高壓機(jī)械密封的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳學(xué)鋒

摘 要：伴著中國工業(yè)發(fā)展史的不斷推進(jìn)，機(jī)械制造業(yè)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，高壓機(jī)械密封的設(shè)計(jì)與應(yīng)用也成為機(jī)械制造業(yè)中一個重要的組成部分。早在工業(yè)革命初期，已經(jīng)出現(xiàn)了高壓機(jī)械的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，比如第一臺蒸汽火車的誕生。高壓容器的出現(xiàn)，不管是在工業(yè)生產(chǎn)還是人們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)越來越重要了。隨著人們對各類高壓容器需求的不斷加大，迫使各種類型的高壓容器如雨后春筍不斷的涌現(xiàn)。這在很大程度上也刺激了國民經(jīng)濟(jì)的快速可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高壓機(jī)械；密封設(shè)計(jì)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.039

0 前言

密封結(jié)構(gòu)作為各種類型高壓容器的核心部件，其設(shè)計(jì)及應(yīng)用的優(yōu)劣直接對高壓容器的性能起著非常大的作用。所以，要想是機(jī)械制造達(dá)到高質(zhì)量、高水準(zhǔn)。必須從高壓容器的密封著手，研究其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形態(tài)，以及其材質(zhì)的使用，爭取做到高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，這樣對于高壓機(jī)械的使用壽命以及使用性能都能起到理想的效果。如何提高高壓機(jī)械的密封性能，高壓機(jī)械密封的設(shè)計(jì)與應(yīng)用已經(jīng)受到眾多機(jī)械設(shè)計(jì)制造專家日益重視，并成為機(jī)械研究制造工作中的重點(diǎn)。這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用也將成為機(jī)械進(jìn)行自動化以及文明生產(chǎn)非常重要的一個內(nèi)容。本人結(jié)合多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，主要就高壓機(jī)械密封的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用做了一點(diǎn)淺顯的探索與思考。從高壓機(jī)械密封的概況：高壓機(jī)械密封的種類、主要類型：當(dāng)前高壓機(jī)械密封的情況，針對高壓機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面以及對影響高壓機(jī)械密封設(shè)計(jì)的客觀因素進(jìn)行詳細(xì)的研究與分析。并就高壓機(jī)械密封設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)的問題做出了相應(yīng)的解決方案，還對高壓機(jī)械密封的應(yīng)用情況進(jìn)行了粗淺的分析。

1 機(jī)械密封的概述

機(jī)械密封就是對旋轉(zhuǎn)機(jī)械通用的軸密封類型。機(jī)械密封主要應(yīng)用在氣體、液體等各類介質(zhì)的密封，如反應(yīng)釜、泵類等；同時也用于氣體密封，如壓縮機(jī)介質(zhì)軸中的密封。機(jī)械密封由于其不易泄漏而且減少日常維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，己逐漸取代了傳統(tǒng)的壓蓋軟填料密封的使用。

機(jī)械密封一般有兩個垂直于回轉(zhuǎn)軸軸線的密封平面，一個密封面構(gòu)件安裝在泵蓋、端蓋或泵體上始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而另一個安裝在軸上并隨之轉(zhuǎn)動。為保持高度的密閉性能，正常情況下，常規(guī)機(jī)械密封的旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)界面的研磨平面度的誤差不超過萬分之六。 為了保持兩個界面由于摩擦產(chǎn)生的熱量及磨損量的最低限值，這就要求在密封面之間進(jìn)行流體潤滑。對于單端面密封，通常是將密封介質(zhì)作為潤滑劑，但對于有害、有毒、易燃、易爆、有腐蝕性介質(zhì)選用的雙界面或者串聯(lián)型機(jī)械密封，應(yīng)選擇與介質(zhì)能夠相溶的封液作為潤滑和冷卻液。

為了減少磨損及制造過程中的誤差，應(yīng)有一個密封界面在彈性構(gòu)件和介質(zhì)壓力的雙重作用下，可以沿運(yùn)動軸向有一定量的活動；同時為了滿足由旋轉(zhuǎn)部件的角度偏差引起的擺動，需要有一個密封界面可以在徑向作輕微的浮動。通常由一個密封面兼顧這兩項(xiàng)作用。

機(jī)械密封的主要目的顧名思義就是對可能出現(xiàn)泄漏的機(jī)械部位或者已經(jīng)發(fā)生泄漏的機(jī)械部位進(jìn)行密封，加裝防泄漏設(shè)施，根據(jù)其工作性能需要，進(jìn)行科學(xué)有針對性的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到其使用功能，延長高壓機(jī)械的使用壽命，增加它的安全性，滿足高效的使用需求。

機(jī)械密封的類型 有很多種，按照其工作功能來說，可以分為孔用密封、固定密封軸用密封、防塵密封以及導(dǎo)向環(huán)等等；而按照其制作材料來分的話，又可以分為工程塑料、聚氦酯以及橡膠等等。

機(jī)械密封的主要工作類型也是層出不窮 ，機(jī)械密封與機(jī)械的工作活動息息相關(guān)，一種密封類型是機(jī)械各部件之間不存在相對的運(yùn)動，一種是機(jī)械各部件之間存在著相對運(yùn)動，機(jī)械各部件之間不存在相對的運(yùn)動產(chǎn)生密封性的靜密封件，機(jī)械各部件之間存在著相對運(yùn)動產(chǎn)生密封性的動密封件。還有就是，機(jī)械密封系統(tǒng)為了防止灰塵或者其他物質(zhì)的進(jìn)入而進(jìn)行有針對性的防塵措施設(shè)計(jì)，這種防塵密封的設(shè)計(jì)一般都是采用防護(hù)套、防塵罩或者與之有類似功能的結(jié)構(gòu)，這種機(jī)械密封部件是一種半靜狀態(tài)的密封件。

密封件通常按照形狀可分為墊片密封件、環(huán)形密封件等等，墊片密封件按制作材質(zhì)又可以分為，如橡膠密封墊片、非金屬密封墊片、金屬密封墊片等等；按照工作性能又可以分為液態(tài)聯(lián)結(jié)密封、液體墊片密封、螺紋密封膠等等；而運(yùn)動密封構(gòu)件則可以分為強(qiáng)制壓力下貼壓在密封而上的接觸型密封件與靠固定間隙（即沒有摩擦接觸）起作用的間隙密封件等等。

2 高壓機(jī)械密封設(shè)計(jì)制造的現(xiàn)狀

機(jī)械密封腔體壓力超過3MPa時所采用的機(jī)械密封均屬于高壓機(jī)械密封，高壓機(jī)械密封件的制造材質(zhì)、工作性能可靠性要求等都有別于普通機(jī)械的密封密封設(shè)計(jì)。當(dāng)前，我國對高壓機(jī)械密封技術(shù)的研究和制造還處在相對落后的位置，機(jī)械密封的性能極其不穩(wěn)定，缺乏自主研發(fā)的核心產(chǎn)權(quán)，大多的機(jī)械密封裝置都是從國外引進(jìn)而來。經(jīng)過眾多機(jī)械專家多年的潛心研究，我國已經(jīng)在高壓機(jī)械密封領(lǐng)域有所突破和收獲。

高壓機(jī)械密封傳動裝置的設(shè)計(jì)原理。密封與零件結(jié)構(gòu)型式是高壓機(jī)械密封的兩個重點(diǎn)，在對高壓機(jī)械密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，一定要將設(shè)備密封的壓力平衡問題做充分考慮，因?yàn)樵O(shè)備密封壓力不平衡會導(dǎo)致密封發(fā)生變形或者位置變化的情況，這些均會影響設(shè)備的密封效果。 高壓機(jī)械.密封裝置端面設(shè)計(jì)原則 ：對于高壓機(jī)械 高溫性端面的設(shè)計(jì)，摩擦副有一定的指數(shù)要求，摩擦副作為機(jī)械密封的重要部件，首先要保證摩擦副的平整度、粗糙度，制造材質(zhì)必須要抗耐磨、抗腐蝕并且要有足夠的使用強(qiáng)度。在高壓機(jī)械密封設(shè)備對斷面設(shè)計(jì)時，要充分保證摩擦面的導(dǎo)熱性能，通過導(dǎo)熱減少設(shè)備部件的溫差變化，使設(shè)備部件之間保持作用力的平衡，防止設(shè)備部件的端面發(fā)生物理變形。

密封端面的設(shè)計(jì)，在動環(huán)端面或者靜環(huán)端面的作用下形成了流體運(yùn)動壓槽，此壓槽的深度保證在一毫米左右，這種新型的流體運(yùn)動壓槽式密封裝置能保證在高壓的情況下，高壓密封裝置保持端面的穩(wěn)定；并且在摩擦生熱的工作狀態(tài)下，端面仍然穩(wěn)定。當(dāng)密封環(huán)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)時，運(yùn)動壓槽可以使離密封端面較遠(yuǎn)距離的液體快速得到冷卻降溫。endprint

在密封裝置的材質(zhì)選擇上，高壓機(jī)械密封的選材必須是耐熱、易導(dǎo)熱、耐摩擦、承受高強(qiáng)度的相關(guān)特性。并且能夠滿足壓力設(shè)備的設(shè)計(jì)需要。

3 高壓機(jī)械進(jìn)行密封設(shè)計(jì)的基本原則

避免泄漏情況的出現(xiàn)。想要達(dá)到密封效果就要考慮密封件的工作原理，密封件的彈性優(yōu)劣，對于保證填充密封面的任何的一個需要密封的部位起著決定性因素。通過密封件彈性流動，始終讓密封件保持在受力狀態(tài)。高壓機(jī)械密封性的強(qiáng)弱與機(jī)械設(shè)備被密封面上是否留有足夠的壓力有著密切的關(guān)系。如何盡可能地減低密封件的磨損，也是一個不可回避的問題，保證高壓機(jī)械的穩(wěn)定性，保證動態(tài)響應(yīng)，均可以減少對載荷功率的損耗。對機(jī)械設(shè)備密封件相互之間的功能要進(jìn)行明確的規(guī)范，要滿足機(jī)械設(shè)備各密封系統(tǒng)的要求，機(jī)械設(shè)備密封件的每項(xiàng)功能都要保證達(dá)到機(jī)械設(shè)備要求的密封功能。

4 高壓機(jī)械密封的應(yīng)用安裝方法及使用要求

必須科學(xué)有序：機(jī)械密封是精度很高的機(jī)械部件。能否對其正確的安裝與操作，這些都將影響其使用壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)效果。機(jī)械密封安裝步驟方法：了解被安裝的密封部件書法和使用工況范圍相適應(yīng)，遇到有雜質(zhì)顆粒、易燃、有毒時，必須采用相應(yīng)的應(yīng)對措施；安裝原則基本就是先裝左邊部分，裝到密封板上；然后裝右面動環(huán)，動環(huán)跟靜環(huán)的密封面要保證清潔等等。

高壓機(jī)械密封的使用原則要求：設(shè)備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動應(yīng)保證小于等于百分之四毫米，軸向竄動量保證在零點(diǎn)一毫米之內(nèi)；高壓機(jī)械設(shè)備的密封部位在安裝時保持其清潔是非常必要的，在安裝使用時，對密封零件應(yīng)進(jìn)行清洗，查看密封端面是否完好無損，并且防止雜質(zhì)和灰塵帶入設(shè)備密封部位；在安裝過程中一定要認(rèn)真仔細(xì)、輕拿輕放，嚴(yán)禁碰擊、敲打密封部位和密封件，以免破壞機(jī)械密封摩擦付導(dǎo)致密封失效；安裝時在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的潤滑油，使密封件及密封部位保持光滑，以便順利安裝；安裝靜環(huán)壓蓋時，螺絲必須對角擰緊保證受力均勻，保證靜環(huán)端面與軸心線的垂直。高壓機(jī)械密封安裝后用手來回推運(yùn)動環(huán)，保證動環(huán)在軸上能夠靈活移動，松緊度適宜；安裝后用手盤動轉(zhuǎn)軸、感覺轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動是否均勻；設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)充滿介質(zhì)，防止干摩擦加大密封件的磨損而使密封失效。

5 結(jié)束語

綜上所述，高壓機(jī)械密封技術(shù)是一個有待提高優(yōu)化的一項(xiàng)新技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)依賴于機(jī)械材料科學(xué)和機(jī)械加工制造科，隨著我國工業(yè)時代的到來，機(jī)械密封技術(shù)的研究受到越來越多的關(guān)注，機(jī)械密封精細(xì)度的不斷提高，機(jī)械密封技術(shù)的不斷創(chuàng)新，對高分子材料的研究與應(yīng)用，這使得機(jī)械密封產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)、使用壽命，安全性能以及工作性能都得到了進(jìn)一步的發(fā)展。 只有加強(qiáng)新材料、新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，才能使我國在高壓機(jī)械密封領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

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