℃;蒙乃爾(鎳銅)合金810℃,不銹鋼870℃。其中鉛耐壓能力較差,鋁可耐64公斤/平方厘米,其他材料可耐高壓。
(7)金屬異性墊圈:
透鏡墊圈:有自緊作用,使用于高壓閥門。
橢圓形墊圈:也屬于高壓自緊墊圈。
錐面雙墊圈:用于高壓內(nèi)自緊密封。
此外,還有方形、菱形、三角形、齒形、燕尾形、B形、C形等,一般只在高中壓閥門中使用。
(8)金屬包皮墊圈:金屬既有良好的耐溫耐壓性能,又有良好的彈性。包皮材料有鋁、銅、低碳鋼、不銹鋼、蒙乃爾合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纖維等。
(9)波形墊圈:具有壓緊力小,密封效果好的特點。常采用金屬與非金屬組合的形式。
(10)纏繞墊圈:是把很薄的金屬帶和非金屬帶緊貼在一起,纏繞成多層的圓形,斷面呈波浪狀,有很好的彈性和密封性。金屬帶可用08鋼、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、銅、鋁、鈦、蒙乃爾合金等制作。非金屬帶材料有石棉、聚四氟乙烯等。
以上,講述密封墊圈性能時,列舉了一些數(shù)字。必須說明,這些數(shù)字跟法蘭形式、介質(zhì)情況和安裝修理技術(shù)等有密切的關(guān)系,有時可以超過,有時達不到,而且耐壓和耐溫性能,也是互相轉(zhuǎn)化的,例如溫度高了,耐壓能力往往降低,這些細微的問題,只能在實踐中體會。
2、新材料和新技術(shù)
以上介紹的密封墊圈還很不全面,況且密封技術(shù)正處于迅猛發(fā)展中。下面舉例介紹幾項新材料和新技術(shù)。
(1) 液體密封:隨著高分子有機合成工業(yè)的迅猛發(fā)展,出現(xiàn)了液態(tài)密封膠,使用于靜密封;這項新技術(shù),通常叫做液體密封。液體密封的原理,是利用液態(tài)密封膠的粘附 性、流動性和單分子膜效應(yīng)(越薄的膜自然回復(fù)傾向越大) ,在適當壓力下,使它象墊圈一樣地起作用。所以對使用著的密封膠,也叫做液體墊圈。
(2)聚四氟乙烯生料密封:聚四氟乙烯也是高分子有機化合物,它在燒結(jié)成制品之前,叫做生料,質(zhì)地柔軟,也有單分子膜效應(yīng)。用生料做成的帶叫生料帶,可以卷成盤 長期保存。使用時能自由成形,任意接頭,只要一有壓力,便形成一個均勻地起著密封作用的環(huán)形膜。作為閥門中閥體與閥蓋間的墊圈,可在不取出閥瓣或閘板的情 況下,撬開一縫隙,塞進生料帶去就行了。壓緊力小,不粘手,也不粘法蘭面,更換十分方便。對于榫槽法蘭最適宜。聚四氟乙烯生料,還可做成管形和棒狀,作密 封用。
(3)金屬空心O形圈:彈性好,壓緊力小,有自緊作用,可選用多種金屬材料,從而在低溫、高溫和強腐蝕性介質(zhì)中都能適應(yīng)。
(4) 石墨板密封圈:在人們印象中,石墨是脆性物質(zhì),缺乏彈性和韌性,但經(jīng)過特殊處理的石墨,卻是質(zhì)地柔軟,彈性良好。這樣,石墨的耐熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性,便可 以在墊圈材料中得以顯示;而且這種墊圈壓緊力小,密封效果異常優(yōu)越。這種石墨還能做成帶,跟金屬帶配合,組成性能優(yōu)異的纏繞墊圈。石墨板密封圈和石墨 ----金屬纏繞墊圈的出現(xiàn),是高溫抗腐蝕密封的重大突破。這類墊圈,國外已經(jīng)大量生產(chǎn)和使用。