机械密封发展方向及新技术.docx
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机械密封发展方向及新技术.docx
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机械密封发展方向及新技术
机械密封发展方向及新技术
一、高性能风能0型圈:
可以为风电机组及其组件提供最佳的密封和减振解决方案。
鉴于风电行业的特殊性,风电用密封和减振元件需要满足更高的要求,如,更好的耐臭氧性,更强的耐盐雾性,更宽的使用温度范围,更长的使用寿命。
在欧美市场超过20年的成功应用经验表明,为风电行业提供的密封和减振元件,即使在最恶劣的环境中仍能保持稳定可靠的密封和减振性能。
(苏州昆山帕思卡贸易有限公司)
二、流体动压型机械密封的改形技术:
流体动压型机械密封属非接触式密封,密封面被一层微米级的流体膜隔开,适用于高压、高速和润滑性差的介质(气体、沸腾液体、低温液体等)。
本项目开发了考虑流体、固体、热三者耦合效应的密封端面的改形设计方法,对密封端面动压槽的几何参数进行优化设计,削弱了流体膜的摩擦热对密封性能的影响,提高了密封性能。
本项目开发的流体动压型机械密封的改形技术具有较强的通用性,应用范围广,气体、液体密封均适用。
该成果对于控制泄漏、节能减排、延长设备寿命具有重要意义。
开发了配套的设计软件,操作简单,便于工程技术人员掌握。
技术水平:
国内首创、国际先进。
需投资购买流体动压型机械密封端面改形设计软件一套,及用于密封端面改形的数控加工设备一套。
合作方式:
技术转让(湖北省产学研合作与创新服务平台)
三、渣浆泵密封件:
渣浆泵通常用于煤炭,冶金等行业物料的水力输送。
现有渣浆泵的机械密封通过一组密封件实现密封。
由于经过泵体输送的物料浓度高,压力大,这种单一密封结构的密封性能较差,在使用过程中,经常出现介质泄露,而且无法注入润滑油或者水,由于密封面的破坏,密封件经常出现干摩擦,以致烧坏密封件,导致介质泄露。
一种多层次渣浆泵的机械密封,包括轴套、连接法兰和后盖法兰,轴套、连接法兰和后盖法兰形成的腔体内设有内外两道密封组件,内密封组件包括内静环合内动环,外密封组件包括外静环和外动环,内静环与后盖法兰固定连接,外静环与连接法兰固定连接,内动环合外动环分别置于轴套上并随轴套同步旋转,内动环与外动环之间设有内弹簧和外弹簧,内东环和外动环与内静环和外静环呈滑动密封配配合内动环与外动环与轴套结合部分分别设有o形密封圈,连接法兰与后盖法兰的结合处设有o形密封圈。
由于设置内外两道机械密封组件,当一道密封组件受到破坏时,可以由另一道密封组件来补偿,从而确保渣浆泵在高压环境介质下工作不会泄露。
同时,设置内密封组件,可以有效防止润滑油或水的泄露,防止动、静环出现干摩擦。
保证动、静环始终处于良好的密封状态。
(温州博德曼)
四、福斯ISC2系列集装式机械密封
福斯荣获由美国《流体控制》杂志(FlowControl)评选出的2010年流体控制产品创新奖,这一奖项旨在表彰年度最具创新的流体处理技术。
福斯ISC2系列集装式机械密封凭借其独有的热管理技术,能够延长密封件寿命以及预防危险环境下的密封件泄漏等特点,被《流体控制》杂志评选获得这一奖项。
在福斯,不断通过产品研发和技术升级来为客户提供更好的解决方案。
ISC2机械密封是在符合所有主要的国际标准,以及大范围最佳实践的基础上制造的。
ISC2机械密封具备卓越的可靠性,可满足工厂减少库存的需求,而这也是福斯的客户一直
期待福斯能够实现的。
ISC2系列集装式机械密封是福斯所开发的众多尖端技术中的一例。
ISC2密封采用了多项技术创新,包括正在申请专利的热管理技术,可降低运行温度;其强有力的密封面驱动装置,能更好的容纳粘性液体以及高粘度液体;双端面密圭寸可在最低温运行时促进圭寸液高效循环;同时标准化安装技术
可以使安装过程更加简易。
五、机械密圭寸技术的发展方向和趋势
1.发展方向
(1)接触式密封减少泄漏、减小磨损、提高可靠性和工作稳定性、延长使用寿命。
(2)非接触式密封减少泄漏、提高流体膜刚度和工作稳定性、延长使用寿命。
2.发展趋势
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随着科技进步和工业的发展,高参数机械密封实用化的要求越来越高。
具体可用图1—1来表示机械密封技术的发展趋势。
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图I一1机械密封技术的发展趋势
3.发展特点
(1)技术不断创新新技术、新概念、新产品、新材料、新工艺和新标准不断涌现;高参数(如高压、高速、高温、大直径)、高性能(如干运转、零泄漏、无油润滑、浆液)和高水平(如高痧v值、大型剖分式、监控)的密封产品大量研制;失效机理(如疱疤、热裂、空化一汽蚀、橡胶密封圈泡胀和老化)、失效分析(如可靠性和概率)和失效监控(如流体膜、摩擦状态和相态)的研究和应用。
(2)使用范围不断扩大机械密封不仅机泵阀采用,而且工艺设备(如反应釜、转盘
塔、搅拌机、离心机等)都采用。
(3)发展要求重视密封系统过去只重视单独密封件,现在已经发展到重视整个密封系统,而且已制订了新的密封系统标准(API—682离心泵与转子泵的轴封系统标准)。
(4)注意安全和环境保护过去只注意眼睛可视的“泄漏”,不注意眼睛看不见的易挥发物的“逸出”;现在发展到要求控制易挥发物的逸出量,也就是说从要求“零泄漏”到要求零逸出”。
美国摩擦学家和润滑工程师学会(简称STIE摩润学会)已制订了SP.30等易挥发物逸出量控制规定的指南。
(5)要求不断提高在石油化工方面,为了延长工艺装置的检修周期和装置的操作周期,要求机械密封的工作寿命由1年延长到2年,国外由2年延长到3年(API.682中作了明确规定)。
(6)研制产品要求实用化不仅要求研制出新产品,更重要的是使所研制产品得到实际应用。
六、泵轴端新型机械密封
(1)润滑槽密封:
“润滑槽”(LubricationGroove)就是在密封面上沿切线方向刻出窄槽。
当流体流经密封面时,这些槽能改善流体在密封面上的压力分布,有助于保持端面间的液膜稳定并防止液膜汽化。
“润滑槽”型式密封是由FIowserve公司生产的。
(2)流体动压垫/热流体动压楔密封[13]:
在动静环的任一密封面上从外缘沿径向朝里开出凹槽或企口,当密封工作时,凹槽及其周边因流体冷却产生变形较小,而远离凹槽的端面因冷却程度低而产生较大变形,因此在端面上产生周向波度而引起流体动压效应,即流体动压垫(HydrodynamicPad)。
凹槽深度可以从几阿到3mm—般为0.8〜2.4mm这种型式密圭寸最初由Bergmann公司生产,已在循环水泵轴端密封上应用长达50年而经久不衰。
(3)上游泵送密圭[14,15]:
在动静环的任一密圭面的下游或低压侧上加工出螺旋槽等型槽,当密圭工作时,受型槽动压效应作用很少量流体从密圭面下游被泵送至上游,若该剪切流完全抵消密圭面的上下游压差引起的流动时,则密圭可以达到零泄漏。
这类密封称为上游泵送密封”(Up-streamPumpingSeals),由美国JohnCrane公司发明,常用于易燃、易爆、有毒和润滑性差的介质密封。
(4)干气密封[16,17]:
非接触式干气端面密封概念(Drygasfaceseal)的提出始于1969年,它是在气体润滑轴承的基础上发展起来的,其中以螺旋槽密封最为典型。
干气密封在结构方面与普通机械密封的主要区别在于:
干气密封动、
静环任一密封面上精加工有均匀分布的浅槽,槽深度一般小于20m由于干气
密封的非接触、使用寿命长,可以实现零泄漏,因此正在一些易汽化介质泵轴封上成为主流。
常见型槽形式如图3所示。
(a)JohnCrane公司干气密封(左-单向螺旋槽,右-双向螺旋槽)
(b)JohnCrane-Timing公司干气密封(上-单向双列螺旋槽,下-双向棕树槽)
(c)Flowsever公司干气密圭寸(上-单向螺旋槽,下-双向T型槽)
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■(MlftIft..F- (I*)»hn 图3典型干气密封的端面型槽 多孔端面密封[18-22]: 多孔端面密封是在动静环的任一密封面上加工出不同分布形式的微孔,这些微孔的大小、深度和分布密度因密封介质、泵操作条件的不同而不同。 每一个微孔的作用就像一个微型轴承,因此产生的流体动压效应使端 面保持近接触或完全非接触。 试验和现场应用结果表明,与普通机械密封相比具有低功耗、低磨耗、耐高压等优点,可用于气体或液体。 典型多孔端面密封常采用激光精密加工而成,如图4所示。 (a)动、静环摩擦副 (b)微孔在端面上的典型分布形式 (c) 图4多孔端面密封的结构示意图 激光面密圭寸[23]: 激光脸密圭寸(LaserFaceSeal)与传统密圭寸端面技术不同的是,其摩擦端面润滑得到强化,泄漏量得到了控制。 密封面上的关键结构是回流结构(眼”和入口流结构(鼻”。 由于回流结构对加工精度要求极高,因此目前难以普及。 七、压缩机轴端新型机械密封 (1)油膜螺旋槽动压密封[24-26]: 这种型式密封主要包括下游泵送和上游泵送 两大类,前者技术已经非常成熟,可以与包括浮环密封等其他轴封组合,密封面 线速度可达到120m/s,内泄漏量接近于零,该密封系统在国内工业用高速压缩机上实现了长周期、微泄漏、微磨损,其性能全面超过进口的机械密封产品,经济和社会效益十分显著;后者技术尚待完善,主要是端面最佳几何参数的设计和内泄漏量大小的控制(确保端面润滑并防止结焦)。 (2)干气密圭寸(DGS: 压缩机用干气密圭寸在基本结构上与泵用干气密圭寸类似,但是也有根本区别。 在选择单向螺旋槽和双向螺旋槽时,应综合考虑压缩机的转子两端具体情况,端面气体成膜能力、气膜刚度和承载能力,压缩机反向运行可能性等。 由于使用干气密封的 压缩机完全不需要复杂的封油系统,从而显著地减少了大型压缩机的运行和维护费用,因此目前正取代其他密封形式而成为石化、冶金等行业高参数压缩机轴 封的主流。 表面强化: 表面新型物理(含机械)、化学处理方法的涌现,使机械密封端面的表面强化获得新生,如表面喷涂类金刚石(diamond-likecarbon-DLC)膜等。 研究表明,DLC膜是一种新型的硬质润滑功能薄膜材料,其应用的主要缺点在于 制备过程中产生的较大内应力使膜基结合较差,膜厚受到限制,在油润滑下不能体现出独特的润滑性能,严重影响了薄膜的实用化。 DLC多层膜(multiplayer八纳米复合膜(nanoscalecomposite)、制备膜基缓冲层(bufferlayer)、梯度膜(compositegraded)以及掺入金属粒子(Me-DLC是常用的减少内应力、改善膜基结合的方法。 其中,Me-DLC膜不仅在缓解薄膜应力方面具有良好的效果,不同的金属粒子及制备工艺手段还显著改变着薄膜的力学、摩擦磨损以及各种物理化学性能,在不同领域展现了广泛的应用前景。 另外,对滑动性能和耐久性有 强烈要求的0形圈密封环,近年来也开始采用DLC用于橡胶的DLC与用于金属和陶瓷材料的DLC相比,对柔软性的要求高。 因此,对于橡胶、树脂用的DLC 力求能嵌藏裂纹和褶皱、吸收伸缩,以便迎合基底的伸缩[30]。
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