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动设备密封简述,我厂动设备常见的密封有 填料密封、机械密封、干气密封、迷宫密封等,密封的必要性 目前国内外石化行业普遍用压缩机和泵来输送各种气体、液体。为了防止或限制这些气体和液体沿动设备旋转轴端部泄漏到大气中去，就必须采用各种轴端密封装置，以便维持主机的正常运转， 降低物料和能源的消耗, 防止环境污染和保证人身及设备安全。,一、 填料密封,填料密封按其结构特点可分为： 软填料密封 硬填料密封 成型填料密封 油封,1、软填料密封：盘根 盘根也叫密封填料。通常由较柔软的线状物编织而成，通过截面积是正方形的条状物填充在密封腔体内,靠压盖产生压紧力，压紧填料，迫使填料压紧在密封表面(轴的外表面和密封腔)上，产生密封效果的径向力，因而起密封作用。盘根主要以石墨、各种纤维为主要材料，根据不同的要求，采用碳纤维、铜丝等材料加强。,聚四氟乙烯 盘根,柔性石墨盘根,软填料密封的原理,1)流体泄漏的通道 通道 a：流体穿透纤维材料编织的软填料而出现渗漏；通道 b：填料与填料箱体内壁表面间形成的微小间隙；通道 c：填料与轴杆表面的微小间隙，也是主要的泄漏通道。,盘根之所以能起到密封的作用，其原理主要在于轴承效应和迷宫效应。 盘根的轴承效应是指在盘根填料和轴之间，会因为张力的作用形成一层液膜，使盘根填料和轴形成类似于滑动轴承的关系，这样盘根填料和轴就不会因为过度摩擦而出现磨损。 盘根的迷宫效应则是指，轴的表面平整程度无法达到相等水平，盘根和轴只能部分贴合而做不到完全贴合，在盘根和轴之间永远存在着极为微小的间隙，这些间隙就形成了迷宫带，介质在其中被多次节流，而达到密封的作用。,盘根编织,交叉编织,纤维,阻隔剂润滑剂,盘根的编织通过交叉编织，可有效的把阻隔剂和润滑剂封闭在盘根内部。表面磨损，内部润滑依然存在；内在的阻隔剂可阻挡介质穿透,填料的润滑能影响磨损状况，并直接影响填料的寿命和密封能力。 大多数编织填料浸渍各种自润滑性和耐温性能好的润滑材料，也有从外部供给或直接利用泄漏液体作为润滑剂。润滑剂在起润滑的同时，还具有带走摩擦热、减少填料的热磨损功能。因此，强制的润滑与冷却在高温、高压、高转速的工况的泵，反应釜搅拌轴等填料密封中处于十分重要的地位。,填料的选择,盘根填料所选择的制造材料，决定了盘根的密封效果，一般来说盘根制造材料要受工作介质温度、压力及酸碱度的限制，且盘根所工作的机械设备的表面粗糙程度、偏心及线速度等，也会对盘根的材质选择有所要求。 石墨盘根能耐高温、高压，是解决高温、高压密封问题的最有效的产品之一。耐腐蚀，密封性能优异，且作用稳定、可靠。石墨盘根。适用介质的PH范围：0-14，通常用于动密封部位。石墨盘根使用温度：-100-850石墨盘根使用压力：0-30.0MPa; 芳纶盘根是一种高强度的有机纤维，编织成的盘根再经浸渍聚四氟乙烯乳液和润滑剂。这种盘根特别适用于含有固体颗粒介质的动密封部位。适用范围：最高使用温度：260;最高使用压力：10.0MPa;PH值：213; 聚四氟乙烯盘根是以纯聚四氟乙烯分散树脂为原料,先制成生料薄膜,再经过捻线,编强织成盘根.可广泛用于食品、制药、造纸化纤等有较高清洁度要求，和有强腐蚀性介质的阀门、泵上,填料密封是接触式密封，应用较广。结构简单，更换方便，成本低廉，对旋转运动的轴允许有轴向窜动。其不足是密封性能稍差，对于易燃、易爆、贵重或有毒的液体不宜采用。轴不允许有较大的径向跳动，功耗大，磨损轴，使用寿命短。,阀门盘根特点编织致密，强硬耐高压、线速度低,泵用盘根特点柔软，压缩性强、润滑性好线速度高,填料密封失效,老化偏心径向跳动轴向窜动,2、硬填料密封,填料函组件作用是阻止气缸内气体沿气缸与运动着的活塞杆外圆面之间的间隙向外泄露，此处填料密封是往复运动密封，是活塞压缩机的主要易损件之一，对其基本要求是密封性能良好并耐用。,往复压缩机密封件,为了改善填料、活塞杆的工作条件，提高使用寿命，填料需进行良好的冷却，以带走密封圈和活塞杆的摩擦以及气体压缩散发出的热量。常用的冷却方法是在填料盒上开设水道，冷却水在其中环形流动（如下图），这样能保证周向温度分布比较均匀，冷却水处于湍流状态，利于冷却。,C-502一组填料盒由哪些部件组成？其装配顺序？,为什么要用这样的形式和顺序？可以任意改变顺序吗？,CRPTFE,如上图所示，状态一为所需密封的工作气缸端被压缩时，填料密封环由于受气体力的作用靠向低压侧，气体从填料密封环与填料盒杯槽之间的轴向间隙和径向环的切口间隙中进入填料的外侧，在气体力的作用下形成三个密封面：径向环与切向环切口错开形成密封面、切向环与活塞杆表面形成密封面、切向环与杯槽侧面形成密封面。这样就阻止了气体的泄漏，从而起到密封作用；当气缸吸气时，气体通过径向环的切口间隙部分回流进气缸。 在压缩机的往复运行周期内：在压缩阶段，气缸内的高压气体作用在填料密封环上，在填料密封环前后形成压差，各密封面在气体压差的作用下能够很好的工作，气体逐步泄漏到随后的填料杯槽里并形成类似的密封形式，最终保证整个填料盒的密封效果；在吸气阶段，由于气体通过填料密封环组中径向环的切口回流到气缸，填料杯槽内的气体压力逐渐下降，因此这样就可以保证在下一个压缩过程中，填料密封环的前后又能建立起新的压差，使填料密封环形成三个密封面，起到密封作用。,活塞密封,活塞环工作原理,活塞环开口间隙,气体从高压侧第一道环逐级漏到最后一道环时，每一道环所承受的压力差相差较大。第一道活塞环承受着主要的压力差，并随着转速的提高，压力差也增高。第二道承受的压力差就不大，以后各环逐级减少。因此环数过多是没有必要的，反而会增加气缸磨损，增大摩擦功。,二、迷宫密封,迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。,由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和各级间的密封，其他的动密封的前置密封。,迷宫密封原理 在压差推动下，气流由高压侧向低压侧流动，当气流经过间隙时，由于流道变窄，流速增高，压力降低，即压能转变为动能，同时温度降低（热焓值减少），当气流以高速进入两齿之间的环形腔室时，气体突然膨胀产生剧烈漩涡，涡流摩擦使气流的大部分动能转化为热能，如此一齿一齿下来，达到密封效果。气体介质经过密封齿和轴之间的环形窄缝外漏时，经过一条曲折的迷宫式路线，所以叫迷宫密封。,从能量角度看：在间隙前后，气流的压力能转变为动能。到空腔后，一小部分动能又转变为压力能。强烈的漩涡，大部分动能转变为热能而耗损。 总压头总是下降的，能量散损越多，压头下降越多，泄漏量也随之降低，达到阻漏目的。,(图1)平滑型,(图2)曲折型,(图3)阶梯型,(图4)蜂窝型,迷宫密封结构,在离心压缩机和汽轮机的高速转轴伸出气缸的两端和转轴穿过隔板中心孔的地方，为了避免转动部件与静止部件摩擦碰撞，必须留有适当间隙，由于在这些间隙的前后都存在气体的压力差，这就必须要通过这些间隙发生泄漏，对中间隔板与转轴间的级间密封，只要求气体的泄漏量较小就可以了，因此均采用结构简单的梳齿式迷宫密封。对转轴伸出气缸两端处的轴端密,封，则要求泄漏量尽可能小或者一点也不漏，因此在采用梳齿密封的同时，往往还采取其它辅助密封措施，以降低或消除漏气量。 迷宫密封是利用增大局部损失以消耗其能量的方法来阻止气流向外泄漏，因此，它属于流阻形非接触动密封。,1、迷宫密封是非接触密封，无固相摩擦，不需润滑， 适用于高温、高压、高速和大尺寸密封条件。2、迷宫密封工作可靠，功耗少，维护简便，寿命长。3、迷宫密封泄漏量较大。如增加迷宫级数，采取抽气辅助密封手段，可把漏泄量减小，但要做到完全不漏是困难的。,迷宫密封有如下特点,三、机械密封,机械密封亦称端面密封，按国家有关标准定义为：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的弹力（或磁力）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。,机封总是由旋转部件（黄色部分）和静止部件（橙色部分）两大部分组成，两相对运动的动，静环面成为密封的主密封面,如图所示：轴通过紧定螺钉（5）和传动座（4），带动动环（2）旋转，静环（1）在防转销（7）作用下固定不动，依靠介质压力和弹簧力使动静环之间的密封端面紧密贴合，阻止了介质的泄漏。摩擦副表面磨损后，在弹簧（3）的推动下实现补偿。为了防止介质通过动环与轴之间泄漏，装有动环密封圈（6） 而静环密封圈（8）则阻止了介质沿静环和压盖（9）之间的泄漏。,双级小弹簧串联机封,机械密封典型结构,机械密封主要有以下四类部件。a.主要密封件：动环和静环。b.辅助密封件：密封圈。c.压紧件：弹簧、推环。d.传动件：弹簧座及键或固定螺钉 端面密封的静环、动环组成一对摩擦副，摩擦副的作用是防止介质泄漏。它要求静环、动环，具有良好的耐磨性，动环可以在轴向灵活地移动，自动补偿密封面磨损，使之与静环良好地贴合由于机械密封（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。 动环为硬质材料：碳化钨硬质合金 静环为相对软质材料：石墨、聚四氟乙烯,机械密封主要部件,弹性元件（弹簧、波纹管） 它主要起预紧、补偿和缓冲的作用，要求始终保持足够的弹性来克服辅助密封和传动件的摩擦、动环等的惯性，保证端面密封副良好的贴合和动环的追随性，材料要求耐腐蚀、耐疲劳。 辅助密封（0 形圈、V形圈、U 形圈、楔形圈和异形圈等）它主要起静环和动环的密封作用，同时也起到浮动和缓冲作用。要求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的密封性，静环有一定的浮动性，动环的密封元件能保证动环与轴或轴套之间的密封性和动环的浮动性。材料要求耐热等。,集装式机械密封,为什么采用集装式机械密封？,1、机械密封的正确安装对机械密封的安全可靠运转至关重要。为了达到最佳密封效果，必须严格限制密封的工作长度和安装尺寸并确保密封端面清洁、无尘、无污。 2、现场装配时，机械密封的工作长度和安装尺寸准确与否受到安装者操作技能的限制。如果安装不当，很有可能造成密封的泄露或早期失效。 3、集装式密封是将机械密封、轴套以及压盖作为整体的一体式设计，并且压盖上设计有必要的冲洗和冷却液接口。集装式密封在清洁的环境中进行预装配，精准的定位有效确保了密封最佳性能。,机械密封件的要求,稳定的液膜良好的润滑性能封液在密封腔内不会闪蒸或气化不含污染物和固体颗粒适当的粘度,如何更好的满足机械密封的这些要求？,机械密封的冲洗是一种控制温度、延长机械密封寿命的最有效措施。 冲洗的目的： 1、带走热量、降低密封腔的温度， 2、防止液膜汽化，改善润滑条件， 3、防止干运转和杂质沉积。 根据冲洗液的来源和走向，冲洗可分为自冲洗、外冲洗和循环冲洗。,机械密封的冲洗,密封冲洗的作用,机械密封常用材料的选用,清水，常温：(动)9Cr18，1Cr13堆焊钴铬钨，铸铁；（静） 浸树脂石墨，青铜，酚醛塑料。河水（含泥沙），常温：（动）碳化钨，（静）碳化钨海水，常温：（动）碳化钨，1Cr13堆焊钴铬钨，铸铁； （静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷。过热水100度：（动）碳化钨，1Cr13堆焊钴铬钨，铸铁； （静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷。汽油，润滑油，液态烃，常温：（动）碳化钨 1Cr13堆焊 钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂或锡锑合金石墨，酚醛塑料。汽油，润滑油，液态烃，100度：（动）碳化钨，1Cr13堆 焊钴铬钨；（静）浸青铜或树脂石墨。汽油，润滑油，液态烃，含颗粒：（动）碳化钨；（静） 碳化钨 。,路径 1 只要拧紧密封端盖垫片，此点就能起到密封的作用.路径 2 静环 O型圈.路径 3 旋转动环 与轴之间的O型圈. 路径 4 主密封摩擦幅端面,2,潜在的机械密封泄漏途径,机械密封典型失效原因分析,一、机械密封本身问题1、镶装不到位或不平整。 2、载荷系数太大或端面比压设计不合理。3、材质选用不当。 4、密封面不平。 5、密封面太宽或太窄。,二、辅助系统问题1、工况条件复杂，但没有冲洗等辅助设施。2、冲洗管堵塞。3、冷却管结垢。,硬质合金,石墨环,三、介质及工作条件问题1、介质腐蚀性强。2、介质中有固体颗粒。3、设备抽空。4、密封面结晶。5、介质粘度太大。,四、泵的问题1、轴的加工精度不佳、串轴、跳动、安装间隙过大。2、泵开启后振动太大。3、压盖垫环不佳。4、密封箱不平。5、机械密封安装没有达到应有的压缩量。,四、干气密封,干气密封即“干运转气体密封”是将开槽密封技术用于气体密封的一种新型轴端密封，属于非接触密封。干气密封作为一种非接触式密封是目前密封技术研究的热点,其极限速度高,密封性能好,寿命长,不需密封油系统,功率消耗少,操作简单及运行维护费用低。干气密封作为不需任何密封端面冷却和润滑用油的无维修密封系统,正取代浮环密封和迷宫密封而成为石化行业高速离心压缩机轴封的主体密封,单向螺旋槽,双向螺旋槽,动环槽形,动压槽,单向螺旋槽,双向螺旋槽,运行状态下的密封,干气密封原理,干气密封动环端面开有气体槽,气体槽深度仅有几微米,端面间必须有洁净的气体,以保证在静环和动环组件端面之间产生一层稳定性相当高的气膜使密封端面完全分离，以保证在两个端面之间形成一个稳定的气膜使密封端面完全分离.气膜厚度一般为几微米,这个稳定的气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙,间隙太大,密封效果差,而间隙太小会使密封面发生接触,产生的摩擦热能使密封面烧坏而失效.气体介质通过密封间隙时靠节流和阻塞的作用而被减压,从而实现气体介质的密封，几微米的密封间隙会使气体的泄漏率保持最小。动环密封面分为外区域和内区域,气体进入密封间隙的外区域有空气动压槽,这些槽压缩进来的气体.密封间隙内的压力增加将形成一个不被破坏的稳定气膜.稳定的气膜是由密封墙的节流效应和所开动压槽的泵效应得到的.密封面的内区域是平面,靠它的节流效应限制了泄漏量.干气密封的弹簧力很小,主要目的是为了当密封不受压时确保密封面的闭合。,单向槽：圆弧槽、螺旋槽、V形槽 优 点：动压效应强，气膜刚度大，抗 外界扰动能力强。 缺 点：不能反转。 双向槽：枞树、T、双L 优 点：可以长时间反转； 缺 点：较单向槽动压效应弱，气膜 刚度小，抗外界扰动能力较弱。 推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。动环：碳化钨 / 碳化硅静环：碳石墨,单向槽与双向槽的比较,在动力平衡条件下，作用在密封上的闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。,干气密封的自平衡,干气密封的自平衡,如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。,干气密封的自平衡,类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态。,1、密封使用寿命长、运行稳定可靠；2、密封功率消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右；3、彻底摆脱了对密封油的依赖，密封的安全性大大加；4、可实现介质的零逸出，是一种环保型密封；5、密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要维护。,干气密封的优点,干气密封的自平衡能力将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。 螺旋槽干气密封结构布置主要取决于密封工况条件(包括被密封气体组分、压力、温度, 轴的转速等)、安全性以及环保要求等。典型的结构布置有单端面、双端面及串级结构。,干气密封操作注意事项,不能反压 干气密封是利用下游泵送原理，在转动时将上游密封气体泵送到端面间的螺旋槽内，在坝的阻挡作用下形成气膜，打开密封端面。如果上游压力低于下游，则气体不能进入螺旋槽内，形不成气膜，端面打不开，密封很快就会损坏。所以必需始终保证干气密封各个密封端面上、下游压差为正压差（干气密封投用时先投一级密封气，后投二级密封气，停干气密封时，先停二级密封气，后停一级密封气；压缩机开停车N2置换时，要求密封气调节阀后压力高于压缩机缸体压力。）密封气不能带颗粒 密封端面打开间隙很小，一般为3微米左右，颗粒进入后会在密封端面上划痕，使泄漏量增加，同时，长期使用不洁密封气，微小的颗粒会填平螺旋槽，影响气膜形成，最终使端面损坏。干气密封气源要求干净、干燥，在一定温度、一定的压力下不碳化、不聚合的气体,密封气不能带液体 液体进入密封端面，由于液体粘度远大于气体，端面对液体的搅拌与切割将产生大量热量，使密封因温度急剧升高而损坏。此外，即使是微小的液滴进入端面，也会使密封不能长期稳定运行，因为微小的液滴在端面间会因温度升高而发生爆破现象，使端面间隙瞬时增大，泄漏量出现波动。 不能反转 对于单向旋转槽型设计的密封，严禁反转，因为反转时端面不但打不开，反而会越转越紧，密封会由于干摩擦温度升高而损坏。当然，对于设计为双向旋转的密封可以克服反向旋转带来危害，但在同等条件下，双向旋转的端面产生的气膜刚度小，抗干扰能力差。（一般压缩机进出口都有快开阀门，停机后，阀门迅速打开均压，防止压差大，压缩机反转，损坏干气密封。）,干气密封操作注意事项,C-301内投用隔离气的作用？,当干气密封动静环断面之间有油存在时，油就会在动静环之间形成一层几微米厚的油膜，这层油膜使动环端面上的气槽丧失吸入气体的工作能力。但这还不足以造成机内介质气体的外泄，因为有油膜阻碍了气体。真正的原因在于动静环之间摩擦产生的热量被中间的油膜吸收，但是并没有散热的地方，持续升温导致动静环由于过热产生脆裂，最终使干气密封报废。,碳环密封属于浮动密封的一种，因其材质为炭精而得名。碳环密封的结构包括环形密封腔体和环形轴套，密封腔体内有环形槽，槽内至少装有二个截面为矩形的环形石墨密封环，石墨密封环的内径与环形轴套之0.010.04mm的间隙，轴套外表面涂有耐磨层，涂层材料一般为三氧化二铝或氧化二硌。碳环密封有时需要增加隔离气，通常使用氮气，氮气耗量能控制2540m3/h，主要应用于密封易燃有毒介质。碳环密封由于操作维修简单，密封性好，得到广泛的应用。采用有隔离气注入的外侧迷宫密封，防止轴承腔的润滑油气向密封腔扩散。需要降低隔离气用量时，可以使用碳环隔离密封。由于负载时高高磨损限制了使用寿命，所以不推荐使用轴接触的碳环隔离密封,碳环隔离密封,密封隔离密封,谢谢大家！,