1、 成都理工大学 毕业设计论文 题目：机械密封结构分析及设计 所在院系： 核自院机械工程系 指导老师： 学生学号： 200706040313 作者姓名： 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) 机械密封结构分析及设计 作者姓名： 专业班级： 2007060403 指导教师： 摘要 机械密封是指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弹力（或磁力）的作用下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。机械 密封又称端面密封。 本论文主要介绍了机械密封的工作原理和结构，对机械密封的材料、选型、冲洗、使用寿命以及维护等做了详尽地说明。以此为基础，对油泵的机械密封装置进行了设计
2、以及校核计算。 机械密封是流体机械和动力机械中不可缺少的零部件。它对整台机械设备、整台装置、甚至对整个工厂的安全生产都有很大的影响，特别是石油化工企业中，对设备运转可靠、装置连续生产具有重大的 意义。在石油化工企业中，所处理的流体（气体、液体）大多数具有腐蚀性、可燃性、易爆性及毒性，一旦密封失效、介质泄漏，不仅污染环境、影响人体健康和产品质量 ，而且还会导致火灾、爆炸和人生伤亡等重大事故。因此，不仅要注意和避免肉眼可视的液体泄漏，还应该避免不可视气体逸出。 机械密封在工业中发挥了不可替代的作用，对工厂的安全生产影响非常的大。本人在总结和吸取前人的经验，针对性的设计出了特定工况的油泵机械密封装置
3、。 关键词： 机械密封 泄漏 尺寸 结构 措施 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) Mechanical Seal Structural Analysis And Design Abstract : Mechanical Seal is a device of axial face seal , which depend on stationary ring and a rotating ring , includes an elasticity element , to prevent the medium leaking . Mechanical seal also called face
4、 seal. In this paper, it introduces the Working principles and structure of the mechanical seal materials. Materials selection、 processing、 service life 、maintenance and so on of the mechanical Seal have been done a detailed explanation. On this basis, having done a calculation of design and verific
5、ation of the oil pump mechanical seal. Mechanical seal is an indispensable parts in fluid machinery and power machinery. Mechanical Seal has a very important role to the whole modern industry , even to the equipment, the whole factory. Especially in the petro-chemical enterprises, Once the seal fail
6、ure、 dielectric leakage, Mechanical Seal May lead to major accidents, the consequences would be unthinkable. Mechanical seal in the industry have played an irreplaceable role, Its impact on safety in production plants is very large. After I sum up and draw on the experience of their predecessors, I
7、Designed pump mechanical seal for targeted condition-specific. Key words: Mechanical Seals Leakage Size Structure Measures 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) 目录 机械密封结构分析及设计 . 1 摘要 . 1 Mechanical Seal Structural Analysis And Design. 2 第 1章 引 言 . 1 1.1 机械密封的简介 . 1 1.2 机械密封在国外的发展背景 . 1 1.3 机械密封在国内的发展背景 . 2 第 2章 机械密封的工作
8、原理、结构和分类 . 3 2.1 机械密封的工作原理 :. 3 2.2 机械轴封的三个密封点的密封原理 . 3 2.3 机械密封结构 . 4 2.4 机械密封的组成及特点 . 5 2.4.1 组成 . 5 2.4.2 特 点 . 5 2.5 机械密封和软填材料密封的对比有如下优缺点 . 5 2.6 机械密封的结构类型 . 6 2.6.1 机械密封的一般分类 . 6 2.6.2 按结构形式分类 . 7 2.6.3 按工作参数分类 . 14 第三章 机械密封材料 . 15 3.1 机械密封材料的作用和要求 . 16 3.1.1 机械密封材料的作用 . 16 3.1.2 机械密封材料的要求 . 16
9、 3.2 摩擦副的材料选取 . 17 3.3 辅助密封圈的材料 . 18 3.4 弹性元件材料 . 20 第四 章 机械密封选型及安装 . 21 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) 4.1 选型 . 21 4.1.1 根据工作参数 p、 v、 t 选型 . 22 4.1.2 根据介质特性选型 . 22 4.2 机械密封的安装 . 23 4.2.1 机械密封安装、使用技术要领 . 23 4.2.2 机械密封安装注意事项 . 23 4.2.3 机械密封的安装与使用要求 . 26 4.2.4 机械密封技术的种类 . 27 第五章 机械密封装置设计 . 28 5.1 机械密封设计考虑因素和依据 . 2
10、8 5.1.1 机械密封设计考虑因素 . 28 5.1.2 机械密封设计依据 . 28 5.2 机械密封的设计程序 . 29 5.3 机械密封有关参数 . 29 5.3.1 载荷系数和平衡系数 . 29 5.4 设计条件和参数： . 31 5.5 设计选型与材料配对 . 32 5.6 结构设计确定主要尺寸： . 32 5.7 状态的确定 . 33 5.8 间隙 . 33 5.9 材料选用及结构设计 . 33 5.10 性能的校核及参数的计算 . 36 5.11 结构设计 . 38 第 6章 冲洗原理及方式选择 . 39 6.1冲洗的作用原理 . 39 6.2机械密封冲洗方式的选择 . 41 6
11、.3冲洗的安装方式 . 42 第 7章 机械密封的可靠性分析 . 43 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) 7.1 机械密封 的失效模式 . 43 7.2 机械密封可靠性数据的收集与统计分析 . 43 7.2.1 机械密封可靠性数据的收集 . 43 7.2.2 机械密封可靠性数 据的统计分析 . 44 第 8章 机械密封的失效 . 45 8.1机械密封泄露和维护 . 45 8.1.1 泄漏原因分析及判断 . 45 8.1.2 解决措施 . 46 8.2机械密封腐蚀和维护 . 49 8.2.1 金属环腐蚀 . 49 8.2.2 非金属环腐蚀 . 50 8.2.3 辅助密封圈及其接触部位的腐蚀 .
12、 51 8.2.4 防护方法 . 51 8.2.5 维护与使用 . 52 8.2.6 改进措施 . 52 第 9章 机械密封正常运行和维护问题 . 53 9.1 启动前的准备工作及注意事项 . 53 9.2 安装与停运 . 53 9.3 运转 . 53 结 论 . 54 致 谢 . 55 参考文献 . 56 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) http:/ 第 1页 第 1章 引 言 1.1 机械密封的简介 机械密封是一种旋转机械的油封装置。比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。由于传动轴贯穿在设备内外，这样，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄露，如果设备内压力低于
13、大气压，则空 气向设备内泄露，因此必须有一个阻止泄露的轴封装置。轴封的种类很多，由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以当今世界上机械密封是在这些设备最主要的轴密封方式。机械密封是旋转轴动密封，分为接触式和非接触式两种，目前多数采用接触式机械密封，而非接触式机械密封正在发展当中，并已经引起人们的注意。根据石油化工行业调查，当今有 80%90%的离心泵轴封采用机械密封，凡是高温，高压，高速和腐蚀，有毒，易燃易爆及工作条件苛刻的场合几乎都采用机械密封。所以机械密封已经成为离心泵最主要的轴封方式。 机械密封作为旋转设备中不 可缺少的密封装置 ,机械密封因其工作可靠、泄漏量小、使用寿命长、功率消耗
14、少等特点 ,在泵、压缩机、反应釜、搅拌器、转盘塔、离心机和过滤机等工艺设备上得到了广泛应用。据统计 ,为阻止动力输入轴与壳体间介质的泄漏 ,国外化工流程中 95 %左右的旋转设备采用了机械密封。 1.2 机械密封在国外的发展背景 机械密封最早于 1885年在英国发明并获得专利，至 1900年开始应用。 1876年第一台氨冷冻机出现以及空气分离技术的发展，直到本世纪 20 年代，机械密封在冷冻机装置上才得到应用，因此，世界上著名的密封公司如英国克兰 密封公司（ Crane Packing Ltd.）德国 Pacific 公司在 1923 年就从事机械密封件的生产，美国杜拉密封公司于 1934 年
15、正式生产机械密封，起步较晚的日本比拉公司在 1950年研究开发并于 1954年生产机械密封。 由于第二次世界大战和室友化工工业的发展，减少泄露，节省能源成为形势所需，因此，汽车制造业，泵制造业和石油化工企业广泛使用机械密封。 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) http:/ 第 2页 机械密封在美国是 1945年普及，在日本 1955年普及，德国对机械密封的研究使用较早，但是战争影响，直到战后才重新整顿发展，目前在密封理论研究方面又处于世界领 先地位。 1.3 机械密封在国内的发展背景 国内机械密封应用起步较晚，在 50 年代开始对机械密封进行研究、制造并在炼油行业采用。 1965 年兰州炼油
16、厂、沈阳水泵厂等单位首先试制泵用机械密封， 1966年天津机械密封件厂开始生产机械密封。 1970年机械工业部、石油部、化工部所属科研、生产、使用单位组成联合设计组 ,参考了国外先进结构 ,联合设计 “ 系列泵用机械密封 ” 。 1975年 ,机械工业部批准颁布了 “ 泵用机械密封标准 ” 。为了提高产品质量 ,加速密封技术的发展 , 1980年以后陆续引进英国 CrqnePacking有限公司、美国 Sealol公司的普通机械 密封 ,西德 Burgman 公司热流体动力型机械密封 ,日本 J H02 -064 Eagle 公司反应烧结碳化硅密封环 ,通过攻关、消化引进技术 ,使机械密封在品
17、种、材料、技术参数等方要面都提高到一个新的水平。 1993 年国家颁布了国标 “GB/T14211 -1993 机械密封试验方法 ”,1999 年国家机械工业局修订了 “ 机械密封技术条件 ” 和 “ 机械密封分类方法 ”, 为机械密封产品接近国外先进水平提供了保证。 本论文是在前人的研究基础上对油泵的机械密封装置进行了解学习。并对机械 密封的结构进行分析，对机械密封装置的维护进行深入研究，最终达到设计油泵的机械密封装置的目的。 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) http:/ 第 3页 第 2 章 机械密封的工作原理、结构和分类 2.1 机械密封的工作原理 : 机械密封是用于旋转轴的密封，又
18、称端面密封，其主要的特点是密封面垂直与旋转轴线，并且有弹性元件、辅助密封圈等构成的轴向磨损补偿机构。因此 ,也有简称机械密封为：“轴向滑动环密封 ” 。由于对机械密封的说法众多，国际上也无统一的规定，现摘录国家标准 GB5894-86中的有关机械密封的说明：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。 弹力加载机构与辅助密封是金属性纹管的机械密封我们称为金属波纹管密封。在轻型密封中，还有使用橡胶波纹管作辅助密封的，橡胶波纹管弹力有限，一 般需要辅以弹簧来满足加载弹力。 机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封
19、装置。（用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设一道阻漏装置。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点，成为了主要的轴密封方式。 2.2 机械轴封的三个密封点的密封原理 （ 1）动环与轴 之间的密封：也是用各种形状有弹性的辅助密封圈来防止液体从动环与轴之间泄漏。这是一个相对静止的密封。但当端面磨损时，允许其作补偿磨损的轴向移动。 （ 2）动环与静环之间的密封：是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作
20、用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。 成 都理工大学毕业设计 (论文 ) http:/ 第 4页 （ 3） 静环与压盖之间的密封：通常用各种形状有弹性的辅助密封圈来防止液体从静环与压盖之间泄漏。这是一静密封。 2.3 机械密封结构 图 2-3 常用机械密封结构如图 2-3所示。由静止环（静环） 1、旋转环（动环） 2、弹性元件 3、弹簧座 4、紧定螺钉 5、旋转环辅助密封圈 6和静止环辅助密封圈 8等元件组成，防转销 7固定在压盖 9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可
21、根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。 机械密封中流体可能泄漏的途径有如图 2-3中的 A、 B、 C、 D四个通道。 C、 D 泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。 B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。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、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。 A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。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液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。
