机械密封的基本原理篇1
关键词：密封；机械密封；tRiZ理论；磁力
机械密封是一种至少有一对垂直于旋转轴的端面，在补偿元件和介质压力的作用下而防止流体泄露的密封装置，也称为端面密封。它是流体机械和动力机械中不可缺少的零部件[1]。由于机械密封具有泄漏量少、功率损耗小、寿命长等优点，所以被广泛应用于离心泵、离心机以及反应釜等设备[2]。机械密封按密封端面接触状态可分为接触式机械密封和非接触式机械密封，本文主要针对非接触式机械密封进行研究。非接触式机械密封的基本原理是介质通过相对转动的动环和静环间的间隙时，形成一极薄的流体膜，从而产生阻力，阻止泄漏[3]。流体膜压力由流体动压效应产生的流体动压型机械密封和流体膜压力由流体静压力效应产生的流体静压型机械密封都属于非接触式机械密封。其中流体动压型机械密封能较好的满足高pV工况，且具有省工、泄漏小、工作寿命长等优势，因此广泛应用于宇航、海洋、核能利用等工业[4]。但对于反应釜、搅拌机等主轴转速较低的设备，过低的转速难以形成足够的流体膜开启力和刚度，无法保证密封的正常运转[5]。在近年来的机械密封设计中，研究人员对摩擦副、材料、密封动静环的结构方面进行了很多研究，但缺乏对密封装置整体机构改变的创新。本文主要针对非接触式机械密封现研究阶段所存在的问题，以tRiZ理论为指导，以实现非接触式机械密封端面间隙可主动调控为目标，进行创新设计。
1.tRiZ理论简介
tRiZ的含义是发明问题的解决理论，其拼写是由“发明问题解决理论”俄语含义的单词置换成英语单词的字头组成的。该理论是前苏联G.S.altshuler及其领导的一批研究人员，在分析研究世界各国250万件专利的基础上，提出的由解决技术问题和实现创新开放的各种方法、算法组成的综合理论体系。tRiZ是一种基于知识的、面向人的、系统化的解决发明问题的理论[6，7]。tRiZ解决问题的流程：首先，将领域问题应用39个工程参数转化为tRiZ标准问题；然后，应用tRiZ的40条原理得到tRiZ的标准解；最后，针对实际问题，应用专业知识，通过类比思维将标准解转化为解决实际问题的领域解。
2.机械密封创新设计过程
2.1问题分析
传统的非接触式机械密封结构如图1所示，它存在两个问题：其一是无法主动调整密封端面间隙。因受密封系统本身及外界干扰，如密封环端面划痕、轴向窜动、力（热）变形、端面磨损、压力波动、操作不当等导致工况发生波动时，由于无法对密封间隙进行主动控制，密封稳定性可能会受到影响。其二是密封间隙大小及端面流体膜稳定性严重依赖于机组工况及介质条件，特别是机组转速。密封面间较高的相对转速有利于获得更大的流体膜承载力和刚度，但给定机组的转速往往是不可改变或只能在一定范围内变化的，这极大限制了高性能端面流体膜的形成，导致机械密封的性能和使用范围受到了限制。现欲设计一种机械密封结构，实现密封端面间隙的主动调节，使密封的稳定性不再与机组转速直接相关和受其约束，能适用于转速更加广泛的场合。
图1传统动压非接触式机械密封结构图2非接触式磁力密封结构
2.2应用tRiZ解决技术矛盾
首先，将机械密封中的问题抽象成tRiZ中的39个标准工程参数。由分析问题的结果，我们可知希望改进的参数是：结构的稳定性、适应性或多用性，恶化的参数为：监控与测试的困难性、装置的复杂性。由tRiZ矛盾矩阵查得发明原理号为35、22、39、23和15、29、37、28。经过分析，选取23（反馈原理）、28（置换机械系统原理）。
利用tRiZ的第23（反馈原理）、28（置换机械系统原理）发明原理，对传统非接触式机械密封结构进行改进，在传统非接触式机械密封中加入传感器，实时检测密封间隙的变化情况，实现密封端面间隙的主动可调。用电磁驱动系统置换机械系统，以电磁力代替传统非接触式机械密封的流体膜动、静压力来获得开启力和闭合力，使密封间隙大小及端面流体膜稳定性不再依赖机组工况。改进后的非接触式机械密封结构如图2所示。同轴设置有旋转密封环和静止密封环，并以其轴向端面实现密封。动环为可作轴向位移且两轴向端面均为密封面的铁磁材料或永磁材料结构，两个静环分别设置于动环的轴向两侧，与动环相对的端面为密封面。动环与两静环之间存在一定大小的间隙，分别为h1和h2。两个静环分别开有一个大小相同的环形槽，槽内缠绕面积相等的线圈组。在两静环的边缘分别装有一个传感器，以便检测动环的偏移量信号。
2.3非接触式磁力机械密封工作原理
图3密封控制系统工作原理
上述非接触式磁力机械密封工作时，动环随转轴转动，由通电控制结构向两静环中的线圈通电，两静环分别对动环产生方向相反的电磁吸引力，该电磁作用力与密封端面间介质流体压力综合后形成对动环的大小相等、方向相反的吸引力，使动环悬浮于两静环之间的平衡位置，两侧密封端面间隙处于设计状态，实现密封环间的非接触式机械密封。运行过程中，当出现扰动，导致动环发生轴向位移偏离了平衡位置，即其动环两侧的密封间隙发生了增大/减小的改变，设置在各密封间隙部位的传感器结构即可将相应的位置偏移量信号反馈到其所连接的通电控制结构，与预设范围进行比较运算和放大处理后，转换为相应增大或减小的控制电流，分别加载到两静环中的对应电磁线圈上，改变其两侧电磁铁对动环的磁性作用力，通过两侧电磁铁的合力使动环重新恢复到设定的平衡位置。
以上是基于tRiZ理论完成的一种非接触式磁力机械密封设计，体现了tRiZ理论在创新设计中应用的高效性。该装置改善了非接触式机械密封运行的稳定性，使其能够适用于转速更加广泛的场合。
3.结论
本文运用tRiZ理论对非接触式机械密封进行了创新设计，在分析实际问题的基础上，确定了结构的稳定性和监控与测试的困难性、适应性或多用性和装置的复杂性之间的冲突领域，用tRiZ中的标准参数来描述冲突，查找矛盾矩阵，确定发明原理，设计出非接触式磁力机械密封。此设计解决了一直困扰传统非接触式机械密封的问题，即无法主动调整密封端面间隙和密封端面间隙大小及端面流体膜稳定性严重依赖于机组工况的问题，使密封的稳定性不再受机组转速的约束和影响，因此适用于转速更加广泛的场合且都能具有良好的动态性能，增强了非接触式机械密封运行的可靠性和稳定性，具有良好的可实施性。
参考文献：
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[7]沈萌红.创新的方法--tRiZ理论概述[m].北京：北京大学出版社，2011.
作者简介：
机械密封的基本原理篇2
关键词：机械密封失效措施
0引言
泵是各领域使用最广泛的通用机械之一，其品种、规格繁多，绝大多数类型的泵存在一个基本的共性问题——“泄漏”，长期以来，人们主要致力于研究解决泵的密封泄漏问题。
在泵、风机、搅拌釜等旋转设备中，机械密封件是防止泄漏的关键，它最早出现于19世纪末期，当时的结构相当简单，仅由一个橡胶弹性体和金属（壳体）相摩擦，到二战期间，美国开始在化工流程泵上使用机械密封，二战后，随着石油化工行业的迅猛发展，机械密封在西方国家也发展迅速，至70年代，西方国家的炼油行业的流程泵80%采用机械密封，机械密封的应用范围也迅速扩大。其结构类型、端面材料的使用也迅速增加。我国在50年代末期，开始进行机械密封的研究，至70年代，形成了我国标准的JB1472标准的泵用和HG5-748-78；HG5-751～756-78釜用两大系列机械密封，奠定了我国机械密封行业的基础。
机械密封具有密封性好、性能稳定、侧漏量少、对轴的磨损量少等优点，其本身是一种要求较高的精密部件，在使用机械密封时，应尽可能地分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于各种泵的技术要求和使用介质要求且有充分的条件，这样才能保证密封长期可靠地运行。作者通过在学习和实践中的不断积累，对泵用机械密封失效的原因进行了总结和分析。
1机械密封的结构和工作原理
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，该端面在流体压力及机械弹簧的作用下，依靠辅助密封的配合与另一端面相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用，从而防止流体泄漏。
机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧元件产生压力，可使泵在运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止介质进入密封端面。密封元件的作用是密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙，同时缓冲对泵的振动、冲击。机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件，它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的，同时通过其基本原理可以看出，机械密封的正常运行是有条件的，例如：泵轴的窜动量不能太大，否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压；机械密封处的泵轴不能有太大的挠度，否则端面比压会不均匀等等。只有满足类似这样的外部条件，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。
2机械密封失效时的常见现象及分析
（1）工作时发生尖叫或嗡鸣
机械密封环所用材料，如不锈钢、铝、铬合金等，其表面金属环接触腐蚀性介质，而金属自身又不耐腐蚀，就会表面腐蚀。在生产运行过程中，缺氧条件下新氧化膜很难形成，使电偶腐蚀加剧，造成表面均匀腐蚀，并破坏了静动密封面。就会导致逐渐泄漏，并发出摩擦声响。应安装旁路冲洗管路，加大管径和相应的节流装置的尺寸，加强密封端面的冷却，检查密封平衡设计，精确测量密封腔内的压力，温度及介质压力。
（2）波纹管发生径向裂纹或断裂
泵用机械密封选用堆焊硬质合金、铸铁、碳化钨、碳化钛等密封环材料时，容易出现机械应力破裂，因为材料在加工过程中，有本体应力的存在，如焊加工时，有残余应力，在工作环境中，若存在旋转离心力、摩擦热应力或运行过程中突然停电，系统配合不好，应力破坏就很难避免。温度越高，应力机械破裂就越快。裂纹出现的原因是机械密封的冷却水是循环水，在波纹管和轴之间有一个水夹套，波纹管与水夹套间隙直径为2mm，冷却循环水遇见高温介质后在波纹管内结成水垢，使波纹管失去弹性，产生径向裂纹。应将原来的压盖冷却水的进水和回水孔扩大，提高冷却水流速，降低滞留时间，减少机械密封波纹管结垢。
（3）石墨环表面出现深且粗的环状沟纹
在使用中，如果工作介质温度很高，再加上密封摩擦副端面的摩擦热，一旦冲刷系统发生故障，使得端面温度急剧升高，超过允许使用温度（一般在－105～250℃）时，其表面会析出树脂，摩擦面四周树脂会发生炭化，石墨炭化是使用碳―石墨环时密封失效的主要原因之一。高温还可使密封端面间的液膜汽化或闪蒸，产生残留物质，造成石墨环磨损，石墨环表面产生环状沟纹，碳化钨（动环）也易脱落。应改善状态，防汽化。
3机械密封泄漏点及泄漏形式
机械密封在泵类产品中应用广泛，而随着节约能源的要求和产品技术水平的提高，机械密封地应用前景将会变得更加广泛，机械密封的密封效果将直接影响整机的运行，密封失效后随即发生泄漏，将会严重影响生产正常运行。总体而言机械密封的泄漏点主要有五处：第一个点在动环与静环的接触面上。机械密封主要靠泵内液体压力及弹簧力将动环压贴在静环上，以达到密封防止泄漏。而两环的接触面上总会有少量液体泄漏，它可以形成液膜，一方面起到防止泄漏的作用，另一方面又起到的作用。第二个点在静环与压盖之间，属于静密封点。用有弹性的o形或V形密封圈压于静环和压盖之间，靠弹簧力使弹性密封圈变形而密封。第三个点在动环与轴套之间，此处也属静密封点。考虑到动环可以沿轴向窜动，可采用具有弹性和自紧性的V形密封圈来密封。第四个点在轴套与轴之间，属于静密封点，一般采用o形密封圈密封。第五个点在压盖和泵体之间，也是静密封点，可采用密封圈或垫片作为密封元件。
3.1机械密封泄露的检测步骤
现场检测密封泄漏的一般步骤是：首先判断泄漏源、断面密封问题产生的原因，由于密封介质汽化或闪蒸密封端面，先确定问题是否出现在端面不平、裂纹、破碎或爆破，发生热变形或机械变形、o型圈老化等。其次判断发生变形可能的原因，其中包括密封零件结构是否合理、强度不够或因材料及加工原因产生的残余变形等。然后检查安装，包括安装尺寸是否正确，安装时零件受力是否均匀，密封和材质是否适于使用工况，密封垫是否压紧，是否因螺栓力矩太大造成密封座变形，是否有安装损伤，必要时应予以更换。最后是启动前的调整，检查填料腔装配面和其他有关元件对轴线的垂直度、管道以及设备安装误差，起动设备前应将密封端面重新研磨以保证密封面的光滑平整。
3.2机械密封泄漏形式
3.2.1在安装静试时出现的泄漏
机械密封安装调试完成后，通常要进行静态测试来观察泄漏量，如果泄漏量较小，问题多出在动环或静环密封圈上；如果泄漏量较大，则表明动、静环的摩擦副之间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再进行手动盘车观察，若泄漏量没有明显变化则说明动、静环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可以断定是动、静环摩擦副之间存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则说明动环密封圈存在问题的可能性极大，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。
3.2.2机械密封试运转时出现的泄漏
安装静试完成后，由于运转时高速旋转产生的离心力会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：
（1）操作中因抽空、汽蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离。
（2）对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤。
（3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量。
（4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座。
（5）工作介质中有颗粒状物质，运转中颗粒物质进入摩擦副，损伤动、静环密封端面。
（6）设计选型有误，密封端面比压偏低或密封副材质冷缩性较大等。
上述现象在试运转中经常出现，有时条件允许，可以通过适当调整静环座的方式予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。
3.2.3设备在运转时出现的泄漏
（1）泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等导致的机械泄漏。
（2）设备运转时振动太大，动、静环与轴套间形成水垢使弹簧失去弹性而不能补偿密封面的磨损。
（3）对泵实际输出量测量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效。
（4）摩擦副损伤或变形而不能跑合。
（5）密封圈材料选择不当，溶胀失弹性。
（6）抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏，密封环发生龟裂。
还有一种机械密封发生泄漏的情况是泵在停运一断时间后再启动时，这种情况主要是由于摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧腐蚀、阻塞而失去弹性造成的。
4机械密封失效原因分析及措施
4.1失效原因分析
1、泵轴的轴向窜量大
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。端面比压的计算公式：
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pC：端面比压；pS：弹簧比压；FS：弹簧力；Δp：摩擦副内、外两侧的差压；λ：液膜反压系数；d0：轴向滑移面直径；d1：密封端面内直径；d2：密封端面外直径
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0.5mm以内。泵转子轴向窜动量大，辅助密封与轴的过盈量大，动环不能在轴上灵活移动。动、静环磨损后，得不到补偿位移。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。这种现象往往出现在多级离心泵中，尤其是在泵启动过程中，窜量比较大。
在多级离心泵中，采用平衡盘方法平衡轴向推力的工作原理：平衡盘工作时自动改变平衡盘与平衡环之间的轴向间隙，从而改变平衡盘前后两侧的压差，产生一个与轴向力方向相反的作用力来平衡轴向力。由于转子窜动的惯性作用和瞬态泵工况的波动，运转的转子不会静止在某一轴向平衡位置。平衡盘始终处在左右窜动的状态。平衡盘在正常工作中的轴向窜量只有0.105～0.11mm，满足机械密封的允许轴向窜量0.15mm的要求，但平衡盘在泵启动、停机、工况剧变时的轴向窜量可能大大超过机械密封允许的轴向窜量。
泵经过长时间运行后，平衡盘与平衡环摩擦磨损，间隙随着增大，机械密封轴向窜量不断增加。由于轴向力的作用，吸入侧的密封面的压紧力增加，密封面磨损加剧，直至密封面损坏，失去密封作用。吐出侧的机械密封，随着平衡盘的磨损，转子部件的轴向窜量大于密封要求的轴向窜量，密封面的压紧力减小，达不到密封要求，最终使泵两侧的机械密封全部失去密封作用。
2、泵轴的挠度和轴向力偏大
机械密封是一种旋转轴向的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封之间要受力均匀。但由于泵产品设计的不合理，泵轴运转时，在机械密封安装处产生的挠度较大，使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好。
机械密封在使用过程中是不能够承受轴向力的，若存在轴向力，对机械密封的影响是严重的。有时由于泵的轴向力平衡机构设计的不合理及制造、安装、使用等方面的原因，造成轴向力没有被平衡掉。机械密封承受一个轴向力，运转时密封压盖温度将偏高，对于聚丙烯类的介质，在高温下会被熔融，因此泵启动后很快就失去密封效果，泵静止时则密封端面出现间断的喷漏现象。
3、缺少辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设置不合理
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、、冲走杂物等作用。有时设计人员没有合理地配置辅助冲洗系统，达不到密封效果；有时虽然设计人员设计了辅助系统，但由于冲洗液中有固体颗粒杂质，如果固体颗粒杂质进入摩擦副端面起研磨剂作用，将会划伤或加快密封端面的磨损而失效，水垢在轴套表面的堆积速度超过摩擦副的磨损速度，致使动环不能补偿磨损位移，造成机械密封失效。冲洗液的流量、压力不够，冲洗口位置设计不合理等原因，也同样达不到密封效果。
4、振动偏大
机械密封振动偏大，最终会导致失去密封效果。但机械密封振动偏大的原因往往不是机械密封本身的原因，而是泵的其它零部件产生振动连带机械密封振动，例如泵轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因都会产生振动。
5、泵汽蚀的原因
由于装置系统操作不合理以及泵进口汽蚀性能不好、泵的转速偏高，在泵的入口处发生局部汽蚀，汽蚀发生后，水中会有气泡，它一方面会冲击机械密封面的外表面，使其表面出现破损；另一方面会使动静环的吻合面的流动膜中也含有气泡，不能形成稳定的流动膜，另外泵在启动、停止过程中，由于泵进口堵塞，抽送介质中含有气体等原因，有可能使密封腔出现负压，造成密封端面的干摩擦，使机械密封装置损坏。
6、安装、检修工艺不良
动、静环接触表面不平，安装时碰伤、损坏；动、静环密封圈尺寸有误差、损坏或未被压紧；动、静环表面有异物；动、静环V型密封圈方向装反，或安装时反边；州套处泄漏，密封圈未装或压紧力不够（弹簧压缩量一定要按规定进行，不允许有过大或过小的现象，误差±2mm，压缩量过大增加端面比压，摩擦热量过多，造成密封面热变形和加速端面磨损，压缩量过小动、静环密封端面比压不足，发生漏泄）。弹簧力不均匀，单弹簧不垂直，多弹簧长短不一；密封腔端面与轴垂直度不够；轴套上密封圈活动处有腐蚀点。
4.2针对机械密封失效采取的措施
1、消除泵轴窜量大的措施
合理地设计轴向力的平衡装置能有效的消除轴向窜量。为了满足这一要求，对于多级离心泵，比较理想的设计方案有两个：一个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；另一个是平衡鼓加轴向止推轴承，由平衡鼓平衡掉大部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承承担，同时轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。第二种方案的关键是合理地设计平衡鼓，使之能够真正平衡掉大部分轴向力。两种方案通过试验观测都能很好的削弱泵轴向窜量，见下图趋势：
对于其它单级泵、中开泵等产品，在设计时采取一些措施保证泵轴的窜量在机械密封所要求的范围之内。同时正确安装轴向止推轴承。在装配机械密封时，轴的轴向窜动量应小于0.1mm，辅助密封与轴的过盈量应适当，在保证径向密封的同时，动环装配后保证能在轴上灵活移动（把动环压向弹簧能自由地弹回来）。
2、消除轴向力偏大的措施
合理地设计轴向力平衡机构，使之能够真正充分地平衡掉轴向力，给机械密封创造一个良好的条件。有些重要的泵可以在转子上设计一个轴向测力环，对轴向力的大小进行监测，发现问题及时解决。
3、消除泵轴挠度偏大的措施
这种现象大多存在卧式多级离心泵中，在设计时采取的措施有：减少两端轴承之间的距离；泵叶轮的级数不要太多，在总扬程要求较高的情况下，尽量提高每级叶轮的扬程，减少级数；增加泵轴的直径；在设计泵轴直径的时候，不要简单地考虑传递功率的大小，而要考虑机械密封、轴挠度、启动方法和有关惯性负荷、径向力等因素；提高泵轴材料的等级。
4、增加辅助冲洗系统
在条件允许的情况下，尽量设计辅助冲洗系统。冲洗压力一般要求高于密封腔压力0.107～0.11mpa，如果输送介质属于易汽化的，则应高于汽化压力0.117～0.12mpa。密封腔压力要根据每种泵的结构形式、系统压力等因素来计算。轴封腔压力很高时或者压力几乎接近该密封使用最高极限时，也可由密封腔引液体至低压区，使轴封液体流动以带走摩擦热。密封的可靠性和寿命，在很大程度上取决于密封辅助系统的配置。对泵输送含有固体颗粒的介质时，应选用碳化钨对碳化钨摩擦副的机械密封。另外，机械密封的平衡程度？也影响着密封的磨损。在选择机械密封时，平衡程度β=75%左右最适宜。β〈75%，磨损量虽然降低，但泄漏增加，密封面打开的可能性增大。对于高负荷（高pV值）的机械密封，由于端面摩擦热较大，β一般取65%～75%为宜，对低沸点的烃类介质等，由于温度对介质汽化较敏感，为减少摩擦热的影响，β取80%～85%为好。
根据长期的实践和经验，冲洗量在3～30L/min，可根据密封规格（直径）和介质的种类选取（见下表）
泵用机械密封的冲洗量（转速3000r/min）
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5、消除泵汽蚀措施
①提高泵抗汽蚀性能；②确保泵入口不进气；③启动泵前将泵及管路中空气排净；④工况调节要适当。
6、消除泵振动措施
①泵检修时严格检修工艺标准；②加强维护检查，发现缺陷及时处理，避免缺陷扩大；③现场生产、操作、维修、调节时，严格把关，消除振动源。
5结束语
设计泵用机械密封时，不仅要考虑机械密封本身影响因素，而且要考虑机械密封外部各种影响因素。在实际工作中要注意以下几个问题：
第一、在泵产品设计过程中要充分考虑到泵其它零部件以及现场其它设备对机械密封使用效果的影响，为机械密封创造一个良好的外部条件。第二、增加对机械密封辅助系统的重要作用的认识，尽可能配备完善的机械密封辅助系统，以提高密封效果。第三、分析机械密封的质量事故的原因时，要充分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。
实践证明，机械密封的使用寿命长短是确保泵实现安全、环保、稳定运行的重要因素。只要泵本身运转正常，同时机封冲洗良好，所使用的机封符合质量要求，在检修或更换机封时能正确进行安装，就可保证机封长周期稳定运行。
参考文献：
[1]牟介刚.丙烷泵的设计与研究水泵技术：1999
[2]沈阳水泵研究所叶片泵设计手册.机械工业出版社
[3]如何提高泵用机械密封的性能及寿命.水泵技术
机械密封的基本原理篇3
关键词：聚醚装置离心泵密封结构改进设计
一、聚醚及其生产
1、聚醚
聚醚，是聚醚多元醇（polyetherpolyol）的简称，是一种低聚物，其主链含有醚键（—R—o—R—），端基或侧基含有大于2个羟基（—oH），是由起始剂（一般是多元醇、多元胺或含活性氢基团的化合物）与氧化烯烃在催化剂作用下发生开环聚合反应生成。通常来说，多元醇起始剂有丙二醇、乙二醇等二元醇，甘油、三羟甲基丙烷等三元醇以及戊四醇、木糖醇、山梨醇、蔗糖等多元醇；多元胺起始剂有二乙胺、二乙烯三胺等。根据其实际所含活性原子数目的所烧可以制成不同官能度的聚醚多元醇。氧化烯烃作为其主要原料之一，一般采用的是环氧乙烷（eo）、环氧丙烷（po）、环氧丁烷（Bo），其中以环氧丙烷应用最多。聚醚产量最大者为以甘油（丙三醇）作起始剂和环氧化物（一般是po与eo并用），通过改变po和eo的加料方式（混合加或分开加）、加量比、加料次序等条件，生产出各种通用的聚醚多元醇。聚醚主要被应用于两个方面，即硬质泡沫用聚醚系列以及软质泡沫用聚醚系列，在其他方面如弹性体等也有一定的应用。
2、聚醚的性质
聚醚多元醇的物理化学性能主要是由起始剂和氧化烯烃的类型及分子量来决定。起始剂活性氢的个数决定了聚醚的官能团度，不同的起始剂合成的聚醚反应活性相差很大，一般来说，分子量相差不大时，同时po类型的聚醚，乙二胺、苯胺类作为起始剂的聚醚活性最高，季戊四醇、这糖类多元醇作为起始剂的聚醚活性也较高，乙二醇、丙二醇作起始剂的聚醚活性较低。同类型的聚醚，羟值越高，分子量越小，反应活性越高，粘度越小。
大多数氧化烯烃类的聚醚都较多或全部选用po来合成，但也有一些品种，现用po和起始剂反映，而后用eo来封端，个别品种甚至全部使用eo来聚合。eo封端的聚醚通常比全为po的聚醚活性高，亲水性好，eo含量越高，这种趋势越明显。
3、聚醚的生产工艺
聚醚的生产原料分为三类，分别是氧化烯烃、起始剂与催化剂。首先需要对原料进行预处理，将起始剂与催化剂混合生成金属烃氧化物，再经真空脱水处理假如反应釜中。在金属烃氧化物进入反应釜前，需提前通入干燥氮气，作用有二，其一空气中的氧对聚合有阻聚作用，对聚醚有氧化作用，通入的干燥氮气可防止二者发生，其二，po与eo的爆炸极限分别为2.8%~37%、3%~100%。此外，聚醚的合成过程是由起始剂与氧化烯烃在催化剂作用下发生开环聚合反应，反应为放热反应，因此在反应后需及时散出反应热。反应完成后还需要进行中和、吸附、脱水、过滤、精馏等处理。
二、聚醚装置离心泵密封方式的设计使用现状
在生产过程中，由于聚醚生产原料与产物中含有腐蚀性、易燃易爆、有毒等危险特性的物质存在，其设备的安全性与密封性必须得到保障。在聚醚生成的反应阶段，离心泵作为辅助设备，帮助反应的进行，降低生产成本。由于资金、技术、原材料选择等方面的差异，泵类的选择也不尽相同。但是共同的选择标准只有一个，即实现泵类的绝对密封。以下将具体介绍目前聚醚装置中离心泵密封的相关情况。
现阶段，聚醚装置密封方式为单端面机械密封，由一对密封端面组成。此密封方式以轴向方式布置，具有两个密封环，分别为动环与静环。在其工作状态下，为了保证密封性的稳定，为了能使离心泵运转正常，在两个密封环之间需要加入液体薄膜。密封中用排出的物料填充满，再循环液经由离心泵的出口流向流量控制孔板，之后回到密封。在进入密封室，密封室与机械密封端面相毗邻，形成冷却液后流经密封，最终回到离心泵中。
目前单端面机械密封的密封方式被广泛应用于离心泵的密封中，但是其存在着明显的缺陷，即单短面机械密封的密封度不够，仍然存在泄漏，约5ml/h。由于聚醚生产过程中，介质存在威胁性，泄漏量的存在不可避免的会造成设备污染和损坏，甚至是人身伤害和环境污染。因此，单端面机械密封的密封性不够，使得聚醚生产存在安全隐患。
三、机械密封的结构特点
1、无冲洗水机械密封的结构特点：采用集装式设计，便于安装。无需固定冲洗水管路，只需周期性冲洗。每隔七天或两天以上停车前后，用水冲洗5分钟，冲洗水流量为10L/min。动、静环材料均采用SiC。设有集装板和集装槽，拆装时不用测量压缩量，方便、准确。机械密封区域的结构特点：脱硫系统中的浆液含有大量气泡，气泡容易在机械密封处聚集，破坏机械密封的润滑膜。在叶轮上开有足够的排气孔，保证泵在正常运转情况下机械密封不会干磨擦。锥形机械密封室，腔体容积大，保证机械密封能够充分的润滑和冷却。可避免大的颗粒接触机械密封。泵排水时容易泄空。
2、有冲洗水的机械密封的结构特点：需固定冲洗水管路，分为单端面机械密封和双端面机械密封。单端面机械密封与无冲洗水机械密封的内部结构基本相同。单端面有冲洗水机械密封又分为内冲式和外冲式。
内冲式：外部有一进水口，从进水口流入机械密封的水在摩擦副形成清洁冷却介质并同浆液一同排出。冲洗水量为0.9～1.2m/h，冲洗水的压力大于密封腔压力的0.1～0.2mpa。［密封腔压力＝（p+p）/2］
外冲式：外部有一进水口，一出水口。流入机械密封的水起冷却、冲洗摩擦副背面的作用。冲洗水量为0.9～1.2m/h，冲洗水的压力0.1～0.2mpa。
3、双端面机械密封的结构特点：在泵启动前，须先接通冲洗水，停泵3～5分钟后方可关闭冲洗水。（冲洗水的作用：一是封堵和平衡泵内浆体的压力，二是冷却机械密封部件。当泵进口压力p≥0时，冲洗水压力p=(p+p)，p为泵出口压力。动、静环材料均采用SiC。有两个外露管接头，装压力表侧为进水口，另一侧为出水口，冲洗水流量为泵流量的0.1-1%，泵输送流量较大时取小值，流量较小时取大值，但最小冲洗水水量不低于1m3/h。
四、聚醚装置离心泵密封方式的优化改进方法
1、改单端面机械密封为双端面机械密封
双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，区别在于双端面机械密封具有两道密封端，若一级密封失效，二级密封仍然可以进行，防止泄露发生。在工作时时，需要在两对面端间引入一般高于介质压力0.05~0.15pa的封液，以此改善端面间的润滑及冷却条件，同时可以将介质与外界隔离，大大降低了戒指泄漏的可能性。此外，密封液还有着检验一级密封是否失效的检测作用。一般双端面密封都需要外公密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。
与单端面机械密封相比，双端面机械密封的密封性能有了显著提升，在聚醚生产过程中，保证了离心泵的密封性，降低生产危险。
2、串联式机械密封
串联式机械密封是指由两套或两套以上同向布置的单端面机械密封所组成的机械密封。两套密封眼同一方向布置，密封腔压力逐级降低用于高压场合。串联式机械密封的优点体现在两方面。其一，密封腔数量变多由原本的一个变为两个。其二，密封腔内压力较小，其压力远小于冷却液压力，因此密封腔内的物质不会进入到冷却液中造成事故的发生。串联式机械密封方式的应用除了防止介质泄露，实际上也解决了介质进入冷却液而造成的事故的问题。
五、结语
综上所述，聚醚的生产在我国化工行业中占据着一定的地位，其生产工艺也随着行业的推进不断被推敲。聚醚装置中，离心泵作为其中必不可少的一项设备，其密封方式的改进一直为行业关注。目前行业多采用的单端面机械密封方式存在着密封性的问题，无法做到零泄漏，这就为聚醚生产埋下了隐患。文章首先对聚醚及其相关性只加以简要介绍，并对其生产工艺及流程加以阐述，以当下我国聚醚生产为现实依据，分析聚醚装置离心泵密封方式的运作及其不足，并有针对性地提出优化原理及方法，基于此旨在为我国未来聚醚装置离心泵密封方式优化与改进提供相应参考。
参考文献
机械密封的基本原理篇4
关键词：螺杆式冷冻机组 机械密封 泄漏 技术改造
一、引言
亚洲硅业（青海）有限公司2008年6月安装了4台JYSLG25FZ型螺杆式冷冻盐水机组，主要作用是将质量浓度约21%的氯化钙水溶液通过螺杆机组冷却为-20℃，再将-20℃的氯化钙盐水循环打入合成和精馏工序的换热设备，用于生产系统换热设备的制冷剂。自投用以来，螺杆压缩机机械密封曾多次发生油、R22泄漏故障。虽经多次检修，更换新的机械密封部件，但效果甚微。该机械密封频繁故障，不但损耗了大量油和R22，增加了检修费用，而且还给整个生产装置的安全稳定运行带来了很大的隐患。我们通过对造成机械密封泄漏的原因进行分析，提出并采取针对性的改进措施，从根本上解决了机械密封泄漏问题，确保了机组长周期安全运行。
二、机组的结构、及工作原理及工作过程
1.螺杆式制冷式压缩机组包括
螺杆式制冷压缩机、气路系统、油路系统和控制系统，这些设备（除启动柜之外）装在同一公共底座上，构成机组。螺杆式制冷压缩机主要由机体、转子、滑阀、轴封和联轴器五个部分组成。为了机械密封摩擦副端面，机械密封油采用油，由油站供油。
2.工作原理
螺杆式制冷压缩机的机体内装有两只互相啮合的平行转子——阳转子和阴转子。当两转子转动时，两转子的齿部相互插入到对方的齿槽内，随着转子的旋转，插入的长度越来越大，容纳气体槽的容积越来越小，从而达到压缩气体制冷剂的目的。为使压缩机正常工作，需要向压缩机内喷油，向压缩机工作腔喷油，可以起到密封和冷却的作用；轴承、轴封、平衡活塞的工作也需要提供油。
3.工作过程
3.1吸气过程
气体经过吸气孔口分别进入阴阳螺杆的齿间容积，随着两个齿间容积各自不断扩大，当其达到最大值时，齿间容积与吸气孔口断开，吸气过程结束。阳转子每旋转一周，压缩机完成四个吸气、压缩、排气过程。
3.2压缩过程
转子继续回转，“V”型的齿间容积对，因齿的相互侵入，其容积逐渐缩小，从而实现气体的压缩过程。
3.3排气过程
在齿间容积与排气孔口连通后，由于转子回转时容积的不断缩小，将压缩的气体送至排气管。
4.压缩机的主要技术参数为
制冷剂：R22；名义工况：-26/38℃；吸气压力，-0.06～2mpa；进气温度，-10～45℃；排气压力，≤1.5mpa；排气温度，≤70℃；制冷量：920Kw;主电机转速，2960r/min；额定功率，500kw;主电机电压，10KV；油压力，-0.12～1.5mpa。
三、机械密封泄漏原因分析
2010年7月，我们对螺杆压缩机进行了解体检查，轴封为机械式密封，机械密封的冷却及均由高压油来完成，进入的油压力比排气压力高0.15～0.30mpa.由于机械密封是在较高的压力区工作，所用摩擦材料具有足够的刚性和强度，静环选用耐压强度较高的碳化硅，动环选用石墨制成，它的弹性模数较大，其密封口端面经研磨和抛光加工，可达较高的光洁度。动、静环密封圈为o型环，材料为氯醇橡胶。经检测，动、静环及密封圈也没有损坏，故机械密封泄漏与其结构、材质选用无关。
为了保证机械密封面的良好贴合，需要保持一定的端面比压；但该端面比压又不能太高或过低，太高会使机械密封磨损加剧，过低又会使密封面开启失效。一般情况下机械密封推荐的端面比压值[1]为:一般介质，0.3～0.6mpa；低粘度介质，0.2～0.4mpa；高粘度介质，0.4～0.7mpa。
经过计算，螺杆压缩机机械密封密封端面比压为0.35mpa。因对于粘度大的油端面比压取值在0.4～0.7mpa比较适合，而本压缩机的机械密封实际端面比压值偏小，故在运行过程中，机械密封的密封面可能会开启，失去密封能力，造成油泄漏。故认为机械密封泄漏的主要原因是端面比压太小造成的。
四、改进措施
根据查得，内装内流旋转式平衡型机械密封端面比压计算公式：pb=pt+（k-λ）p1，及K=d22-d02/d22-d12得知：要增加机械密封端面比压值，提高密封性能的有效途径最有效的方案是增大弹簧比压pt和增加机械密封静环端面载荷系数。要增大弹簧比压需要改动机械密封动环弹簧座，比较不合理，因此在机械密封原结构基础上，其它尺寸不变，增加原静环密封端面的有效面积，是增大载荷系数进而增加端面比压的有效手段。改进前该机械密封结构参数为:机械密封动环密封面外径90mm。静环密封面外径91.2mm，密封面内径81.3mm。
1.扩大静环内径，增大机械密封端面比压
通过对机械密封静环密封面内径进行车削将内经扩大1mm,静环密封端面内径由81.6mm扩大到82.6mm，其它尺寸未变。经计算，机械密封内径车削后的载荷系数K=0.91，λ=0.6，弹簧比压pt选0.2mpa，代入公式pb=pt+（k-λ）p1计算，机械密封端面比压pb=0.63mpa，螺杆压缩机端机械密封端面比压满足密封油所要求端面比压推荐值0.4～0.7mpa，符合密封要求。
2.校核pV值
为了使机械密封达到长期安全运转的目的，还要求密封副的工作pV值小于许用[pV]值。由于该机组机械密封摩擦副采用的材质为碳石墨—碳化硅，查文献《实用机械密封技术问答》手册可知，该机械密封的许用[pV]值为180mpa·m/s，经计算得机械密封端面平均速度12.56m/s。pV值校核：端面比压与平均速度的乘积(端面比压出口端的p为1.5mp)，计算得到pV值为18.84mpa.m/s。
由上述计算结果可知，端面比压与平均速度的乘积在许用的[pV]值区间内，符合要求。
五、改进后的运行效果
自2010年7月，对螺杆压缩机的机械密封的静环进行车削改进投用后，机械密封效果良好无泄漏，投入运行后运转至今，运转状况良好，保证了压缩机安全运行，累计正常运行时间超过2年，至今未发生泄漏，密封效果非常好。仅配件和安装方面的经济效益就非常著。这种方法对解决工况相似的设备泄漏问题，有一定的参考价值。
参考文献
机械密封的基本原理篇5
关键词：机械密封；故障处理；维护；保养
机械密封在旋转设备上的应用非常广泛，机械密封的密封效果将直接影响整机的运行，严重的还将出现重大安全事故。
从机械密封的内外部条件的角度分析了影响密封效果的几种因素和应采取的合理措施。
1机械密封的原理及要求
机械密封又叫端面密封，它是一种旋转机械的轴封装置，指由至少一对垂直于旋转轴线的的端面在液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。它的主要功用将易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的端面密封。它广泛应用于泵、釜、压缩机及其他类似设备的旋转轴的密封。
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。
4、施工机械设备的维护与保养
在施工单位中，对于机械设备的管理应用已经越来越得到一定的重视。在其施工过程当中，施工机械设备的维护与保养在一定程度上可以制约施工单位的工程效益，因此，必须在管理中研究分析和解决所存在的各种问题因素，可以确保对机械设备的维护与保养管理，在提高施工单位的机械设备技术水平与管理方法，有利于增强施工单位在市场竞争力中发挥出主要作用。
4.1在施工机械设备的管理当中，由于对机械的保养制度没有落实到位，所以就导致了机械设备的完好率有所降低。一般施工企业在机械设备管理的使用方面通常都会注重使用却忽略了保养的作用，在实行了定人、定机的制度同时，忽略了设备保养制度的制约性，并没有明确地落实
到位。然而一般操作人员只会注重机械的使用，如果在出现问题的时候却没有进行及时的处理。另一方面，如果当机械设备在出现故障时需要进行维修，因维修人员没有足够的责任心，出于应付的心里，而不是在基础上解决问题，同样会造成机械设备故障的发展和扩大。再者，在机械设备出现故障时，负责操作维修的工作人员之间会存在相互推卸责任的情况，并没有从根本上意识到重要的性质。因此，在施工中不仅会影响到施工的进度与质量问题，同时也会增加了相应的费用，从而导致机械设备安全性的降低，也减少了使用的期限。
4.2在施工过程中，由于没有足够的机械设备管理措施，因此也就影响了正常的施工。在施工当中，一般工程项目面比较广，并且人员的调动与机械设备也比较复杂，作为管理部门也存在没有目的性的精简管理人员与机械设备，或者是合并相关的部门，从而也就会导致在具体操作与管理层之间出现脱节的现象，致使在施工机械设备方面的减弱。另一方面，在施工单位中并没有形成严格完整的管理制度，没有健立健全的施工机械设备的技术档案和技术资料，从而造成施工机械设备在管理上的混乱，也影响了正常的工程施工。
4.3在施工单位中没有注重机械设备所需的正常更新工作，从而出现施工效率降低等情况。当前，在一部分施工单位中所存在的机械设备的老化，存在的故障问题都没有得到有效的重视，对机械设备更新的比较缓慢。负责机械的管理人员只看重眼前的经济利益，没有想到长远的发展，更有甚者会违反国家的相关规定而继续使用，同时也就导致了施工机械设备出现故障的机率有所增加，这样不仅在安全方面给施工人员造成一定的威胁，并且在施工效率方面也会有所降低，增加了整体的施工成本，减少了工程效益，而影响到整个施工单位的发展。
5施工机械设备的维护和保养工作
5.1在施工机械设备的维修工作主要的作用就是可以延长机械设备的使用年限，也作为关键环节，应用科学合理的维修方法有效地延长机械设备使用时间。在延长机械零件使用期限的方法可以采用低成本的快速修理法，通过应用这种方法除了在设计机械时所应用的维修性的设计以外，还主要可以通过两种方式进行：①通过刷镀以及胶粘进行修复。在施工现场可以采用刷镀与胶粘的修复方法，它可以低成本并且快速的对失效零件进行有效的修复。②通过零件换位的方法进行修复。在施工机械设备中有很多的零件，比如在挖掘机、推土机和柴油朵缸套等零件，这些零件在工作运行过程中一般会承受单向的负荷作用。因此就会受到不够均衡性的磨损，但是通过适宜地更换受到磨损负荷的位置零件，从而促使它们可以受到均衡的磨损，也可以延长使用的期限。
5.2在施工机械设备中如果可以定期的对机械进行保养工作，对于延长机械设备的使用期限是非常必要的。在部分施工单位中加强对机械设备的保养工作是有明确规定的。然而，由于很多施工单位有明确规定对机械设备进行定期的保养，但是到施工期间如果工期比较紧张，任务比较重的时间，一般就会忽略了机械保养的规定，只要机械设备没有出现故障并且可以正常的运行就可以，没有必要对其进行保养工作。对机械设备进行保养主要是可以消除机械所存在的安全隐患，如果不及时进行保养，机械设备会出现故障问题，更有甚者会发生安全事故问题，所以，这样不但会增加相应的维修费用，并且还会延误工程进度。
6结论
总之，对于施工机械设备的维护与保养作为施工的系统工程，必须要充分全面的认识到施工机械设备因素方面的重要作用。所以，在工程施工中需要切实地提高加强机械设备的维护和保养工作，以科学合理指导方针，做到互相协调，积极的探索研究，运用先进的管理模式等。因此，在工程施工当中，需要加强提高机械设备的管理应用，准确及时的进行保养、维护，并且可以有效的减少机械设备所出现的故障，一直处于良好的管理状态中，发挥出一定的效能作用。
参考文献：
[1]机床电气维修技术问答.芮靖康.北京：中国水利水电出版社，1999.
机械密封的基本原理篇6
【关键词】化工泵；机械密封；初探
0前言
本文对机械密封的安装进行了概述，对化工泵机械密封泄漏失效的原因进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对化工泵用机械密封检修中的几个误区进行了探讨。
1机械密封的安装概述
机械密封是比较精密的部件，安装不好极易造成密封失效或密封寿命缩短，必须做好安装前的准备工作和安装后的试运转工作。从实际经验看，安装时应注意下述几个方面。
1.1对设备的精度要求
安装机械密封的部位因多次安装、修配、受介质腐蚀等而失去原有的精度，或是本身即是旧设备，若对这些设备不作任何检查，就安装机械密封，往往会造成密封失效，因此对安装机械密封的设备有一定的要求。
（1）轴与机械密封的同轴度偏差不大于0.20～0.25mm。
（2）轴的径向跳动
轴的径向跳动会使密封性能下降，泄漏量增加，过大的跳动，甚至使石墨碎裂。此外，动环密封圈与轴接触处由于长期跳动，在表面会出现沟槽，因此，对轴跳动规定有一定的允差。轴径为16～50mm时，径向跳动偏差≤0.04mm；轴径为55～120mm时，径向跳动偏差≤0.05mm。
（3）轴向窜动量
为使机械密封的弹簧力不变化过大，也为了防止平衡型机械密封动环与轴凸肩顶住而损坏零件，一般要求轴的轴向窜动量≤0.05mm。
（4）轴的表面粗糙度
为保证密封圈与轴间的密封，轴表面粗糙度要求不得低于3.2。
（5）密封腔处轴的安装检查
轴凸肩过渡部分与静环压盖处装静环的部位应有光滑的联接，以保证密封圈在通过凸肩时不致擦伤和卡破，同时在安装时可起导向作用，容易安装。
1.2安装检查
（1）查对
检查机械密封的型号与要求的是否相符，零件是否完全，密封圈尺寸是否合适，动环、静环表面是否光滑平整。
（2）清洗
用干净的洗油对机械密封的零件（除橡胶密封外）进行清洗，然后擦干，在擦干时注意保护密封面，不能擦伤、划痕、碰撞等。
（3）压缩量的确定
安装机械密封时，先从说明书上查到弹簧的工作长度，然后用卡尺量得弹簧的自由长度即可得到弹簧的压缩量，安装中应保证弹簧的压缩量偏差≤1mm。检查完毕后，按正确的顺序进行装配。
1.3运转
机械密封全部安装停当后，应予盘车，观察有无碰触之处，如感到存有摩擦现象，必须检查轴是否碰到静环，密封件有否碰到密封腔，否则应采取措施予以消除。运转前，可先加水试验，观察密封面处有否渗漏，如有应仔细检查调整直至无泄漏。
2化工泵用机械密封安装的要求
设备的密封腔部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带人密封部位；在安装过程中严禁碰击、敲打。以免使机械密封摩擦副破损而密封失效；安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装；安装静环压盖时.拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求；安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性；安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉；设备运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效；对易结晶、颗粒介质，对介质温度>80C时，应采取相应的冲洗、过滤、冷滤、冷却措施，各种辅助装置请参照机械密封有关标准。
3化工泵机械密封泄漏失效的原因分析
3.1由机械磨损引起的密封泄漏
机械磨损将引起密封副的正常配合关系被破坏，当端面出现一定的磨损，传动轴每转一转密封件都要作轴向位移和径向摆动，因此在每一次转动中，密封副端面都趋向于产生轻微的分离和泄漏。
3.2由热损伤引起的密封泄漏
主要是由于密封在使用过程中的过热引起，过热不仅引起密封副变形产生磨损，还可能引起热裂和疱疤。通常在过大的热应力作用下密封环表面上出现径向裂纹，称为热裂。在短时间的机械负荷或热负荷作用下会出现热裂，例如由于干摩擦、冷却系统中断等热裂时密封环磨损加剧泄漏量迅速增加。对于平衡型密封，甚至密封环分开。为了避免热裂，必须掌握材料的机械一物理性能，在设计时考虑到可能产生热裂，并给定运转条件。介质性差、过载、操作温度高、线速度高、配对材料组合不当等因素，或者是以上几种因素的叠加，都可以产生过大的摩擦热，若摩擦热不能及时散发，就会产生热裂纹。解决密封过熟问题，除改变端面面积比、减少载荷外，采用静止型密封并加导流套强制将冷却循环液体导向密封面，或在密封端面上开流体动力槽来加以解决。
3.3由密封零件失效引起的的密封泄漏
机械密封用辅助密封圈，以采用合成橡胶0形圈较多。机械密封零件失效大部分是辅助密封圈失效，机械密封由于泄漏而不能正常工作的一个主要原因也是因为0形圈失效引起的。0形圈失效的表现为老化、永久性变形、溶胀变形、扭曲及挤出损伤。因此，在选用0形圈时应考虑合成橡胶的安全使用温度，尽可能地选用截面较大的橡胶0形圈，适当提高硬度，采用沟槽式的装配结构，通过沉浸试验合理选材，必要时选用复合材料，如橡胶包覆聚四氟乙烯密封圈。安装时，应在槽内涂以脂，保证其滚动自如。
3.4由腐蚀引起的密封泄漏
机械密封的腐蚀多为化学腐蚀，腐蚀是机械密封产生泄漏并引起机械密封失效的最主要原因之一。由于密封接触腐蚀性介质就会产生表面腐蚀，甚至在表面各处产生剧烈腐蚀点而形成点蚀。在金属的晶界上产生的晶问腐蚀，会深入到金属的内部，并进一步破坏而引起断裂。腐蚀的性能影响很大。由于密封件比主机的零件小，而且更精密，通常要选用比主机更耐腐蚀的材料。经验表明，压力、温度和滑动速度都能使腐蚀加速。密封件的腐蚀率随温度升高呈指数规律增加。处理强腐蚀流体时，采用双端面密封，可以最大限度减轻腐蚀对密封件的影响，因为它与工艺流体相接触的零件数量少。这也是在强腐蚀条件下，选择密封结构的一条最重要的原则。
4化工泵用机械密封检修中的几个误区
4.1弹簧压缩量越大密封效果越好
弹簧压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，瞬间烧损；过度的压缩弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。
4.2动环密封圈越紧越好
动环密封圈过紧有害无益。一是，加剧密封圈与轴套间的磨损，漏；二是，增大了动环轴向调整、移动的阻力，在工况变化频繁时无法适时进行调整；三是，弹簧过度疲劳易损坏；四是使动环密封圈变形影响密封效果.4.3静环密封圈越紧越好
静环密封圈基本处于静止状态。相对较紧密封圈过度变形，影响密封效果；静环材质以石墨居多，一般较脆，过度受力极易引起碎裂；安装、拆卸困难，极易损坏静环。
5结束语
随着机械密封技术的不断发展，机械密封中出现的密封泄露等问题也会逐步得到解决，其在化工泵密封上也会发挥更大的作用，让我们拭目以待。
【参考文献】
[1]顾永泉.机械密封实用技术[m].北京：机械工业出版社，2001.
[2]吕康.泵用机械密封的选型研究[J].水泵技术，1994（3）：20-24.
机械密封的基本原理篇7
[关键词]tRiZ理论；釜用机械密封；弹簧
abstract：thegoodsealperformanceofmechanicalsealisveryimportantonthereactionkettle.Butthesealpartswerealwaysfailureduetowear.thestudyistoinvestigatespringmodifiedoptionswithtRiZtoimprovethesealingperformanceandlifetime.
keywords：tRiZ，reactionkettlemechanicalseal，spring
1、引言
机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封，在泵、反应釜、压缩机上已经大量使用[1]。反应釜是综合反应容器，反应过程中产生的压力对容器的密封要求极高。在一般中等压力或抽真空情况都会使用机械密封，而机械密封的密封效果将直接影响反应釜的运行，严重的将造成停产、安全事故及环境污染等不可估量的损失[2]。
本文利用tRiZ理论分析问题和解决问题的方法对机械密封中的弹簧断裂失效进行了分析及改进，旨在有效改善反应釜的密封性能，提高其可靠性和使用寿命。
2、tRiZ理论简介
tRiZ理论是发明问题解决理论的俄文缩写，是前苏联发明家根里奇・阿奇舒勒（G.S.altshuler）及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1500人/年的时间，在分析研究世界各国250万件专利的基础上所提出的一套发现问题解决问题的发明理论。在tRiZ中提出了用39个通用工程参数来描述技术矛盾，用40条发明创造原理来指导设计人员的创新设计，并且建立了对应关系，即矛盾矩阵。
应用矛盾矩阵解决实际问题时，须将设计中的特定问题预先处理，即用tRiZ的39个工程参数描述矛盾，并且要对使用矛盾矩阵得到的原理解进行后处理，即把原理解转化为领域解，以得到需要的特定解。
3、基于tRiZ的设计过程
3.1问题描述
搪瓷釜由釜体和搅拌系统组成，釜体和搅拌系统之间由机械密封进行密封。机械密封由紧固螺丝在压盖作用下压紧弹簧座，弹簧座固定弹簧，弹簧压紧动环，动环压紧静环起到密封的作用[3]。由于搪瓷釜搅拌系统没有固定支撑，在启动和搅拌过程中压盖和弹簧座存在扭动，晃动大，容易造成弹簧断裂，从而造成了泄漏。
3.2确定技术参数
存在的问题是：弹簧在工作中受到了额外大的扭转力发生了断裂损坏。如果在搅拌系统中增加固定支撑，使得搅拌轴晃动减少，从而可以改善弹簧的受力状况，减少弹簧的断裂几率。可是增加固定支撑会增加系统的复杂性。故选择“参数10-力”作为改善的参数，“参数36-系统的复杂性”作为恶化参数。
3.3查找矛盾矩阵
与发明原理序号对应的是：10预先作用原理，18机械振动原理，26复制原理，35物理或化学参数改变原理。
3.4发明原理分析
原理10为预先作用。此原理体现在二个方面：（1）预先对物体（全部或部分）施加必要的改变；（2）预先安置物体，使其在最方便的位置发挥作用而不浪费运送的时间。根据此原理，可能采用的方法有：在压盖和动环之间安装定位销，阻止压盖和动环之间发生扭动。
原理18为机械振动原理。此原理体现在五个方面：（1）使物体处于振动状态；（2）如果已处于振动状态，提高振动频率；（3）利用共振现象；（4）用压电振动代替机械振动；（5）使用超声波和电磁场振动耦合。根据此原理，可能采用的方法有：采用磁力密封代替机械密封。
原理26为复制原理。此原理体现在三个方面：（1）用简化的廉价复制品代替；（2）用光学复制品（图像）代替实物或实物系统；（3）如果已使用可见光拷贝，用红外线或紫外线代替。此原理对问题的解决贡献有限。
原理35为物理或化学参数改变。此原理体现在改变物体的物理或化学状态，如聚集态、浓度、密度、柔性和温度等。根据此原理，可能采用的方法有：采用刚度更好的弹簧。
4、基于tRiZ的设计方案完善
综合以上分析，形成了3个方案。
方案1：在压盖和动环之间预先安装定位销，使得连接的弹簧不易发生扭动。该方案简单易行，单独实施后，弹簧的寿命增加了近3倍。但是搅拌时物料除了作水平回转流动，还产生上下方向的循环流动，使得搅拌轴有径向摆动和轴向窜动，在这种工况的持续作用下还是不能保证弹簧的较长寿命。
方案2：采用磁力密封。该方案能进一步提升密封效果，免去弹簧断裂的几率，只是成本会稍微增加。
磁力密封技术是指初始闭合力来自磁性力，利用磁体能够吸引铁磁性物质的性质或者相同磁性之间的排斥力，通过轴向的补偿，使密封端面紧密贴合，来达到密封目的。它延用机械密封的工作模式，采用全新的浮动式设计理念，使密封结构更简单，功能更完善，有较好的密封效果，较长的使用寿命，基本不会损坏旋转轴外表面。对旋转轴在工作工程中产生的振动、偏摆、偏斜等不敏感，密封效果不会受到明显的影响。节省能耗同时又能保证设备的安全运行，适用于多种工况条件[4]。
图1所示为一种典型的磁力密封装置结构图，图2是磁力密封的实物图。其主要由静环、动环和密封圈组成。其中，静环为磁性材料，由高剩磁铝镍合金材料制成，其表面光滑，具有良好的热稳定性，且耐磨性好；动环为石墨，耐磨性和性能好，镶嵌在磁性金属材料的动环座里；o型圈对径向配合进行密封，防止泄漏[5]。
方案3：采用刚度更好的弹簧。可选的有蝶形弹簧，斜圈弹簧等。
蝶形弹簧简称碟簧，它是一种由钢板冲压成碟形的薄板弹簧，体积小、承载能力大、加压均匀、缓冲和减震能力强。采用不同的组合（叠合或对合）可以得到不同刚度的变性特性曲线，最显著的优点是能在很小的变形条件下，承受范围变化很大的载荷，广泛应用于钻机、模具、液压件、制动器及军工中[6]。
此处可采用稍作改进的对合组合碟簧，见图3，即在一对蝶形弹簧之间加一垫片，将一对蝶形弹簧隔开，蝶形弹簧的锐角作用在垫片的平面上，与垫片平面全部接触，克服了蝶形弹簧失稳、扭曲变形的状态，提高了蝶形弹簧的强度。
斜圈弹簧，该弹簧的横截面为椭圆，受压时斜圈弹簧短轴方向受压。斜圈弹簧沿轴向绕制时上升和下降两个过程交替进行，同时具有正圈弹簧的升角和渐变的倾角，这种结构类型使斜圈弹簧具有优良的连接特性和力学性能。在饶性偏差较大的情况下，斜圈弹簧仍能保持恒定的力，该特性能够减小弹簧的变形量，并能最大程度的补偿表面不平及公差的影响。此外，斜圈弹簧能够承受一定的压缩变形，能够在震动、冲击等恶劣工作环境下正常运作。目前主要用于电力连接件和高温动密封件上[7]。
斜圈弹簧根据压缩变形方向可分为径向和轴向，此处作为密封件可以选用轴向斜圈弹簧，见图4。斜圈弹簧在压缩的过程中，每个线圈的受力和变形几乎都是独立的，可以很好地适应压缩面间的平整度误差，如图5所示。
为了使斜圈弹簧机械获得较好的密封性能和较长的使用寿命，要选择合适的斜圈弹簧的压缩量，保证斜圈弹簧始终处于10%～35%的压缩位置。由于受到轴向力平衡的影响，斜圈弹簧也在不断变化，因此，在设计斜圈弹簧机械密封时，应高度重视介质压力对端面比压的影响。
5、结束语
tRiZ理论在解决实际工程问题上具有不可替代的优势。它不但能够帮助我们系统地分析问题的情境，快速地发现问题的本质和矛盾所在，而且它能够帮助我们打破思维定势，以一个全新的视角看待问题，促进产品的创新设计，提高产品在市场上的竞争力。
参考文献
[1]唐建兵.对机械密封在化工反应釜上的应用的探讨[J].化工管理，2014：152
[2]李昌根，邵婧，尚鸿昊.釜用机械密封的结构分析与改进[J].工业科技，2013，42（10）：37-39
[3]刘毅.反应釜搅拌轴上的密封[J].皮革化工，1994，（4）：11-12
[4]金浩，曲家惠，岳明凯.磁力密封装置的研究与应用[J].制造业自动化，2011，33（9）：114-116
[5]周永生.磁力机械密封设计方法及存在的问题[J].机械，2004，31（5）：63-64
[6]王晓波.碟形弹簧的力学性能研究（硕士论文）[D].郑州大学，2007
[7]张旭龙.斜圈弹簧在机械密封中的应用研究（硕士论文）[D].长安大学，2013
机械密封的基本原理篇8
关键词：泵用机械密封；机械密封；泵机组产品
中图分类号：tHl36文献标识码：a文章编号：1009-2374（2009）06-0054-02
我分厂的泵的类型大致有以下几种：真空泵、离心泵，我分厂的离心泵都是单级单吸离心泵，机械密封多为单端面机械密封，人们在分析机械封泄漏原因时，习惯在机械封自身方面查找原因，比如：它的选型是否合适，材料选择是否正确，密封面的比压是否正确。摩擦副的选择是否合理，端盖与轴是否垂直等等，而很少在机械密封的外部条件方面去查找原因，其实机械密封的外因也挺重要的，比如：泵给机械密封创造的条件是否合适，辅助系统的配置是否合适等。
一、机械密封的原理及要求
机械密封系指两块密封元件在其垂直于轴线的光洁而平直的表面上相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置，他通常由静环、动环、弹簧加荷装置（包括推环，弹簧盒）辅助密封圈（动环密封圈、静环密封圈）等元件组成，防转套里面的防转销固定在外压盖上，以防止静环转动。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环靠密封室内液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的，因此从结构来看，机械密封主要是将其极易泄漏的轴向密封，改变为不易泄漏的端面密封，机械密封在实际运行过程中，不是一个单独的部件，它是与其他的零部件一起组合起来运行的，同时通过其基本原理可以看出，机械密封的正常运行必须具备以下条件：（1）泵轴的窜量不能太大；（2）机械密封处的泵轴挠度要小，只有满足类似这样的外因，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。
二、影响泵用机械密封的外部原因
（一）泵轴的轴向窜量
机械密封的密封面要有一定的比压（0.4～0.6mpa），从而达到密封的目的，两端面的紧密紧密程度可以通过弹簧调节。为了保证这个比压，要求泵轴不能有太大的窜量（≤0.5mm），但在实际生产中，往往泵轴产生很大的窜量。对机械密封的使用非常不利的，这种情况在我分厂表现在泵启动过程中，由于不平衡轴向力的存在，使整个轴发生向吸入口的窜动，造成机械密封失去密封作用，常用的措施有：叶轮上开平衡孔，泵体上装平衡管等。
（二）泵轴的挠度偏大
轴弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度，机械密封要求两个密封端面之间受力均匀。但由于泵产品设计的不合理，在机械密封安装处产生的挠度偏大，使密封处受力不均匀，从而失去密封效果。这种现象大多存在卧式多级离心泵中。
（三）没有辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设计不合理
机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的，它可以有效的保护密封面，起到冷却、、冲走杂物等作用。有时设计人员设计不合理，达不到密封效果；有的设计了辅助系统，但由于冲洗液中有杂质，冲洗液的流量、压力不够，冲洗口位置设计不合理等原因，也同样达不到效果。常用的措施有：
1．在条件允许的情况下，尽量设计辅助冲洗系统。冲洗压力一般要求高于密封腔压力0.107~0.11mpa，密封腔压力要根据每种泵的结构形式、系统压力等因素来计算。轴封腔压力很高或者压力几乎接近该密封使用最高极限时，也可由密封腔引液体至低压区，使轴封液体流动以带走摩擦热。推荐的冲洗量见表1：
2．根据每种泵的操作条件，合理地配置管路和附件。如冷却器、孔板、过滤器、阀门、流量指示器、压力表、温度等。实际上密封的可靠性和寿命，在很大程度上取决于密封辅助系统的配置，另外泵轴、轴套、泵体、密封腔体的加工精度不够等原因的存在对机械密封的密封效果也是很不利的，在这些方面应该做到严格把关。
（四）振动偏大及消除措施
机械密封振动偏大往往不是机械密封自身的原因，而是泵轴设计不合理、加工精度不够、靠背轮的平行度偏大、径向力大等原因，消除泵振动措施有：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。
（五）泵气蚀的原因及改进措施
离心泵叶轮入口处是泵内压力最小的地方，当此处的压力等于或低于工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压1pt时，液体就会沸腾汽化，产生大量气泡。同时原来溶于液体中的气泡也将析出。这些汽跑随液体流到叶轮内压力较高处汽泡重又凝结。在凝结过程中，由于体积急剧缩小，四周的液体以极大的速度冲向整个凝结空间，使泵内造成冲击振动和噪音。在压力很大、频率很高的液体质点连续冲击下，金属表面逐渐因疲劳而破坏，这种破坏称为剥蚀。同时溶于液体中的氧等活泼气体也使金属产生腐蚀。由于化学腐蚀与机械剥蚀的共同作用，加快了金属损坏的速度，从而使叶轮受到破坏，这就是汽蚀破坏，这种由于液体的汽化和凝结而产生的冲击现象就称为气蚀现象。消除泵进口气蚀的措施有以下几点：
1．提高泵的气蚀性能水平，满足现场装置的气蚀性能的要求。
2．泵应当在低于允许吸液高度下操作，以保证整个装置安全可靠的运转。
3．采用抗气蚀材料制造叶轮，如：2Cr13、稀土合金铸铁、高镍铬合金材料等，比普通铸铁的抗气蚀能力要好得多。
三、结语
在分析泵用机械密封泄漏时，不仅要考虑机械密封的内因，而且要考虑机械密封的外因。在实际工作中要注意以下几个问题：
1．使用正规厂家生产的泵，因为正规厂家生产的泵完全按照泵设计标准来制造的，在使用材料上不会偷工减料，有一定的保质期。
2．维修工应增加对机械密封辅助系统的重要作用和认识，尽可能配备完善的机械密封辅助系统，以提高密封效果。
机械密封的基本原理篇9
关键词：流体动压；径向密封技术；石油机械
随着石油开采企业开始进入精细化发展轨道，石油产品由产业密集型向技术多样型转变，石油机械的集成化、自动化、智能化程度越来越高，经过严格测试，设备整体搭配基本趋于合理，但因其具有高压、高温、高速等特点，对传统设备当中的环形密封橡胶圈质量要求较高。传统的径向密封圈如果长时间处于高速摩擦状态，会引发高热磨损，产生物理化学吸附膜，导致失去应有效果。因此，急需对径向密封圈进行改进产生流体动压密封技术。
1.流体动压径向密封技术及其作用
流体动压径向密封技术最早发现于1965年，德国学者aLayer于1966年开始研究，将这种技术与普通的环形密封圈结合在一起，经过多年的发展，美国m.S.在1986年申请了专利Us4610369，标志着流体动压径向技术正式商业化。这种密封技术主要就是利用流体动压原理，在动密封面间制造一种动压油膜，用以避免机械运动表面直接接触而产生过速摩擦的问题，
能够有效降低机件损耗和运行过热。通过实践来看，能够实现80%的理论效果，基于当前计算机技术的蓬勃发展，可以合数据转化成精密的机件，使用性能和性价比较高。它指出密封件间的运动速度越快形成了油膜就越厚，体动压径向密封技术具有极强适应性。Kalsi提出的新型流体动压密封技术，通过实物来看，密封圈接近于矩形，用以安装在密封沟槽内，在静止时，与传统密封圈性能相同，运动时才会体现出不同的特性：一是作用。通过在密封脂与波纹接触面上产生一定的速度，确保在动密封面之间形成动压膜，转速越快，流体动压膜就越厚，既有效的降低温度，又可以起到作用；二是阻尘作用。密封圈靠近外部环境边缘部分设计成锐利直角，防止外界颗粒较大的磨料进入到密封圈内。同时，在设计当中，有控制的让部分脂从外侧边缘漏出，可以有效的将磨料粘住和挤出密封面间。如密封面间进入到轴向运动时，这个直角还可以起到刮尘的作用，也可以防止微粒进入。
2.径向密封技术在石油机械中应用
根据流体动压径向密封机理，结合石油矿场机械应用实际，重点从以下五个方面探讨。
2.1.在牙轮钻头轴承系统中的应用。在20世纪80年代，m.S.Kalsi与DBS公司进行技术合作，给过反复研发，于80年代末期推出了由流体动压密封组件为核心的牙轮钻头。通过实验来看，流体动压径向密封圈具有极强的稳定性、可靠性和耐磨性，可以有效的提高滑动轴承密封钻头的寿命，也可提高密封圈的性能，延长其应用时间。事实证明，流体动压径向密封原理
是可行的，可以长期满足井下机械的使用。此后，又开发出外部为碟形端面的密封，内部为环形的径向密封以及双密封的牙轮钻头。
2.2.在井下钻具支承节中的应用。在1976年―1982年，美国能源部门资助Sandia国家实验室，重点研究分析脂、封闭螺杆及支承节等内容。实验采取了组合、对比和综合归纳的方式进行梳理，对当时主流的高压密封件都进行了一一对比，但局限当时的技术条件和思维模式，在最理想的电压和磨损情况下，密封件的最高寿命也仅有48小时。在1984年，Kalsi在国家实验结果的基础上，尝试将“o型”圈流体密封机件倾斜安装，经过反复实验和总结，1986年，才在牙轮钻头轴承系统中得以试验成功，以此为基础，完善技术和开发产品，通过井下应用来看，产品性能稳定，可靠程度高，密封件寿命可达250～450h。
2.3.在螺杆泵采油系统中的应用。目前，国内外在油田开采中，采用最多的是地面机械驱动的螺杆泵采油系统，该系统的工作原理是依靠光杆的旋转带动抽油杆，通过抽油杆联动进井下螺杆泵进行作业。当前，光杆的动密封采用的密封方式，存在着不便于维修和环境污染问题。为了解决此类问题，Kalsi的研究人员开发研究了光杆密封组合套装，在光杆密封部位加装衬套，利用两个动压密封圈保证整个驱动系统的，通过实验来看，该系统具有较强的通用性，可以与当前的井口驱动装置全部配套。同时，此系统还广泛应用于开采大油气比油、高粘度油和含砂油的开采中。
2.4.在旋转防喷器中的应用。20世纪90年代，国外兴起了欠平衡钻井技术，这种技术的关键设备就是旋转防喷器，比较有代表性就是环形胶芯自封式和膨胀胶囊可编程控制式，我们国家部分油田已经开始引进和使用这种技术。事实上，此类技术的技术难点是转承包和钻杆密封结构的使用寿命上，研究人员常常把关注点放在钻杆密封结构的应用上，而忽略前者。而美国tool公司很早就已经开始应用流体动压密封圈，改善和解决这个问题。
2.5.在冲管总成中的应用。冲管下部与中心管用动密封进行联接，钻井液做为密封介质，主要是在转与不转之间体现出更耐高压、耐磨损的特点。冲管总成是水龙头的重要组成部分，而钻井液密封系统是其中的最薄弱环节，在21mpa下可以持续运行800h，但随着压力上升，35mpa时其工作寿命就会在50h左右。Kalsi经过多年研究，对水龙头钻井密封系统进行了改
造，采用液体密封取代传统密封，并采取与之匹配的剂，以提高其使用寿命。在模拟现场条件下，持续运行1450小时才因油脂原因而失败，基于此技术条件，该_公司生产的密封冲管，工作寿命大约为常规的5倍之多。
机械密封的基本原理篇10
【关键词】化工机械；安全隐患，安全保护措施
中图分类号：tH11文献标识码：a文章编号：1006-0278(2012)05-119-01
一、化工机械运行过程中的存在的问题
化工机械基本分为两大类：化工设备和化工机器。在化工机械生产过程中，比较普遍的问题就属机械密封泄漏和腐蚀现象的产生。在化学生产领域内，对于一些易燃、有毒、高温、挥发性强以及易爆的介质，机械密封泄漏的产生可能性大大增加，这样不仅对人身安全造成威胁发生事故，而且对生产的连续性和运行的正常化也产生极大的阻碍。化工机械中时常也会出现设备腐蚀的自发安全隐患，这是一种普遍现象。设备的腐蚀不在外形上易出现变形变相，色泽灰暗，而且更严重的是对机械性能造成极大的损害甚至导致化工机械无法正常运行，这不仅是资源的严重浪费、机械设备的损失，企业的经济效益也受到极大地折损。只有实际操作中，研究问题产生的原因，有效的采取预防和保护措施，才会在根本上安全把握化工机械的正常运作。
二、针对化学机械运作过程中存在的安全隐患所应采取的安全保护措施
（一）化工机械中的腐蚀问题
化工机械离不开化学用品，金属设备小零件遇到化学用品难免会出现化学反应，这样的反应可能会对设备小零件的形状、尺寸甚至是性能产生破坏，一般情况下这就称之为腐蚀。在化工机械中，引起腐蚀是以金属本身组成和结构为依据，以温度、湿度等外界条件为客观因素形成了腐蚀现象。对于存在大量二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、硫化物、卤化物等有害物质的化工环境介质中，再加之高温高湿的环境促使，金属与这些有害物质之间发生物理化学反应，导致了腐蚀的产生。一般情况下腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀。根据腐蚀产生的原因以及腐蚀表象，一般把腐蚀分为高温氧化腐蚀、点状腐蚀、疲劳腐蚀、振动磨损服饰等，在工业中其中以电化学腐蚀最为泛滥。在了解了护工机械中造成腐蚀的一些基本原因之后，接下来对于采取防护措施，防腐能力的有效提高是目前最需要解决的问题。在材料选用上，应当选用低合金钢，虽然这种材料成本相比于一般通用的碳素钢成本高些，但是它的高效抗腐蚀能力能够在高浓度腐蚀环境下发挥作用，使得企业整体的经济效益提高，性价比比传统上的碳素钢高出很多。在结构工艺上，尽可能的保证构建形状的简捷化，这就能有效的减少由于形状复杂所带来的机械应力、积尘等造成的局部腐蚀现象的产生，此外，保证构件表面无损伤和伤痕，在互相有联系的构建中尽可能的选用同一材质的金属材料，这样就可以避免因材料的差异造成的电偶腐蚀。保证没有残余水在设备上，必要时可以在设计的时候留下排水孔，但是应该尽量避免凹处的出现。合理设计构建连接处的夹缝可以加强防止缝隙腐蚀。对接和搭接是构建连接方式的常见方式，铆接连接在这两个联方式中是不被提倡的，这样的连接方法会使夹缝出现积尘和积液，很容易导致缝隙腐蚀，所以大多数情况下大家都提倡使用焊接连接，而且是双面填脚焊，这样做可事实缝隙完全封闭阻断腐蚀。其实还已从设备上入手来有效的防止腐蚀。电化学保护、改善环境、金属改进和对金属表面作以特殊处理等等都可以有效地防止腐蚀的发生。
（二）化工机械设备中机械密封泄漏问题
机械密封在离心泵、离心机和压缩机等设备中被予以使用，其密封性能高，泄漏量低，寿命长，损耗低等性能被广泛运用其中。但是由于动作性损坏、密封面的度损坏等原因都有可能导致机械密封泄漏时间的发生。针对动作不良导致的机械密封泄漏问题，应该改用耐磨度高，橡胶弹性高的o型环，，它能够在轻微挤压中保持原状不变形，在不同的换进下使用不同的型号的环，在腐蚀介质中使用V型环和锲型环；在高温或者低温环境下使用金属波纹管。同时也可以用寿命长的静止型机械密封。但是机械密封在高温环境下就会使材料变性、零件变形等，对于密封性能会大大降低，甚至不能正常工作。针对这种情况，各种冷却方法不失为一种明智的解决办法。水套冷却、内循环冷却和自然冷却等等方式，就可以达到冲洗强化冷却的效果，保证密封温度，并能够有效的防止杂质积累，使得密封的完好性得到保证。要保证滑动平面度，就应该在维修时仔细检查磨损和划痕的有无，对于这一类问题可以采用精致型机械密封来解决。将o型环的滑动方式改为插入式，可以有效一致密封热变形的情况出现，也可用一些温度适应的比较耐高温的材料的机械密封部件保证其不受变化或者受到的变化最小。对于防止干滑动而言，要配置完整的密封液、冷却水流量以及温度监控单元，对于供给的管线应当予以严格检查，及时疏通阻塞。加强管理旋转机械，对于压力的检测，温度的变化进行实时监控，对于震动和堵转运行予以禁止，保证机械较高的完好程度。耐浆性优良的精致型机械密封释放者干滑动最有效的解决办法。
化工机械运行过程中，其实还存在多方面的安全隐患需要我们带以解决和改善解决方案的，只有不断的发展技术，改良设备，才会让化工机械设备运作过程中物资人力浪费量达到最小值。
参考文献：
[1]陈会鹏.关于化工机械密封的泄漏原因及对策分析[J].科技探索,2010(9).