机械密封的工作原理精选(九篇)

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第1篇：机械密封的工作原理范文

关键词 机械密封；工作原理；泄漏

中图分类号TH45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0064-02

高密度聚乙烯装置的低压溶剂回收压缩机K-5001为立式四列往复式迷宫型压缩机，规格为ZW-71.43/0.23~16，由XXX设计院设计， XXX压缩机制造厂制造，属于国产攻关的第一台压缩机。此设备为装置的核心设备，一旦压缩机停机，提供反应环境的溶剂异丁烷物资将不能正常回收，将导致整个装置停车，更严重的将影响上游装置的停车，直接影响装置乃至公司的经济效益。

1 机械密封结构与原理

1.1 机械密封结构

图1为此压缩机机械密封结构图，与其他机械密封类似，都是由动环、静环、弹簧、弹簧座、紧定螺钉、防转销、传动销组成的，从图上可以看出，机械密封泄漏的途径主要有六处；

泄漏一：垫片（序号7）作为机身与静环（序号1）之间的密封，此处密封为静密封，发生泄漏的可能性较小，垫片材质、尺寸满足要求，正常安装即可；

泄漏二：动环（序号2）与静环（序号1）之间：此处密封为动密封，发生泄漏的可能性最大。动、静环摩擦副是一对相对加工精度要求较高的产品，设备运行时，动静环之间形成油膜，摩擦副表面出现的任何微小的变化都会导致机械密封的泄漏；

泄漏三：O型圈（序号4）与曲轴之间，此O型圈防止油沿轴向泄漏。一旦O型圈出现故障，油将沿着轴向外泄漏，其中两次导致机械密封的泄漏都是由于此处的O 型圈发生断裂造成的，第一次O型圈备件采用瞬干胶粘结，长时间在油的浸泡作用下，瞬干胶溶解导致O型圈断裂，第二次新加工制作的O型圈不能满足耐油要求，最终变形断裂。

泄漏四：O型圈与轴之间，同泄漏三相同；

泄漏五：同泄漏点二，端盖侧动环与静环之间；

泄漏六：同泄漏点一，是静环与外侧端盖之间的密封。

1.2 机械密封的工作原理

机械密封工作时，由密封流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一个微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以，获得长期密封效果。

2 机械密封失效原因分析

2.1 机械密封失效经过

高密度聚乙烯装置在2010年9月22日停车检修过程中，发生了五次机械密封泄漏现象。

第一次，在启动回收压缩机数小时后，机械密封大量泄漏，打开检查，发现机械密封动环断裂，检修人员更换新机械密封。

第二次，压缩机启动几分钟后，机械密封又发生了泄漏。打开检查，发现机械密封外侧动环和静环均发生断裂。

第三次，在厂家技术人员指导下，进行第二套机械密封的安装。在压缩机启动几分钟后，机械密封就发生泄漏，打开检查，发现外侧动环和静环断裂，外侧轴瓦局部发生脱落。此次对轴瓦进行了更换，并且对机械密封系统进行了改造，从供油总管与机械密封腔内增加管线，保证机械密封腔内供油充足，重新更换了机械密封。启动压缩机，运行正常，装置按照程序开车。

第四次，在压缩机正常运行两个星期后，机械密封发生泄漏，打开检查发现O型圈断裂（此O型圈为安装前粘接），机械密封动静环只是发生了偏磨，并无断裂破损现象，重新更换新的机械密封和O型圈，启动压缩机，正常运行。

第五次，压缩机运行一星期后，机械密封发生了泄漏，打开检查发现机械密封动静环完好，但新加工的O型圈严重变形并且断裂，发现此种O型圈不满足耐油的要求。更换原厂新O型圈，压缩机运行正常。

2.2 原因分析及改进措施

2.2.1 机械密封失效原因

此次机械密封失效主要原因如下：

1）备件质量，元件制造精度不能满足要求，从第一套机械密封来看，圆柱销加工粗糙，不能保证动环在弹簧力的作用下及时补偿变形量，虽然在安装前对其进行了打磨，但是其精度不能保证。第四次更换的O型圈不是整体加工，而是粘接的，造成机械密封在更换不久就发生O型圈在粘结处断裂；

2）设计缺陷，在压缩机机械密封设计过程中，也存在问题，此机械密封为双端面机械密封，外侧的动静环在长周期运行过程中，机组内部不能为其提供充足的，也是导致机械密封损坏的原因；

3）工艺条件，密封圈加工未考虑工艺条件，厂家制造的静密封O型圈在加工过程中未考虑现场实际工况，造成了机械密封的泄漏。

2.2.2 机械密封失效解决措施

1）从设备本身讲，首先，对原厂采购的机械密封备件严格把关，将上述不足之处反馈给机械密封制造厂家，以便对其进行改进；其次，对设备进行改进，从供油总管上向外侧动静环腔内加引油管，连续向动静环摩擦副供油，给摩擦副提供冲洗、冷却和的条件，并且将轴承座的回油孔减小，保证密封腔内有一定的压力。此外，厂家在加工过程中必须按照现场实际工况加工备件；

2）从工艺操作方面讲，在启动前按照启动步骤对设备进行盘车，设备运行过程中，尽量减小生产的波动，设备振动越小对机械密封长周期运行越有利；

3）从现场安装方面讲，首先检查机械密封各组件是否齐全；其次，密封表面粗糙度达到设计要求；第三，保证轴套表面光滑；第四，保证机械密封的压缩量；最后每次尽量更换静密封圈[1]。

3 结论

通过以上分析，我们了解了机械密封失效的原因。通过改进，压缩机恢复了正常运行。在以后的工作中，多总结经验以保证设备的正常运行。

第2篇：机械密封的工作原理范文

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：

[1]顾永泉. 机械密封实用技术 [M].北京： 机械工业出版社， 2001.

[2]车晓刚. 机械密封的原理及应用 [J]. 科技创新导报， 2008（31）： 231.

[3]张金凤， 袁寿其， 曹武陵. 机械端面密封技术研究现状及发展趋势 [J]. 流体机械， 2004（10）： 26-31.

[4]王和顺， 董霖，黄泽沛，等. 静压干气密封端面流场数值模拟 [J]. 排灌机械工程学报， 2011， 29（2）： 165-169.

[5]刘尚明， 刘东亮， 刘恒义. TRIZ理论及其在机械产品创新设计中的应用[J]. 现代制造技术与装备， 2007（03）： 43-44， 84.

[6]牛占文， 徐燕申， 林岳， 等. 发明创造的科学方法论――TRIZ [J]. 中国机械工程， 1999（01）： 92-97.

[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：

第3篇：机械密封的工作原理范文

关键词：机械密封 潜水泥浆泵 端面开槽 CFD

1前言

矿用潜水泥浆泵是水下输送磨蚀性固液混合物离心泵的一种，是泥浆泵和潜水电机技术相结合的机电一体化产品，广泛地应用于矿山、冶金、电厂等各个领域，矿山泥浆砂石泵送是各种介质泵送工况要求最为恶劣，过流件磨损快，腐蚀性强，频繁地故障会影响生产而造成的经济损失非常严重。近年来，国内矿山行业迅速发展，响应环境保护的迫切需要，绿色矿山建设成为未来发展的一种趋势。矿山生产、生活污水沉淀处理是矿山环境保护的重要项目之一，而潜水泥浆泵作为输送清理泥浆设备，根据国内外专家意见，这种泵型在提高泵送效率、降低能耗以及改善环境保护的最有发展前途和最进步的方向之一。

潜水泥浆泵作为沉淀泥浆泵送的主要设备，不仅要求其高耐磨、稳定高效，机械密封也更是其关键，它是水泵的心脏，必须可靠性高，保证无故障长期运行。潜水泥浆泵是在水下工作，一旦失效，外部介质或油室中的油便会进入电机腔，引起潜水电机故障，甚至影响人身安全。此新型机械密封应用在矿用潜水泥浆泵在使用的安全性、运行可靠性以及提高无故障运行时间，有必要对其机械密封进行结构分析，研究其技术的先进性。

2 机械密封的结构及其原理

2.1机械密封的结构

在矿用潜水泥浆泵中使用的是整体式机械密封，将内机封和外机封装配成为一个单元，主要由静密封环、动密封环、密封圈、支架、弹簧、等构成。机械密封在潜水泥浆泵中分为上下两个端面密封：上密封在油室与电机之间，下密封在泵壳与油室之间，都由一个静环和一个旋转的动环组成，上下两个密封的分界面由弹簧系统和支架相连接，图1为机械密封结构示意图。

2.2机械密封的原理：

机械密封旋转工作时，由密封室内流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以充分，获得更长期密封效果。

多年以来，从现场采集整理地使用情况来看，这种新型的机械密封相对于同类泵型的机械密封有着更明显的性能优势：

（1）适用范围更广。机械密封可以在高温、低温、高压、强磨蚀的环境下工作。

（2） 密封性更好。机械密封在正常工作使用中，端面处可以达到“零泄露”，比其他密封状态更稳定。

（3）寿命长。机械密封设计使用寿命3年以上，常规机械机械密封的使用寿命一般1到2年。

2.3机械密封的材质

泵送介质中含有大量固体颗粒，密封面的材质需要极好的抗腐蚀性和耐磨性，动、静环端面材料选用碳化钨，它具有高硬度、摩擦系数小、强度高、耐腐蚀等等优良的综合性能，如下3机械密封的密封面

传统的机械密封的端面为两个平行的光滑平面，端面开槽技术就是通过在密封端面上开出各种形式的凹槽来改善端面间的和密封状况，从而改善机械密封的密封状态。矿用潜水泥浆泵中使用的机械密封端面开有螺旋流槽，图2为密封端面示意图。若动环外径侧为油室被密封液体，内径侧为低压流体，当动环以图示方向旋转时，在螺旋槽流体动压效应的作用下， 动静环端面之间产生一层厚度极薄的流体膜（ 图3中h1，h2） ， 使动静环端面保持分离即非接触状态。端面开设的螺旋槽既可以产生泵送效应，又可以抵抗压力梯度，在外径与内径压力差的作用下，被密封液体产生方向由外到内的压差流，而螺旋槽的流体动压效应所产生的粘性剪切流的方向由内径指向外径，两者的方向相反，最终得以平衡。

3.1机械密封端面性能参数

机械密封端面按着一元流动进行计算，一元流动的雷若方程：

根据上式，如果设h为常数，粘度也为常数，在内径侧，膜厚h==常数；在外径侧，膜厚h==常数，对上式积分，压力梯度也为常量，即压力按三角形分布，最大压力位于转折处，显然这两个区域的压力梯度为：

和

当密封假设为无限宽时，无轴向流动，其各处的流量必定不变，在单位时间宽度内的流量为：

将前式的压力梯度代入上式，经整理后可得：

设K=，可得到最大压力为：

在单位宽度内的承载能力就是三角形面积之和

经整理得：

3.2 机械密封端面仿真研究

FLUENT是目前运用最广泛地CFD仿真软件之一，具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，对密封端面进行动力学可视化分析，仿真了密封端面压力分布云图，颜色的变化展示了密封面压力的变化，如图4：

4 机械密封发展趋势：

（1）工业技术不断创新 新技术、新理论、新材料、新工艺不断创新发展，失效机理、失效分析和失效监控更加深入地研究和应用，要求使之快速转换成实用性、高性能、高参数的密封产品。

（2）密封系统完善 从以往地单一密封零部件，发展到整个密封系统，并制定了新的密封系统标准。

（3）高效安全和环保性 随着工业技术不断地发展，环境保护地日益关注，人们对机械密封安全高效要求更加严格，过去从只注意眼睛可视的“泄露”，不注意易挥发物的“逸出”，发展到现今控制逸出零，从“零泄漏”到要求“零逸出”。

参考文献：

1. 张景松.流体机械：流体力学与流体机械【M】.徐州：中国矿业大学出版社，2001.11

2. 顾永泉.机械密封实用技术【M】.北京：机械工业出版社，2001.7

3. 彭旭东，杨慧霞，于恒聚.机械密封的新技术及其应用【J】.石油化工设备技术，2001，22（1）：62～66

4. 李梦君，李浙昆，熊勇等.基于FLUENT滑移网格的浮选离心叶片泵内流场的CFD分析【J】.科学技术与工程，2011，11（23）：5664～5668

第4篇：机械密封的工作原理范文

【关键词】离心泵；机械密封；泄漏

在化工生产中，常常需要将流体从低处输送到高处、从低压输送至高压，或沿管道送至较远的地方。为达到此目的，必须对流体加以外功，以克服流体输送过程中的阻力。为流体提供能量的机械成为流体输送机械，根据工作原理的不同通常分为四类，即离心式、往复式、旋转式及流体动力作用式。而离心泵即为流体输送机械中最为常见的一种动力机械。离心泵具有结构简单、流量大而均匀、操作方便的优点。而机械密封则是这种流体输送机械的轴封装置，具有泄漏量小和寿命长等优点。

1 机械密封故障现象及分析

泵用机械密封种类繁多、型号各异，但泄漏点主要有五处：轴套与轴间的密封；动环与轴套间的密封；动、静环之间的密封；静环与静环座间的密封；密封端盖与泵体间的密封。

一般来说，轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决，但需细致观察，特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时，相对困难些。其余的泄漏直观上很难辨别和判断，须在长期管理、维修实践的基础上，对泄漏症状进行观察、分析、研判，才能得出正确结论。

1.1 安装静试时泄漏

机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，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。

1.2 试运转时出现的泄漏

泵用机械密封经过静试后，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：

（l）操作中，因抽空、气蚀、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；

1.3 正常运转中突然泄漏

离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。主要有：

（1）抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏；

（2）对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效；

（3）回流量偏大，导致吸人管侧容器（塔、釜、罐、池）底部沉渣泛起，损坏密封。

2 机械密封失效原因分析与维修

2.1 周期性渗漏

（1）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。在泵翻转，动、静环磨损后，得不到补偿位移。

对策：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中， 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）密封面油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。

对策：油室腔内油面高度应加到高于动、静环密封面。

（3）转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡，汽蚀或轴承损坏（磨损） ，这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。

对策：可根据维修标准来纠正上述问题。

2.2 由于压力产生的渗漏

高压和压力波造成的机械密封渗漏由于弹簧比压力及总比压设计过大和密封腔内压力超过3MPa时，会使密封端面比压过大，液膜难以形成，密封端面磨损严重，发热量增多，造成密封面热变形。

对策：在装配机封时， 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， 高压条件下的机械密封应采取措施。为使端面受力合理， 尽量减小变形， 可采用硬质合金、陶瓷等耐压强度高的材料， 并加强冷却的措施， 选用可用的传动方式，如键、销等。

2.3 由于介质引起的渗漏

大多数潜污泵机械密封拆解后， 静环和动环的辅助密封件无弹性， 有的已经腐烂， 造成了机封的大量渗漏甚至有磨轴的现象。由于高温、污水中的弱酸、弱碱对静环和动环辅助橡胶密封件的腐蚀作用，造成了机械渗漏过大， 动、静环橡胶密封圈材料为丁腈―40 ，不耐高温，不耐酸碱，当污水为酸性碱性时易腐蚀。

对策：对腐蚀性介质， 橡胶件应选用耐高温、耐弱酸、弱碱的氟橡胶。

3 结论

以上总结了机械密封比较常见的泄漏原因以及维修对策。机械密封本身是一种要求较高的精密部件， 对设计、机械加工、装配质量都有很高的要求。在实际使用过程中，应综合考虑机械密封失效的各种因素，使装配的机械密封适用于离心泵的技术要求和工艺要求，保证机械密封长期可靠地运转。

【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，2002.

第5篇：机械密封的工作原理范文

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：

■

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）

■

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

第6篇：机械密封的工作原理范文

关键词：巴西坎迪奥塔1×350MW火电机组、60HZ、凝结水泵机械密封、泄漏

Abstract: Brazil Candy Horta 1 ×350MW units in condensate system design with 2 sets of condensate pump, during the normal operation of a preparation; according to the Shanghai KSB manufacturers design, condensate pump cylinder body is a vacuum sealing water system design, use of mechanical seal.

Key words: Brazil Candy Horta is 1 × 350MW, 60HZ thermal power unit, condensate pump, mechanical seal leakage

中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：

机械密封各个接口功能说明如下表：

凝结水泵机械密封密封水系统主要流程特点及密封原理介绍：

1、为保证可靠性，进水管路有两路水源，一路是凝泵出口母管，另一路是电厂的除盐水母管。

2、除盐水母管供水管路有两个作用，一是机组启动前，由于凝结水母管没有压力，用除盐水母管水源作为启动用水；二是当机组运行中，运行凝泵如果突然跳闸，凝结水母管压力下跌，此时作为事故用水3、根据厂家设计，进水压力控制在0.2-0.6MPa左右，压力过高，超过机械密封的密封压力，将使轴封向外漏水。

凝结水泵机械密封现状：1、机组运行1年后，密封水进、出水压力表现异常，具体运行情况如下： 1.1、机组真空建立前，通过调节机械密封入口密封水手动阀门，可以保证运行凝泵和备用凝泵的密封水入口压力在0.2-0.6MPa、出口压力在0.1-0.15MPa，符合设计要求； 1.2、机组真空建立后，运行、备用凝泵机械密封的密封水进出口压力降至0，经多次调节密封水进出口阀门，运行凝泵机械密封进口密封式压力最高达到0.1MPa，而其余压力均为0，不符合设计要求的压力范围。

1.3、运行凝泵机械密封漏水、备用凝泵机械密封漏气，严重影响凝结水泵的出口流量和压力参数，造成泵出力不足，尤其是当负荷在280MW以上时，不得不投运2台凝泵。

密封水压力表现异常原因分析因Q、D接口仅作为冲洗水，与密封水压力没有直接关系，在此撇开不予讨论。密封水进出水压力低甚至降至0，必然是因为在机组真空建立后、密封水需求流量增大造成的。为此需要分析，厂家设计的密封水系统还有哪些可改进之处，可以降低密封水的需求量，以达到机械密封处密封水进出口压力平衡。

通过查看凝泵图纸，并对照现场情况，发现机械密封上除了Q、D、F、F'的四个接口，还有两个不明接口与水泵本体有连接，

结构多出的两个接口，根据凝结水泵总图和工作原理分析，A接口使密封水腔室与次级叶轮出口相连，作用是使运行泵的轴封水由自身供给；B接口使环形回水腔室与泵入口侧（即负压区）相连。

改进方案1、接口B口径为DN32，虽然在轴封盒内部有回水节流孔（如上图所示），但经计算，节流孔总通流面积已大于DN25的通流面积，无法起到节流作用。如在接口B处进一步节流，将明显降低密封水用量。节流方式通常有加装节流孔板，或加装阀门调节，为方便起见，此处加装一只DN32球阀进行节流。2、根据实际运行密封水压力低甚至降为零的情况，密封水从接口B流入泵内，通流量已经偏大，因此，再设置接口F'作为第二个密封水回水通道显得多余，因此取消F'出水管路，将此接口仅作为测量轴封盒腔室内部压力检测用。此出水管路取消，进一步简化了密封出水回收问题。3、接口A是泵利用自身次级叶轮出口供密封水，由于密封水从接口B处流入泵内的流量已考虑用阀门进行有效控制，因此密封水供水量不足已不再成为问题，为便于密封水压力调节，此管路也加装DN32球阀以方便平衡。

为方便监视机械密封进出口密封水管道压力，需在密封水进、出口管道阀门后分别安装量程为1MPa和0.6MPa的压力表。

运行情况及调整要点 密封水系统管道改进后，密封压力能满足厂家技术要求，消除了运行隐患。根据运行调整过程中的压力变化特征，提出如下运行调整原则和重点注意事项： 1、运行凝泵应以监视控制密封水出口压力为主，控制在0.1-0.15MPa范围内。接口F'是距离密封水进水接口F最远的部位，因此也是轴封盒腔室内部压力最低的部位。此处压力控制在0.1MPa以上，则表明轴封盒腔室各处均已处于正压，这样，就杜绝了凝泵轴封处向内漏空气的可能。 2、运行凝泵机械密封入口密封压力仅作为观察参考，注意不宜过高即可，控制在0.2-0.6MPa。密封水进口压力越高，机械密封向外漏水的可能性就越大。此外，压力过高还会使泵组向下的轴向推力增大，导致泵组推力瓦温升高。 3、运行凝泵停止转备用后，如局部结构示意图所示，节流套处由正压变为负压，注入轴封盒的密封水将有一部分从节流套与节流衬套间隙处进入泵内，使密封水供水量减少、泄水量增大，因此密封水出口压力会从0.1-0.2MPa变为负压。为了使轴封盒腔室压力恢复到正压，势必要开大密封水进口阀门，或关小B接口至泵入口管道阀门，由于阀门开度发生变化，这样到下一次泵启动时，密封水进口管道压力会超出设计值0.2-0.6MPa较多，有可能会超过压力表量程导致压力表损坏。因此运行泵转备用后，不必使密封水出口压力恢复到设计值0.1-0.15MPa，根据经验，恢复到0-0.1MPa即可（具体视机械密封的严密程度而定，以保证凝水溶氧不明显上升为原则）。 4、运行人员对机械密封冲洗水路（接口Q、D）的结构原理要有正确认识，不要将其视为“第二道水封”，其水封作用是很有限的，应对冲洗水量加以控制，有少量滴出即可，开大了会造成无谓的浪费。

结论

对于抽送负压介质的泵，只要相关密封水辅助系统配置得当，采用机械密封完全可以保证密封可靠，避免影响溶氧指标和泵出力不足的隐患。

凝结水泵轴封结构优化设计、采用机械密封的做法是成功的，解决了凝结水泵轴封泄漏问题，提高了设备可靠性和技术装备水平。

与填料密封结构的凝泵相比，机械密封结构的凝泵几乎没有除盐水损耗，按每台泵减小轴封泄漏量1.25t/h、年运行8000小时计算，每台机组年节约除盐水量20000吨，十分可观。另外机械密封的磨擦阻力损失比填料密封小得多，使得泵浦效率得到一定的提高，因此也有一定的节电效应。

参考文献

（1）巴西项目凝结水泵设备供货合同CCE-013

第7篇：机械密封的工作原理范文

【关键词】离心泵 机械密封 泄漏

目前机械密封在离心泵中应用非常广泛，机械密封的密封效果将直接影响整机的运行，尤其在化工生产过程中，由于生产的连续性，机械密封出现泄漏，将严重影响着生产的正常进行。

一、机械密封泄漏的原因分析

（一）机械密封的工作原理

机械密封是靠动环与静环的接触面在运动中始终贴合，实现密封。机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封原件组成，其中动环和静环的端面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。

（二）主要的泄漏点

主要泄漏点有：轴套与轴间的密封；动环与轴套间的密封；动、静环间的密封；对静环与静环座间的密封；密封端盖与泵体间的密封。

一般来说，轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决。其余的泄漏直观上很难辨别和判断，须在长期管理、维修实践的基础上，对泄漏症状进行观察、分析、判断，才能得出正确结论。

（三）泄漏原因分析及判断

（1）安装静试时泄漏。机械密封安装调试好后，一般要进行静试，试压查漏，^察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化，则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。

（2）试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后，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：操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；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；动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；工作介质中有颗粒状物质，运转中进入摩擦副，擦伤动、静环密封端面；上述现象在运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

（3）正常运转中突然泄漏。离心泵在运转中突然泄漏，少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏；对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效；对较长时间停运，重新启动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面；环境温度急剧变化；工况频繁变化而调整；突然停电或故障停机等。

离心泵在正常运转中突然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大的事故或损失。

二、机械密封检修中的几个误区

（1）弹簧压缩量越大密封效果越好。其实不然，弹簧压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，瞬间烧损；过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。

（2） 动环密封面越紧越好。其实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，过漏，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。

（3）静环密封圈越紧越好。静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害。一是引起静环密封因过度变形；二是静环材质以石墨居多，一般较脆，过度受力极易引起破碎；三是安装、拆卸困难，极易损坏静环。

（4）叶轮锁母越紧越好。机械密封泄漏中，轴套与轴之间的泄漏（轴间泄漏）是比较常见的。一般认为，轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧，其实导致轴间泄漏的因素较多，如轴间垫失效，偏移，轴间内有杂质，轴与轴套配合处有较大的形位误差，接触面破坏，轴上各部件有间隙，轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏，锁母锁紧过度只会导致轴间垫过早失效，相反适度锁紧锁母，使轴间垫始终保持一定的压缩弹性，在运转中锁母会自动适时锁紧，使轴间始终处于良好的密封状态。

（5）新的比旧的好。相对而言，使用新机械密封的效果好于旧的，在聚合性和渗透性介质中，静环如无过度磨损，还是不更换为好。因为静环在静环座中长时间处于静止状态，使聚合物和杂质沉积为一体，起到了较好的密封作用。

三、处理方法

离心泵的机械密封时由两块垂直于轴的密封元件（动坏和静环）组成的，其表面光洁而平直，相互贴合。密封端面平面度不大于0.0009mm，表面粗糙度，金属材料Ra=0.02μm，非金属材料Ra=0.04μm。动环和静环作相对转动，摩擦副材料为石墨、氧化铝陶瓷、 碳化硅、氮化硅、碳化钨硬质合金等。工作时，靠弹簧的密封介质（工作溶液）的压力在旋转的动环和静环的接触表面上产生适当的压紧力，使两端面紧密贴合，并在端面间产生一层极薄的液体膜而达到密封的目的，液体膜具有外层流体压力与内层静压力，起着和平衡压力作用。

四、检修时注意的问题

当静环或动环密封圈难安装到位时，可在此处涂抹油。安装过程中静止用工具敲打密封元件，应使用专用工具进行安装，以防密封元件的损坏，安装密封时应轻拿轻放，避免损坏密封件。弹簧弹力不足时，动环与静环密封面间容易产生间隙，可移动固定螺钉，以增加弹簧弹力或更换弹簧。

第8篇：机械密封的工作原理范文

关键词：结构简单 维修方便 振动小 整体效益高

中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0072-01

LG螺杆压缩机包括：主机冷却系统、油系统、仪控系统，介质的进出气管线系统。该设备主要用于原油稳定工艺以及原油负压脱气过程，回收大量轻质油。因此，该机是油田能源回收的关键设备。

1 螺杆压缩机的工作原理

螺杆压缩机实际上是一种工作容积做回转运动的容积式气体压缩机械。气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又借助于压缩机的一对转子在回转运动来达到。螺杆压缩机工作循环可以分为吸气、压缩、排气三个过程，螺杆压缩机具有一对相互啮合、旋向一左一右的阴阳转子，由机体内圆柱面、端壁面共同构成的工作容积，称为基元容积。随着阴阳转子按照一定传动比的旋转运动，每对相互啮合的齿轮相继完成相同的工作循环，转子的基元容积由于阴阳转子的齿相互连续侵入而减少，将被压缩介质逐步从压缩机的吸气口排向排气口，实现对气体介质的压缩。

在转子——机壳的端设吸入口，另一端设排出口，二者成为对角线布置。当吸入口进入基元容积，由于转子的啮合转动，螺杆转子的齿连续的脱离另一转子的齿槽，使齿槽空间容积增大到最大值时，吸气结束。这时基元容积对才与吸气隔开，压缩开始，在压缩过成中，基元容积对又逐渐向出口方向推移，容积减少，气体被压缩，当转子转到某一特定位置（由内压比决定）时，压缩过程结束，基元容积对开始于排除口沟通，排气过程开始，直到气体排尽为止。基元容积对于螺杆啮齿的空间接触分离，在排气的同时，在吸气端再次进行吸气，然后进行压缩、排气、循环往复。

2 LG螺杆压缩机的结构

LG螺杆压缩机按工作原理划分属于湿式螺杆压缩机，但在结构上吸收了干式螺杆压缩机的优点，设置了同步齿轮和机械密封。工作时，气体从吸气端座强制吸入到张开的螺杆内，随着螺杆的旋转啮合，气体在螺杆和壳体形成的密封腔内被均速地推向排气端，在这个过程中，密封腔内逐渐减少，气体被逐渐压缩，湿度升高，密度增加。这时从喷液盒连续不断地喷入的冷却液经雾化后，与气体混合在一起，将气体温度冷却并控制在70 ℃左右，在冷却液的作用下，螺杆压缩机单级压比可以做到更大。再冷却液喷入的同时，因螺杆转子间隙内形成膜面，提高了压缩腔的气密封和压缩容积效率。

在吸气端和排气端均设置了高性能的机械密封，他们阻断了气体向机体外和油侧的泄漏，气密性和安全性更高；同时这种组合密封使得压缩机气体与冷却液和油的绝对分开，使得在选择喷入压缩腔内的冷却液时就可以非常灵活，可以选择廉价而比容值很高的水作为冷却介质，也可以选择适合各种压缩气体的油品，或者直接从被压缩气体中分离出来的液态成分。

3 LG螺杆压缩机在集输天燃气工艺中的优势

由于LG螺杆压缩机优越的适应性和操作性及稳定性，相对于往复压缩机和离心压缩机而言，在气体压缩与集输天然气工艺中具备了明显优势。

关于零件数量看，双螺杆压缩机一共仅有300多个零部件，易损件很少，因而可以更长时间无故障运行，判断故障点更加方便。

螺杆压缩机由于阴阳转子、缸体之间均保持适当的间隙，互不接触，因而允许压缩介质带液甚至带粉尘，可以多相混输。

被压缩或输送气体在大多情况下进出口压力都是稳定的，但同时几乎没有那个场合，进出口压力从来不会波动，螺杆压缩机能承受很大范围的进出口压力波动，仅仅会在效率上有少许的下降。

湿式螺杆压缩机由于直接将冷却液喷入压缩腔内，将气体温度控制在70℃甚至更低，而往复压缩机内的排出温度一般都超过100 ℃。

螺杆压缩机设置机械密封组件，控制机械密封的油压比排气压力略高，这样即使机械密封损坏，工艺气体也不会泄露到大气中，机组的气密性非常高。

螺杆压缩机由于在工作时没有不平衡力，因此振动很小，噪音主要是排气噪音，因此螺杆压缩机不需要进出口消音器，机组结构简单，维修方便，工作可靠。

4 LG螺杆压缩机在集输天然气工艺中的主要用途

LG螺杆压缩机在集输天然气工艺中的主要用途有如下几个方面。

（1）油气田低产能天然气以及气井开发，后期，井口压力逐渐降低到依靠自身压力不能输送到气体处理厂集中处理时，需要对气井产出天然气进行增压输送或者降低气井回压以提高天然气采收率。这一时气期天然气产出的天然气不仅压力，气量变化大，而且往往还含有液体成分。

（2）在各大油田原油生产中，从转油站及联合站分离出的石油伴生气，因为含有大量的液体轻烃成分及水分，而且由于受到分离设备承受能力及生产工艺的影响，压力较低，一般都在0.2 MPa左右，需要增压输送LG螺杆压缩机是最理想的设备。

（3）供气干线末端大型天然气设备及用户供气压力不够需要增压、稳定供气时，选用结构简单、故障少、配套工艺及管理方面的LG螺杆压缩机与调频电机配合使用，是最佳方案。该方案以较少的投资，最得意的生产工艺，来满足用户对天燃气量的需求，而且运行平稳、安全可靠。

（4）负压及特种场合下的气体压缩与增压输送。

在油气开发与石化企业生产过程中，涉及到易燃易爆、负压状态及气体带液多的工艺场合，例如负压法原油稳定轻烃回收工艺中抽负压设备、减压增镏过程中的负压设备、大罐天然气的回收，丙、丁烷制冷压缩机等易挥发性烃类及可燃气体的压缩输送，LG螺杆压缩机有着其他压缩机不可比拟的优越性。

5 结论

本机为双螺杆压缩机械设备，主电机通过叠片绕性联轴器和主机阴阳转子直联驱动。气体从压缩机进口进入机内通过对阴阳转子的高速啮合旋转进行介质的压缩。压缩气体经排气孔输出。该压缩机的进气口和排气口，可设计为进口上出，上进下出的结构，便于管线安装和维修。

参考文献

第9篇：机械密封的工作原理范文

摘 要：陕西府谷电厂是开发建设陕北煤电基地向华北地区送电的重要项目，也是“西电东送”北线方案的重要组成部分。府谷电厂工程对于缓解东部地区能源资源、交通运输、节能环保等压力，提高能源安全保障能力，具有十分重要的作用。而上海电力修造总厂生产的HPT300-330M型50%容量电动给水泵运行中出现自密封水温度高，对电厂的正常作业造成影响，本文主要介绍了该型号的给水泵在运行中出现自密封水温度高的原因分析，改造方案及改造后的效果对比，通过降低给水泵自密封水温度，延长了给水泵机械密封的使用寿命，提高重要辅机设备可靠性。

关键词：电泵密封；水温度高改造；原因分析

中图分类号：TH136 文献标识码：A

1.设备概况

府谷电厂一期工程2×600MW机组，汽轮机为东方汽轮机厂制造，型号KZN600-16.7/538/538亚临界、中间再热、冲动式、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，锅炉为哈尔滨锅炉厂制造，型号HG-2070/17.5-YM9亚临界强制循环炉，每台机组配3台50%容量电动给水泵，二用一备，给水泵为上海电力修造总厂制造的HPT300-330M型电动给水泵，该给水泵进口压力为2.64MPa，出口压力为20.94MPa，流量为1138.5t/h，轴功率为7780kW，额定转速5584r/min，电动机为上海电机厂生产的YKS1000-4型电机，功率10000kW，转速：1491r/min。

2.运行中存在的问题

2011年06月03日17时35分，接到运行人员#2机B电动给水泵驱动端机械密封呲水的通知。检修人员随即赶到现场，发现电动给水泵驱动端机械密封处呲水严重，人员已无法靠近。运行人员立即把电泵倒至A电泵运行，对B电动给水泵进行隔离，泵体进行泄压。经过对B电动给水泵驱动端机械密封进行解体发现动环与动环防转槽过热、损坏，使转动槽磨平，动环脱离工作位置，且背部有6处损坏，进一步造成聚四氟乙烯垫、O型圈损坏，造成机械密封泄漏。

3.原因分析

本期工程2×600MW机组采用直接空冷系统，设辅机冷却水系统对各辅机进行冷却，两台机组辅机冷却水量约2×3700m3/h。辅机冷却水系统能够在各种运行工况下连续供给主厂房辅机，以带走辅机所排放的热量。3台辅机冷却水泵，其中两台运行，一台备用。

HPT300-330M型电动给水泵机械密封自密封水采用内置式冷却器，工作原理是给水泵末级叶轮出口泄漏的高温高压水首先经过节流减压套，压力降低、流速增加，流入迷宫式冷却水套的自密封水腔室，另外一路冷端水源由辅冷水供给，由于本厂地处陕北高原黄土高坡，缺水严重，植被少，风沙大，辅机冷却水为开式，水质差，由于辅冷水中含沙量较大，造成给水泵冷却水套冷却水侧流道堵塞，影响冷却效果，造成机械密封自密封水温度升高，导致机封密封过热损坏，冷却方式亟待解决，如图1所示。

4.数据分析和可行性研究

4.1 给水泵所需冷却水量分析

每台电动给水泵自密封水冷却水设计正常流量为：7.8m?/h，前置泵密封水冷却水设计要求正常流量为：7.6m?/h。3台电泵共需冷却水量为44.7m3/h。

4.2 闭式水系统现状调查分析

每台机组配备一套闭式水系统，主要供锅炉炉水循环泵冷却。闭式水泵为上海连成水泵有限公司生产的型号为：SLH125-315B扬程：100m流量：143m3/h，电机功率：75kW转速：2950r/min；配用机：上海连成制造Y2-2085-2；电机功率：75kW，额定电流：134.4A；闭式循环水箱容积：10m3。锅炉闭式水系统用水总量为：93m3/h，闭式水泵出口母管为Ф133×4mm。根据现场调查得出结论，闭式水冗余50m3/h。

4.3 结论及管道选择

通过分析闭式水余量能够满足电泵冷却水的需要。管道选择按管道内流速为3m/s计算，得出选用母管Ф89×4.5mm，支管Ф38×3mm的无缝碳钢管。

5.改造方案

将原有3台电泵冷却水进、回水管汇入两路母管接入闭式水进、回水管，在每台电泵和前置泵冷却水管各加装两只进回水门，在母管处各加装一只进、回水总门。冷却水管阀门共12只（DN32、PN25），母管阀门两只（DN80、PN25）。在汽机房0米闭式水泵出口母管接一路管道至电泵冷却水，如图2所示。

6.改造后效果对比

2011年8月我们对#1机的3台电泵自密封水冷却水进行了改造实施，通过改造，#1机三台给水泵自密封水温度明显降低，特别是5至9月，为确保设备防暑度夏起了重要作用。现对#1机B电泵与#2机B电泵自密封水温度做全年对比。2011年9月至2012年8月给水泵自密封水温度对比情况见表1。

7.经济分析

改用闭式水系统对给水泵自密封水进行冷却，冷却后的水返回至闭式水箱，而且距离较近，便于改造，造价低廉，充分利用闭式水的冗余做为冷却介质。如果单独设置一套给水泵冷却水系统，需投资100万元，而且还需占用并不宽裕的主厂房位置，造成检修空间狭隘，增加维护成本和后续的备品配件成本。另外如果不改造冷却方式，那么由于水质差，造成给水泵冷却水套堵塞，3台给水泵每年需返厂一台检修，费用40万元，这样第一年可直接节约140万元，以后每年可节约40万元。

结语

综上所述，上海电力修造总厂生产的HPT300-330M型50%容量电动给水泵运行中出现自密封水温度高，本文主要分析了该型号的给水泵在运行过程中出现自密封水温度高的原因分析，改造方案及改造后的效果对比，通过实际案例分析了降低给水泵自密封水温度的方案，延长了给水泵机械密封的使用寿命，并确认给水泵是发电厂最重要的辅助设备之一，它的安全性直接影响主机的安全运行，因为给水泵故障造成停主机的事件很多，对府谷电厂的正常作业造成了巨大的影响。通过改造，切实增强了给水泵运行当中的可靠性，既保证了安全，又节约了检修费用，并为电厂的正常作业提供了保障。本文建议仅供参考，希望为以后电厂的作业提供依据。

参考文献

[1]上海电力修造总厂HPT300-330M型说明书[Z].