機械密封的組成、材料、運行與維護

機械密封件介紹

機械密封件屬于精密、結構較為復雜的機械基礎元件之一，是各種泵類、反應合成釜、透平壓縮機、潛水電機等設備的關鍵部件。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。

機械密封件基本知識

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

應注意問題

1、安裝時注意事項

a、要十分注意避免安裝中所產(chǎn)生的安裝偏差

（1）上緊壓蓋應在聯(lián)軸器找正后進行，螺栓應均勻上支，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。

（2）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。

b、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。

c、動環(huán)安裝后髯保證能在軸上靈活移動，將動環(huán)壓向彈簧后應能自動彈回來。

2、拆卸時注意事項

a、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?？勺鲆粚︿摻z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。如果結垢拆卸不下時，應清洗干凈后再進行拆卸。

b、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。

c、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

a、全面檢查機械密封，以及附屬裝置和管線安裝是否齊全，是否符合技術要求。

b、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，應查清原因設法消除。如仍無效，則應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。

c、按泵旋向盤車，檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動時，則應檢查裝配尺寸是否錯誤，安裝是否合理。

2、安裝與停運

a、啟動前應保持密封腔內(nèi)充滿液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時，應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。

b、對于利用泵外封油系統(tǒng)的機械密封，應先啟動封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng)。

c、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)

a、泵啟動后若有輕微泄漏現(xiàn)象，應觀察一段時間。如連續(xù)運行4小時，泄漏量仍不減小，則應停泵檢查。

b、泵的操作壓力應平穩(wěn)，壓力波動不大于1公斤/平方厘米。

c、泵在運轉(zhuǎn)中，應避免發(fā)生抽空現(xiàn)象，以免造成密封面干摩擦及密封破壞。

d、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、密封裝置設計技術和應用科學原理的學科——“密封學”，科研院校也有專門研究密封學的專業(yè)課程，而在我國，迄今為止，據(jù)我所知，大學里有流體力學和液壓傳動等課程，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。

密封所設計的專業(yè)領域非常多，除了材料和機械方面，還有力學（包括流體力學、邊界層理論等等）、摩擦學、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該不少于50年。

關于密封原理

想學習密封，就一定要先了解泄漏，泄漏的原理了解了，那相對應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。

關于密封方法

密封方法大致有這么幾種——

1.盡量減少設置密封的部位

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

一) 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等有密切的關系，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。

二) 新材料和新技術

以上介紹的密封墊圈還很不全面，況且密封技術正處于迅猛發(fā)展中。下面舉例介紹幾項新材料和新技術。

(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，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(越薄的膜自然回復傾向越大) ，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，它在燒結成制品之前，叫做生料，質(zhì)地柔軟，也有單分子膜效應。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。

(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。

審核編輯 ：李倩