化工流体动密封压制.ppt

13.1 填料函密封结构及密封原理1.密封结构22.填料的形式33.密封原理 （1）现象：1）填料被轴向压紧——产生径向压力；2）填料与轴贴合不均匀——环向有接触有间隙；3）轴表面存在漏出的液体——液膜2）密封原理：1）填料被压紧，提高了填料的强度，对轴产生径向压力，如图（b）；42）填料与轴面贴合不匀，形成漏液的节流环，“迷宫效应”，使漏液压力逐渐下降；见图（c）径向压力+迷宫效应+轴承效应填料密封3）轴表面漏出液体，液膜有支撑、润滑和冷却作用，“轴承效应”5（3）填料的径向压力分布旋转轴：往复泵轴：轴发生磨损：64.适用环境•介质压力：旋转轴往复轴——0.001~22MPa•温度：-50~600℃•线速度：＜20m/s二.填料函结构形式1.单填料函适于低温、低压、低真空度的情况72.夹套填料函夹套通以冷却水或蒸汽，以改善填料工作条件8封液压力大于介质压力，便可阻止介质外漏；当设备内为负压时，只需通入封液，便可阻止空气进入设备内部3.带液环填料函94.带节流套填料函 •节流套内通以高于介质压力的洁净介质，防止含有固体颗粒介质进入填料•节流套与低压端连通，填料内的高压介质被降压，填料处于低压状态工作。

105.双填料函两密封函之间可通入液封，以冷却、润滑、收集漏液适于易燃、易爆、有毒、高压介质116.锥形填料函用于动力密封——工作时，无须填料函起密封作用；停车时，利用轴的轴向窜动，使填料与轴接触，起到密封作用127.旋转填料函轴为静止，壳体旋转 138.浮动填料函适于轴、壳不同心或在转动时摆动、跳动较大的场合利用弹性或柔性良好的材料作过渡体，使函或轴处于浮动状态143.2 机械密封基础一.基本结构及其工作原理1.机械密封的基本结构（1）端面密封副——静环、动环；（2）补偿缓冲机构——弹性元件或磁性元件；（3）辅助密封圈——静密封胶圈；（4）传动机构——弹簧座、定位螺钉、防转销等152.密封工作原理•动、静环接触处的端面在流体压力及补偿外弹力作用下，保持贴合并相对滑动，在辅助密封的配合下，阻止了系统内流体的泄漏•密封端面内形成一微小间隙，介质或外加润滑冷却液在间隙内形成极薄的液膜，从而起到阻止介质泄漏，使端面得以润滑的目的3.平衡型及非平衡型机械密封机械密封内置式外置式平衡型非平衡型16外置式——动环、传动机构置于大气中；内置式——动环、传动机构置于介质中17平衡型——动、静环密封面的压力不受（或很少受）介质压力的影响。

非平衡型——端面压力受介质压力的影响过大会压坏端面间隙的润滑膜18二.机械密封的有关要素要保证：1）密封性能；2）使用寿命——密封端面液膜要存在；材料要耐磨损值值——主要工作性能指标1）定义——端面比压（P）与端面平均周速（V）的乘积•设计、制造和使用者共同考虑的要素PV∝端面摩擦热和端面磨损率 ——PV被视作耐热性和耐磨性指标192）.常用摩擦副材料组合的允许PV值203）.极限PV值运转摩擦生热——端面温度升高——端面热裂——泄漏量增大——端面磨损加剧——密封破坏•摩擦副产生热裂时的PV值为极限PV值2.2.密封端面上的液膜压力密封端面上的液膜压力粘度直接影响液膜，一般厚度0.1~3μm•P膜的影响因素很多：介质粘度、端面几何形状、转速、介质中的杂质等等21３．端面比压３．端面比压——作用于密封端面单位面积的力称为密封比压要求：１）端面比压必须是正值，保证密封端面紧密贴合；２）大于物料在密封端面上的蒸汽压；３）保证液膜存在，端面比压不宜过大，以免液膜蒸发使磨损加剧也不能过小，以免密封性能变差　泵用内置式，一般取；　外置式，；　　粘度大者，适当增加，一般；　润滑性差，易挥发物料，比压较小，一般；　反应釜外置式，比压比泵用稍大。

　22４．弹簧比压４．弹簧比压——弹簧作用于密封端面单位面积的力作用：当介质压力很小或波动时，仍能维持一定的端面比压，使介质不致泄漏选择依据：端面平均线速度•高速机械密封，平均线速度＞30m/s，　　　　　　取(0.5~2.0)×9.8×104Pa；•中速，平均线速度10~30m/s，　　　　　　取(1.5~3)×9.8×104Pa ；•低俗，平均线速度＜10m/s，　　　　　　取(1.5~6)×9.8×104Pa ；•釜用，取转速低，气相，轴摆动较大，操作压力、温度、相态不稳定）取值较大23三.机械密封的一般结构形式1.单端面密封润滑剂——工艺介质1）内置式F密=F介+F弹-F膜密封头固定；密封头旋转24外置式：密封头固定；密封头旋转F密=F弹-F膜避免传动机构受磨损252.双端面密封26273.波纹管式机械密封——用于强腐蚀、有毒介质场合波纹管橡胶波纹管；聚四氟乙烯波纹管；金属波纹管28四.特殊工况下的机械密封1.高温条件下 T＞80℃出现：1）润滑条件恶化，热裂，液膜汽化，密封环磨损； 2）密封环变形，间隙量变化； 3）介质腐蚀性加剧。

须注意： 1）选材要适应温度上限，相配合的材料的热膨胀系数应相近 2）按热态考虑零件配合 3）采用外置式结构 4）应强化冷却292.高速条件下 ——线速度＞30m/s出现：1）磨擦热增加，磨损量增大； 2）零件离心力加大，振动增强注意：1）加强磨擦副的润滑与冷却；2）选用许用PV值高的材料组对；3）采用密封头（传动机构）为静态结构303.低温条件下 出现： 1）端面变形，配合件松动、脱离； 2）材料发生冷脆现象； 3）密封件与大气接触时会出现水蒸气冷凝、冻结在密封面上，加速磨损，密封恶化注意：1）控制系统不出现突然的和过大的温差；2）材料选择注意良好的低温性能314.高压条件下 —— P工＞5MPa出现：1）端面比压过大，液膜遭破坏，加速磨损、发热；2）零件变形、损坏应注意：1）选用平衡性机械密封；2）磨擦副的动静环要有足够的刚度，不可变形过大；3）支撑结构牢靠325.腐蚀性介质条件下腐蚀——化学腐蚀、电化学腐蚀、磨蚀。

磨蚀速率=10~50倍无摩擦腐蚀速率！应：1）磨擦副材料既耐腐蚀又耐磨如陶瓷-聚四氟乙烯 2）保护辅助密封——聚四氟乙烯波纹管（内装式）或采用外装饰结构；或采用双端面结构，引入隔离液333.3 非接触密封非接触密封——使被密封的流体产生压力降，来达到密封允许产生一最小的泄漏量，不影响系统中运动件的旋转运动特点：特点：运动部件之间，固定密封件与运动密封件之间均无摩擦；——无磨损，无须维修，结构简单、耐用、运行可靠分类：流阻型——间隙节流产生阻力如浮环密封、迷宫密封等；动力型——轴功率产生反压头，抵消介质泄漏　　　压头如螺旋密封、叶轮密封、干气密封等342.工作原理•在弹簧力作用下，内浮环及外浮环分别与隔离环及挡环端面贴合，内浮环及外浮环因有防转销不能转动，但能滑动•向浮环引密封液——冷却、润滑，将气相密封转为液相密封，压力高于工艺气——不能外漏•少量内漏液，混合于工艺介质中，引出进行分离，再循环使用 大量外漏，引回邮箱循环使用 一.浮环密封1.密封结构35•浮环特性——浮升性轴停止转动时，形成偏心间隙：轴转动时，密封液被牵连旋转，环浮动抬升——动压效应浮升性的作用：1）使浮环自动对中，适应轴的偏摆运动；2）避免轴与环间出现固相摩擦；3）使环与轴间隙变小，增强节流阻力，改善密封性。

363.密封特点：1）密封参数范围宽广如离心机中，线速度约为40~90m/s，工作压力可达32MPa；工作温度为-100~+200℃2）动密封中，具有最高的工况PV值，可达2500~2800MPa·m/s3）浮环利用自身的密封系统，将气相密封转换为液相密封，因而特别适用于气相介质4）浮环密封对大气环境为“零漏泄”密封适于各种易燃、易爆、有毒、贵重介质5）性能稳定，工作可靠，寿命达一年以上6）浮环密封为非接触式工况，内漏泄量约为200升/天，外漏泄量约为15~200升/min当然，此泄漏量应视为循环量，不同于机械密封37381.工作原理：• 轴的旋转动能转换成粘性流体的压力能，获得泵送压头——”泵送效应”• 粘性流体得泵送压头与介质压力向平衡，阻止介质泄漏• 螺旋迷宫密封做功元件包括轴螺旋和孔螺旋，泵送压头高于普通螺旋密封但产生涡流摩擦——只适用于粘度较低的流体，不适用于高粘度流体2.特点：1）属非接触型密封，允许有较大的密封间隙，无固相摩擦，工作寿命可长达数年，容易维护保养 2）属动力型密封，消耗轴功率建立密封状态 3）螺旋间隙充满粘性液体，可将气相条件转化 为液相条件。

39 4）适于在低压下工作（压力低于2MPa）封液不需要循环冷却，结构简单 5）不适于高转速（线速度高于30m/s)工作因封液受到剧烈搅动，容易出现气液乳化现象 6）没有停车密封性能 7）要求封液有一定粘度，并且温度变化对封液的粘度影响不大若工艺流体粘度高，本身可以作为封液用403.类型与结构：单向回流式41双向增压式——两段螺旋结合带形成“液体密封圈”，阻漏42双向抽空双向抽空式式——两螺旋结合带形成真空屏障，阻漏431.磁流体简介（1）磁流体的组成：1）磁粉微粒——磁性材料，如稀土磁性材料、磁铁矿（Fe3O4）、赤铁矿（γ-Fe2O3）、氧化铬（CrO2）等 直径小于300A°,球形为好2）载体——液态，如水、汽油、碳氢化合物、聚苯醚等，也可是水印、镓、銦、锡等液态金属3）分散剂——表面活性剂，具有亲液性和憎液性性质防凝聚，布朗运动 亲液基可与载体混合； 憎液基与磁粉亲和并吸附在磁粉微粒表面，形成单分子包附层1—磁粉微粒2—载体3—分散剂44（2）磁流体的性能1）磁性——外磁场作用下显示磁性2）有冰点，一定温度下转变为固体，丧失流动能力。

3）有一定寿命影响寿命原因：①饱和蒸汽压 饱和蒸汽压越高，蒸发量越大——干固，丧失密封能力 应：选取低饱和蒸汽压的载体和分散剂； 降低磁流体工作温度②阻止磁粉微粒凝聚的能力从如下方面考虑：•选用分散剂；•分散剂的包袱程度；•磁粉微粒的形状和粒度，——球形为好454）润滑性；5）粘度影响粘度的因素：•磁粉微粒的浓度浓度增加，粘度也增加；•分散剂的加入量如图：•温度温度升高，粘度下降6）饱和磁化强度取决于：•磁性材料的饱和磁化强度•磁粉的浓度4748——静止部件与旋转部件之间的间隙中形成了外加磁场，将磁流体吸聚在其间，形成0形液体环——磁流体本身具有表面张力和磁场力，液体环阻止介质通过，起到密封作用——密封特性：自愈合性能49——△p＜[△ p]时，磁环被吹断后仍可以自行恢复 ——自愈合性能——多级密封时，密封总压力pn=n· △p △p——单级压差——磁流体经长期使用会有损失，需要补加足够的磁流体4.4.提高磁流体密封能力的主要途径：提高磁流体密封能力的主要途径：1）提高外磁场强度和磁流体的饱和磁化强度。

[△p]∝Ms·H 式中 Ms——磁流体饱和磁化强度 H——密封间隙中的磁场强度即a.选用导磁性能好的材料； b.间隙要小； c.提高外加磁场强度502）适当提高磁流体粘度粘度高——表面张力大，有利于磁流体环的强度； 发热量大，粘度降低3）选用合理的级数5.5.磁流体密封的优缺点：磁流体密封的优缺点：优点：1）对大气可实现零泄漏； 2）无固体摩擦； 3）只要磁流体量够，使用寿命很长； 4）结构简单、净度低； 5）磁流体有排他性，可用于含固体颗粒介质的密封；51缺点：缺点：1）耐温度范围小取决于载体及分散剂；2）耐压力低，；3）耐腐蚀性差6）可用于往复运动密封；7）轴、孔的同心度要求不高；8）适应高速旋转；9）有自愈合能力521.结构形式53理想的迷宫流道： 在间隙入口处气体状态为P0,T0和速度为0，气体越接近入口，气流越加收缩和加速，在间隙最小处的后面不远处，气流获得最大的速度；当进入空腔，流束界面突然扩大，并在空腔内形成强烈的漩涡。

54能量观点看，能量观点看，•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 ——热力学效应 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55用焓熵图表示这一过程： 气流通过第一个缝口后，压力由0点下降到1点，然后在膨胀室内作等压恒温恢复，压力由1点升到1`点，如此下去，每个迷宫室内进行一次，最后把整个迷宫室内气体的理想状态变化用折线0-1-1`-2-···n-n`表示之——理想迷宫（等温过程）——范诺曲线56在实际迷宫中，除了热力学效应、流体收缩效应和摩阻效应外，还应考虑越载效应（直通） 在一般直通型迷宫密封中，通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分地实现将速度能转变为热能的能量转换，而有一部分气流速度不减少或者略微减少，直接越过各个齿顶流向低压侧——直通效应（越载效应）57常见迷宫密封的结构形式：（a）直通型（b）复合直通型（c）错列型（d）阶梯型（e）斜齿阶梯型（f）蜂窝与直通组合式（g）承磨密封583.影响迷宫密封的因素综合考虑流束收缩及流速降低——流量系数，影响迷宫密封效果。

影响流量系数的主要因素有：1）疏齿边缘——影响流束收缩效应 592）齿形603）尺宽与间隙比 A——松散区B——死区C——涡流区D——松扩区E——死区（d)不同压比及厚隙比时的流量系数611.结构6263特点特点: :先进的流体动压槽型设计,保证密封运行的可靠性;选用重量轻的动环材料,最大限度减小了密封对压缩机转子动态性能的影响; 密封采用串联结构,主密封承受全部工作压力负荷,次密封作为保护密封在低压下运行.主密封失效后,次密封可起到主密封的作用，保证机组安全 密封非接触运行,具有很长的使用寿命(5年以上)及很低的功率消耗; 封气为工艺介质气体，保证了工艺介质不受外来气体的污染适用压力适用压力: : 0--8.0Mpa;适用温度适用温度: : -40--200℃;适用转速适用转速: : 1000--18000r/Min;适用介质适用介质: : 各类气体介质. 。