机械专业毕业论文机械密封在旋转设备上的应用及故障分析.docx

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机械专业毕业论文机械密封在旋转设备上的应用及故障分析

新疆工业高等专科学校|机械工程系

机械密封在旋转设备上的应用及故障分析

专业机电09—11（3）班

作者姓名

指导教师

定稿日期：

2022年04月27日

新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）任务书

学生姓名

专业班级

设计（论文）题目

机械密封在旋转设备上的应用及故障分析

接受任务日期

2012年3月1日

完成任务日期

2012年 4 月  9 日

指导教师

指导教师单位

新疆工业高等专科学校

设计（论文）内容目标

机械密封在旋转设备上的应用以及出现故障的原因分析和处理措施。

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

设计（论文）要求

本次毕业设计（论文）培养学生独立工作能力，侧重与开发学生创造力，应在巩固所学专业理论知识的基础上，熟练掌握专业基本技能，从而达到具有从事专业实际工作的初步能力。

论文指导记录

2012年3月1日开题确定题目《机械密封在旋转设备上的应用及故障分析》

2012年3月5日交开题报告

2012年3月9日完成第一、二章交给指导老师批阅

2012年3月16日完成第三章交给指导老师批阅

2012年3月23日完成第四章交给指导老师批阅

2012年4月30日指导老师提出部分内容需要修改完善

2012年4月6日定稿交给指导老师批阅

参考资料

【1】顾永泉.机械密封实用技术[M].北京:

机械工业出版社,2005.

【2】陈德才,崔德容.机械密封设计制造和使用[M].北京:

机械工业出版社,1993.

【3】惠作勤.浅谈机械密封在石化行业的使用[J].石油化工应用,2006（5）:

61-63.

【4】沈士玲.工程机械密封技术的应用与展望[J].黑龙江科技信息.2003,（3）.

注：

此表发给学生后由指导教师填写，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。

新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表

学生姓名

专业班级

设计（论文）题目

机械密封在旋转设备上的应用及故障分析

指导教师（签名）

指导教师单位

新疆工业高等专科学校

指

导

教

师

评

语

评阅成绩：

评阅教师签字：

年    月    日

答

辩

记

录

成绩：

提问教师签字：

年    月    日

答

辩

小

组

意

见

答辩成绩：

答辩小组组长签字：

年    月    日

摘要

摘要：

机械密封在旋转设备上的应用以及出现故障的原因分析和处理措施。

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

关键词：

机械密封；故障处理；原因分析

Abstract

Abstract:

Mechanicalsealrotatingdeviceapplicationsandthereasonsforfailureanalysisandtreatmentmeasures.Mechanicalsealintherotarydeviceiswidelyused,themechanicalsealsealwilldirectlyaffectthewholemachinerunning,seriousmajorsecurityincidentswilloccur.

    Mechanicalsealfromtheperspectiveofinternalandexternalconditionsaffectingthesealingeffectofseveralfactorsandreasonablemeasurestobetaken.

Keywords:

Mechanicalseal;faulthandling;Causes

第一章绪论…………………………………………………………………………1

第二章机械密封的原理及要求……………………………………………………3

第三章机械密封的故障表现及原因………………………………………………8

3.1机械密封振动、发热故障原因…………………………………………10

3.2机械密封介质泄漏的故障原因…………………………………………10

第四章处理故障采取的措施………………………………………………………12

4.1机械密封振动、发热的处理……………………………………………14

4.2机械密封泄漏的原因分析及处理………………………………………14

4.3增加辅助冲洗系统………………………………………………………17

4.4泵振动的处理措施………………………………………………………17

4.5通用离心泵机械密封泄漏原因分析与处理……………………………18

4.6检修中需注意的几个问题………………………………………………19

第五章机械密封密封件的腐蚀损坏与防护方法…………………………………21

5.1金属环的腐蚀……………………………………………………………21

5.2非金属环的腐蚀…………………………………………………………22

5.3辅助密封圈及其接触部位的腐蚀………………………………………22

5.4防护方法…………………………………………………………………23

结束语………………………………………………………………………………24

致谢…………………………………………………………………………………25

参考文献……………………………………………………………………………26

第一章绪论

密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施。

密封可分为静密封和动密封两大类。

静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。

根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。

中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度很窄的金属垫片。

动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。

按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。

动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有时称为动力密封。

静密封动、静环和弹簧

机械密封是流体机械和动力机械中重要的密封装置,它对整台机器设备、整套装置甚至对整个生产过程的安全性都有很大的影响,是机械设备防漏、节能以及控制环境污染的重要基础件。

随着高新技术和工业的高速发展,机械密封以其多方面的优越性被广泛应用。

自从机械密封出现以来，它以其泄漏量少、工作可靠性程度高和使用寿命长等优势，极大地改善了设备在生产过程中出现的跑、冒、滴、漏等问题，并越来越多地取代了以前占优势的填料密封在旋转轴密封上的地位。

特别是在一些高速、高温、高压、腐蚀性大、有毒易燃易爆的设备环境中，机械密封的作用是其它种类密封产品所不可替代的。

目前机械密封的使用范围非常广，包括石油炼油、石油化工、精细化工、冶金、火电站、印染、海运、造纸等行业，甚至在航空航天领域，机械密封也起着极为重要的作用。

在飞机和液体火箭上，机械密封用来密封燃气轮机、透平压缩机（涡轮增压器）、液压设备以及输送燃料和液化气体的增压泵。

据我国有关部门统计，80%-90%的离心泵使用机械密封。

由此可见，机械密封的市场需求量很大。

如图1-1所示为一种典型的机械密封产品。

图1-1机械密封

机械密封的失效往往会造成环境的污染、能源的浪费及生产效率的降低，严重的可能造成安全事故，因此良好的密封性能在日常生产中发挥着至关重要的作用。

很多公司的产品对密封的要求非常高，更关键的是在对密封构件的密封性能进行检测时没有好的办法。

大部分检测工作靠人工擦拭浮封环，然后用平镜观察表面缝隙，这样不但检测效果不佳，而且严重影响了生产效率。

针对此现状，对机械密封进行深入的研究，生产出高效而精准的密封检测机械显得尤为重要。

第二章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。

机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。

其中动环随泵轴一起旋转，动环和静环紧密贴合组成密封面，以防止介质泄漏。

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，可使泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。

密封元件起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时弹性元件对泵的振动、冲击起缓冲作用。

机械密封在实际运行中是与泵的其它零部件一起组合起来运行的，机械密封的正常运行与它的自身性能、外部条件都有很大的关系。

但是我们要首先保证自身的零件性能、辅助密封装置和安装的技术要求，使机械密封发挥它应有的作用。

泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：

  （l）轴套与轴间的密封；

（2）动环与轴套间的密封；

  （3）动、静环间密封；

（4）对静环与静环座间的密封；

（5）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辩别和判断，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。

机械密封的组成、工作原理及优缺点

机械密封种类繁多，不同种类的机械密封结构也各不相同，但从总体上来说，基本上所有的机械密封都由四个部分组成：

①由动环和静环组成的密封端面，这是机械密封最核心的组成部分；②由弹性元件或磁性元件组成的缓冲补偿装置，这是保证机械密封可靠性能的重要条件；③辅助密封圈；④带动动环随旋转轴一起回转的传动机构。

如图1-2机械密封基本结构图所示，动环2通过弹性元件3与弹簧座4连接成一个整体，弹簧座用紧定螺钉5固定在轴上；而弹簧座固定在旋转轴上随轴一起旋转，传递着转轴的运动，并带动弹性元件、动环及动环辅助环6一起随转轴旋转；弹性元件连接动环和弹簧座，不仅起到缓冲补偿的作用，而且还将旋转轴的运动传递给动环；密封腔体与密封端盖9通过螺栓连接构成一中空的密封腔，并通过在连接处使用辅助密封圈防漏；静环1固定在密封端盖上，与动环紧密贴合形成密封端面。

图2-2机械密封结构图

1．静止环（静环）；2．旋转环（动环）；3．弹性元件；4．弹簧座；5．紧定螺钉；

6．旋转环辅助密封环；7．防转销；8．静止环辅助密封环；9．压盖。

图2-3机械密封的基本零件

机械密封工作时密封腔内充满一定压力的介质，电机或其他动力装置带动旋转轴运转，并通过旋转轴将运动传递给机械密封动环。

动环在腔内介质压力和弹性元件弹性力的双重作用下与静环始终保持良好的贴合状态[7]；动环与静环相对运动形成摩擦副，并在密封端面之间形成一层极薄的液膜，它不仅对端面起到润滑作用，而且还平衡着密封面两端的压力。

泄漏是机械密封的主要失效形式之一，机械密封的可能泄漏途径有：

（a）密封端盖与密封腔体的辅助密封圈处泄漏D。

此处密封为静密封。

（b）动环与轴的辅助密封圈处泄漏B，和静环与密封压盖的辅助密封圈处泄漏C，都属于静密封。

这两处辅助密封面是决定机械密封密封性和动环追随性的关键。

特别是动环与轴之间的辅助密封圈，工作时会随动环在轴套上移动，因此对密封圈的特性要求很高。

静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶O形圈、聚四氟乙烯V形圈或金属波纹管的结构。

（c）动环与静环密封端面处泄漏点A，属于动密封。

动环与静环贴合形成的密封端面是机械密封的主要密封面，是决定机械密封摩擦、磨损和密封性能的关键，也是决定其工作寿命的主要因素。

据统计，机械密封的泄漏大约有80%-95%是由于密封端面的密封副造成的。

因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑油膜,必须严格控制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑油膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。

使用表面较光滑的机械密封，并保证接触面的平行，是减小该处泄漏的主要措施。

机械密封与一般的密封方法（如软填料密封）相比，有着以下的很多优点：

密封可靠；在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100，这是机械密封与其它密封方式相比的最大优点；

①使用寿命长；在油、水类介质中，一般使用可达1～2年或更长时间，在化工介质中，通常也能达半年以上；

②摩擦功率消耗小；机械密封端面的接触面积小，摩擦功耗小，机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；

3轴或轴套基本上不受磨损；

④维修周期长；端面磨损后可自动补偿，一般情况下，无需经常性的维修；

⑤运动中不需要调整；由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，装配后不需要像普通软填料密封那样调整和压紧；

⑥抗振性好；对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感，一般在转速在3000r/min下最大轴向振幅不超过0.05mm；

⑦适用范围广；机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。

机械密封的缺点有：

1结构较复杂，对制造加工要求高；

②安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平；

③发生偶然性事故时，处理较困难；

第三章机械密封的故障表现及原因

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。

1、密封端面的故障:

磨损、热裂、变形、破损（尤其是非金属密封端面）。

2、弹簧的故障:

松弛、断裂和腐蚀。

3、辅助密封圈的故障:

装配性的故障有掉块、裂口、碰伤、卷边和扭曲;非装配性的故障有变形、硬化、破裂和变质。

机械密封的故障在运行中集中表现为振动、发热、磨损,最终以介质向外泄漏的形式出现

故障现象

可能的故障原因

解决措施

压盖过热

a压缩量过大

b静止部件与转动部件接触

c辅助系统性能不良

d泵抽空、气蚀

按密封装配图尺寸要求调整压缩量

检验泵轴与泵盖之间的相对精度，保持足够的安装精度，保证辅助系统工作良好

  严格按装配要求检验相关部件的精度

端面渗漏

a端面变形较大

b螺丝拧力不均匀

d压缩量偏小

d密封端面有异物

按密封装配图尺寸要求调整压缩量

重新安装，按要求步骤均匀拧紧螺丝

重新研磨密封端面，达到要求的平面度，保持端面洁净

冒烟或端面发声

a密封腔抽空

b静止部件与转动部件接触

c安装对中不良

d介质不足，操作不稳定

e运行密封腔没有排气

f压缩量大

避免抽空，装配密封前检查密封各安装尺寸

保证冲洗和冷却等密封辅助系统工作良好

检验泵轴与泵盖之间的相对位置精度，保证足够的安装精度

避免装置操作不稳定

开泵前排出密封腔内气体

不正常

振动

a 密封装配后没有紧固

b安装对中不良，精度不够

重新安装密封，注意螺纹联结的紧固，仔细调整，保证较高的安装精度

密封泄漏

严重

a安装过程中，密封件损坏

b密封没有压缩量

c静密封点密封不良

d密封端面变形严重

e安装时端面没有处理干净，有异物

拆卸密封，仔细检查各零部件，确定泄漏部位，检查研磨端面达到要求的平面度，注意静密封点，保证密封性能良好

更换损坏的密封部件，按密封装配图尺寸要求，检测安装尺寸，保证正确的压缩量，仔细安装密封

机构破坏

a密封零部件安装时错位或安装错误

b静止部件与转动部件接触

c压缩量太大

拆卸密封，仔细检查各零部件，更换损坏的密封部件，检验泵轴与泵盖之间的相对精度，检测安装尺寸，保证正确的压缩量，仔细安装密封

偏磨泄漏

a泵轴与泵盖端面垂直度不够

b密封部件安装倾斜

检验泵轴与泵盖之间的相对精度，仔细安装密封

3.1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。

3.2机械密封介质泄漏的故障原因

一、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，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。

此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。

    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；

    （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，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；

    （6）设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。

上述现象在试运转中经常

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。

（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；

  （4）对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面；

  （5）介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多；

  （6）环境温度急剧变化；

  （7）工况频繁变化或调整；

  （8）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

较大事故或损失，须予以重视并采取有效措施。

第四章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。

在使用过程中，机械密封易发生的主要问题是泄漏量超差和温度过高。

用手触摸机械密封压盖，如果无法在上面停留，说明温度过高。

泄漏量每侧不应超过60滴／min，如果成线状流淌，则说明泄漏量过大，可确定是否观察运行；如果向外喷油，则应立即停机检查。

采取的控制措施

保证零部件质量

机械密封在出厂前须做密封性能试验，并有合格证。

机械密封经过长期运行，使动环与静环磨损，弹簧与轴锈蚀磨损、密封胶圈磨损、老化、变形等，都能造成密封的泄漏，必须修理或更换新件。

动环和静环的密封面不得有裂纹、掉角、划痕、麻点、飞边及偏磨，划痕、麻点不能贯穿整个密封端面。

若使用修复的动静环时，动静环的凸台高度之和不少于3mm，且单个凸台高度不少于lmm，以免影响散热。

动环安装后应保证能在轴上灵活移动，将动环压向弹簧后应能自由弹回，保持动静环的垂直和平行。

动静环密封胶圈的规格符合图纸规定，表面不得有残损、厚薄不均及软硬不均现象，在大修时要更换密封胶圈。

弹簧的外表面清洁无锈蚀，在使用前应进行

长度外形检测和压力试验，每组弹簧在规定压缩长度的压力差应符合要求，每组弹簧在规定压缩长度的压力误差符合要求。

自由长度允差不超过0.5mm压缩量不能过大过小，要求误差±2mm。

密封套与泵轴不能采用同一种材质，两侧端面的平行度允差及与轴线的不垂直度允差不超过±0.20mm.

保证有充分的冷却润滑

调整冷却管路调节阀开度，要确保机械密封冷却管路通畅，罐泵时打开排空阀要排净密封腔内气体。

保证安装精度

密封材料应满足密封功能的要求。

由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料的具有不同的适应性。

对密封材料的要求一般是

1）材料致密性好，不易泄露介质。

2）有适当的机械强度和硬度。

3）压缩性和回弹性好，永久变形小。

4）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂。

5）抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上。

6） 摩擦系数小，耐磨性好。

7）具有与密封面结合的柔软性 

8）耐老化性好，经久耐用。

9）加工制造方便，价格便宜，取材容

拆装机械密封时，动静环要清洗干净，并在摩擦副面上涂抹少量清洁的润滑油，要兼顾高压端和低压端，严禁磕碰。

静环压盖安装时用力要均匀，防止压偏，用塞尺检查，上下左右位置的偏差不大于0．05mm；检查压盖与轴外径的配合间隙，四周要均匀，各点允许偏差不大于0．1ram。

安装机械密封部位的泵轴的径向跳动不超过0．05mm。

把和泵盖和密封端盖之前，要认真复核机械密封的安装定位尺寸，如果定位尺寸不符合要求，可在轴套间用钢垫调整，但钢垫精度要高，厚度差不超过0．01mm。

测量机械密封套的径向跳动和密封面的端面跳动符合要求。

对运行过的机械密封，凡有压盖松动使密封面发生移动的情况，则动静环零件必须更换，绝对不应重新上紧继续使用。

因为在这样松动后，摩擦副原来的运动轨迹就会发生变动，接触面的密封性能就很容易遭到破坏。

调整端面比压

端面比压是关系到密封性能及使用寿命的重要参数，它与密封的结构型式、弹簧大小和介质压力有关。

端面比压过大将加坏摩擦副；比压过小则易泄漏，往往由厂家给定一个适合的范围，端面比压一般取3～6kg／cm2。

调整比