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机械密封类产品选用指导

北京化工大学 李继和

1 机械密封标志说明

机械密封标志表示方法通常包括如下内容:机械密封结构型号、轴径、弹簧旋向、静环结构型式、摩擦副材料(动环材料及静环材料)、辅助密封圈、弹簧材料、其他结构零件材料、使用压力范围、执行技术标准代号等。

1.1 机械密封产品结构型号的编制方法

在单端面、非平衡型机械密封产品的型号中,可省略型式特征代号“U”。

“其他工况”是指在代号0~8的工况特性以外的工况。

“局部结构差异”,由制造厂根据产品的结构差异用阿拉伯数字表示,位数不得超过2位。

当双端面机械密封产品两端配合轴径不同时,仅以介质端那套密封的配合轴径来表示该产品的规格。

应用举例:

104-45或U104-45:表示单端面、非平衡型泵用密封,结构差异代号为4,规格为¢40。

153-40或U153-40:表示单端面、非平衡型泵用耐酸密封,结构差异代号为3,规格为¢40。

160-35或U160-35:表示单端面、非平衡型泵用耐碱密封,结构差异代号为0,规格为¢35。

UU405-18:表示双端面、两端均为非平衡型的潜水电机用密封,结构差异代号为5,规格为¢18。

883-50或U883-55:表示单端面、非平衡型透平压缩机用高速密封,结构差异代号为3,规格为¢50。

1.2 轴径的编制方法

机械密封轴径指适用的旋转油(或轴套)的公称直径,单位为mm,国外机械密封轴径也有用英寸为单位表示。常用尺寸见表2-4

1.3 弹簧旋向

常用机械密封的弹性补偿元件采用螺旋弹簧结构,用单个螺旋弹簧时,由于旋转轴旋转时,套在其上的螺旋弹簧受离心力的作用,弹簧力会发生变化而影响密封性能,因此弹簧旋向与旋转方向应选择一致。用多弹簧时,由于其均匀排布在旋转四周,影响较小,一般可忽略,弹簧旋向规定为:右旋用R表示,左旋为L表示,任意旋向用S表示。

1.4 静环结构形式

机械密封静环是固定在静环座上,对于泵用机械密封,其静环座一般由泵制造厂生产,因此机械密封制造厂要给出静环结构及相关尺寸,以便使用机械密封单位选购时能配套。机械密封静环结构根据密封圈型式及防止轴向串动形式、防止随动环转动形式、冷却方式等有不同形式。具体订货时要注意向机械密封制造厂索取相关资料。

1.5 摩擦副材料

机械密封的性能参数除与密封结构形式有关外,更重要的是与摩擦副(动环与静环)材料性能有关。由于机械密封零件介质接触,因此必须有一定的机械强度(能耐压和压力变形,耐高温性能好,抗热裂性好,线膨胀系数小,能耐热变性和尺寸稳定性好)与耐腐蚀性能,不能与密封介质发生物理或化学变化。机械密封摩擦副是相互运动的零件,且有可能在干摩擦工作下运转,因此还必须有良好的摩擦性能。许用Pv值(压力与线速度的乘积值)要高,硬度要高,自润滑性能好,要耐磨,有较长的使用寿命。同时在选择一对摩擦副时,要考虑它们的组对性(两对材料磨合性好,无过大的磨损和对偶腐蚀),以便获得最佳的使用效果。机械密封常用的摩擦副材料有好下几种。

1.5.1 碳化钨硬质合金 碳化钨硬质合金是机械密封硬摩擦副常用的材料,有钴基碳化钨WC-Co,镍基碳化钨WC-Ni和钴镍基碳化钨WC-Co/Ni。碳化钨硬质合金的特点是:厚度高,耐磨性好;有良好的抗颗粒冲刷性;机械强度高,抗弯性好;热导率较高而膨胀系数较小,密封面摩擦热容易导出;具有一定的耐腐蚀性,但不耐盐酸和硝酸腐蚀;脆性大,机械加工困难。国产硬质合金密封环性能见表2-5。

1.5.2 碳化硅 碳化硅是一种新型的工程陶瓷,它具有较低的摩擦系数、硬度高、良好的耐磨必;碳化硅与碳化硅摩擦副可用在含固体颗粒介质的密封;线胀膨系数小,导热性好;具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性好脆性大、加工困难、成本较高。碳化硅按照制造工艺不同主要有热压碳化硅(HPSC)、反应烧结碳化硅(RBSC)、无压烧结碳化硅(PLSC),国产碳化硅密封环材料性能见表2-6。

1.5.3 氧化铝 氧化铝陶瓷Al2O3不仅具有较高的硬度及耐磨性,而且耐磨蚀性能也很好,但不耐氢氟酸、浓碱腐蚀,能耐一定的温度急变,脆性大,加工困难,国产氧化铝密封环材料性能见表2-7

1.5.4 氮化硅 氮化硅是工程陶瓷材料,在小型泵用机械密封上应用较多,其抗温度急变性要比氧化铝陶瓷好,有自润滑性,不耐氢氟酸腐蚀,孔隙度较大。国产氮化硅密封环主要用模压成型烧结工艺生产,其主要性能见表2-8。

1.5.5 石墨环 石墨环是常用的软面摩擦副材料。石墨按烧结工艺有碳石墨和电化石墨及特种石墨状态。碳石墨质地硬而脆,电化石墨质地软、强度低、白润滑性好。石墨具有极好的自润滑性和良好的导热性。除了强氧化性介质外的工况均可使用,然而石墨存在气孔率大,机械强度低的特点,因此需用浸渍等办法来填塞孔隙,提高机械强度。浸渍剂的种类较多,浸渍树脂的有酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚四氟乙烯树脂。浸渍金属的有巴氏合金、铜合金、铝合金、锑合金。
国产碳石墨密封环分类入主要性能见表2-9、表2-10、表2-11。

1.5.6 聚四氟乙烯 聚四氟乙烯具有较好的耐腐蚀性,自润滑性好,但它的导热性差,为克服其缺点,加入各种填充剂,成为填充聚四氟乙烯,常用填充聚四乙烯性能,见表2-12。

1.5.7 其他摩擦副材料 机械密封摩擦副材料除上述常用的几种外,还有堆焊密封环、真空熔结环、喷氧化铬密封环等。
堆焊密封环的基体材料采用奥氏体或马氏体不锈钢,主要牌号为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr13和1Cr13,堆焊层硬度HRC42~55左右。堆焊密封环一般用于无腐蚀工作。真空烧结环的基体材料主要是1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、0Cr17N、14Mo2,熔结环金属层化学成分为:C 0.5%~1.2%、B 3.5%~5%、Si 3.5%~5%、Cr 25%~30%、Fe 0.5%≤、Ni 53.5%~62.5%、熔结层表面硬度Hv650左右,真空熔结环一般用于无腐蚀工作。喷涂氧化铬密封环是采用等离工艺在基体上表面喷氧化铬。表层厚度在Hv900左右,涂层厚度一般在0.4mm左右。喷涂氧化铬密封环一般在大直径釜用机械密封上采用。

1.6 辅助密封圈

机械密封辅助圈是保证密封可靠和延长使用寿命的重要零件,它主要包括动环、静环的密封圈。其作用是保证转轴与动环之间及静环座(压盖)与静环之间的密封。裣密封面的偏斜和振动,使动环静环端面紧密贴合并具有浮动性。辅助密封圈断面形式有O形、V形、楔形、矩形、波纹管等。材料有聚四氟乙烯、合成橡胶、膨胀石墨、金属及包覆材料等。

几种常用的辅助密封圈材料性能见表2-13

1.7 弹簧材料
机械密封弹簧有圆柱螺旋弹簧、波形弹簧、波纹管等。

常用1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、4Cr13、60SiMn、941#、904#、20#合金、蒙耐尔合金、哈氏B、哈氏C、17-7PH等不与介质发生作用的材料,密封结构形式为密封介质在不与弹簧接触时,可选用一般弹簧材料,当密封介质温度较高时,要考虑弹簧材料的温度影响因素。

1.8 其他结构零件材料

其他结构零件材料主要指与密封介质接触的机械密封零件材料。如:静环座、轴套、密封箱体等,这些零件选用材料要经得住密封介质的腐蚀作用。

1.9使用压力范围

机械密封使用压力指在满足机械密封要求的技术条件并正确安装下所允许的最高使用压力,由于温度及设备加工精度因素等对使用的压力范围都会有一定的影响。

1.10执行技术标准

机械密封的相关技术标准各国均有不同,而且随着技术发展,这些无权过问他在不断修订,因此要了解最新的技术标准状况,以便全面掌握机械密封技术水平。国内机械密封技术标准化制订(修订)管理机构为机械工业机械密封标准化技术委员会及化工专用密封标准化技术委员会负责。

2 机械密封选用说明

合理选择机械密封应根据密封流体的种类、介质浓度、温度压力设备状态等因素,并对机械密封的技术要求、结构性能有了解的基础上进行综合考虑。对机械密封采取适当的冷却和冲洗是保证机械性能稳定和延长寿命的重要因素,因此还必须按相关技术标准采取合理的冲洗与冷却。

典型工况下机械密封材料选择见表2-14。



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