機(jī)械密封的基本元件

福田書屋 2023-02-09 發(fā)布于河南

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一、靜環(huán)有幾種?

靜環(huán)安裝在機(jī)器設(shè)備的殼體、壓蓋、法蘭等靜止部位上，它與動(dòng)環(huán)組成的密封端面防止介質(zhì)泄漏，也有補(bǔ)償環(huán)和非補(bǔ)償環(huán)之分。當(dāng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在動(dòng)環(huán)一側(cè)時(shí)，密封端面磨損后，靜環(huán)不能進(jìn)行補(bǔ)償，叫做非補(bǔ)償型靜環(huán)。反之，稱為補(bǔ)償型靜環(huán)，當(dāng)密封端面磨損后，靜環(huán)在彈性元件作用下，做軸向移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。

非補(bǔ)償型靜環(huán)應(yīng)用較多，都用于旋轉(zhuǎn)型密封。靜環(huán)與壓蓋的密封和固定方式有兩種，一是浮動(dòng)型，一是固定型。實(shí)體的結(jié)構(gòu)種類很多，圖20和圖21給出了較為典型的結(jié)構(gòu)。

二、目前應(yīng)用的密封環(huán)有哪些種類？

根據(jù)制造方法和材料的不同，目前應(yīng)用的密封環(huán)有整體式密封環(huán)(用同一種材料制造)、組合式密封環(huán)，表面堆焊硬質(zhì)合金和噴涂陶瓷等多種結(jié)構(gòu)。

三、整體式密封環(huán)有哪些種類?

這種密封環(huán)因用同一種材料制成，材料的性能在密封環(huán)的各個(gè)部位均勻一致，沒(méi)有組合式密封環(huán)泄漏和分離的缺陷，也沒(méi)有電化學(xué)腐蝕的可能。制造軟環(huán)大都用石墨，制造硬環(huán)時(shí)可用各種合金鋼，如軸承鋼（GC r9）、高速鋼(W18Cr4V)及其他合金鋼(如40Cr、3Cr13等)，也有的用合金鑄鐵（如硅、鉻和鎳鑄鐵）。采用這些材料時(shí)，都要輔之以適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，以提高其硬度和耐磨性。這類材料價(jià)格較低，如果使用恰當(dāng)，也有較長(zhǎng)的壽命。為了進(jìn)一步提高硬度和延長(zhǎng)使用壽命，可采用硬質(zhì)合金制造。常用的硬質(zhì)合金為鈷基碳化鎢，性能較好，但價(jià)格高。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的價(jià)格較低。為了提高在腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性，有鎳基碳化鎢，而哈氏合金有更高的耐蝕性，但價(jià)格昂貴。此外，還有用碳化硅及其他陶瓷材料制造的密封環(huán)。

四、為什么出現(xiàn)組合式密封環(huán)?

碳化鎢等材料有優(yōu)良的性能，但是價(jià)格高，加工困難，限制了它的使用。為解決這個(gè)矛盾，出現(xiàn)了組合式密封環(huán)。密封端面采用硬質(zhì)合金，密封環(huán)的基體(稱為環(huán)座)則用普通材料制成。為解決硬質(zhì)合金環(huán)和環(huán)座之間的聯(lián)接和密封，產(chǎn)生了熱裝式、帶密封圈式、焊接和釬焊四種組合式密封環(huán)。

五、帶O形圈的組合式密封環(huán)結(jié)構(gòu)怎樣？

這種組合式密封環(huán)在硬質(zhì)合金環(huán)與環(huán)座之間用H7/g8的滑動(dòng)配合。在兩者配合圓柱面間置一聚四氟乙烯或合成橡膠制成的O形密封圈，防止其間的密封流體泄漏，且將硬質(zhì)合金環(huán)與環(huán)座組合在一起。在硬質(zhì)合金環(huán)與環(huán)座的平面結(jié)合處設(shè)銷釘，以傳遞扭矩。此種組合結(jié)構(gòu)，無(wú)組合應(yīng)力產(chǎn)生，也無(wú)由此引起的組合密封環(huán)的密封端面的變形，但是組合密封環(huán)零件的數(shù)量增加了，還需要在硬質(zhì)合傘環(huán)上鉆孔或槽，給制造增加了難度，同時(shí)由于增設(shè)了O形圈，密封環(huán)的使用溫度受到了限制。

六、熱裝式密封環(huán)的結(jié)構(gòu)怎樣?

為提高帶O形圈密封環(huán)的使用溫度，出現(xiàn)了熱裝式密封環(huán)。它是靠硬質(zhì)合金環(huán)和環(huán)座之間的過(guò)盈配合來(lái)傳遞扭矩并實(shí)現(xiàn)密封，是目前應(yīng)用最多的一種密封環(huán)(圖23)。這種密封環(huán)組合時(shí)將環(huán)座加熱，環(huán)座孔受熱脹大，放入硬質(zhì)合金環(huán)，冷卻之后兩者在過(guò)盈下完成組合，再在常溫下研磨和拋光密封端面到要求的精度。這種環(huán)的缺點(diǎn)是，隨著時(shí)間的推移，環(huán)境和使用溫度的變化，密封端面的平面度將發(fā)生變化而不符合要求。究其原因，一是熱裝結(jié)構(gòu)本身存在過(guò)盈，且接觸應(yīng)力不均勻，使之產(chǎn)生機(jī)械變形;二是由于使用溫度較高(或過(guò)低)，材料物理性能(主要是線膨脹系數(shù))的差異使硬質(zhì)合金環(huán)和環(huán)座的配合部位不能同步脹縮，過(guò)盈量發(fā)生變化，接觸應(yīng)力也隨著發(fā)生變化，這種變化對(duì)密封環(huán)的使用產(chǎn)生影響。密封端面變形破壞了平面度，更有甚者喪失過(guò)盈，使連接失效，硬質(zhì)合金環(huán)脫落。

熱裝式密封環(huán)目前有三種結(jié)構(gòu)，圖23a是制造廠早期生產(chǎn)的，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。但是由于硬質(zhì)合金環(huán)和輔助密封圈接觸，一旦硬質(zhì)合金環(huán)松脫，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輔助密封圈被嚴(yán)重磨損，會(huì)出現(xiàn)大量泄漏。而圖23b是在圖23a的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，輔助密封圈不和硬質(zhì)合金環(huán)接觸，不存在上述缺陷，只是硬質(zhì)合金環(huán)和環(huán)座之間有輕微泄漏。為了減少硬質(zhì)合金環(huán)密封端面的不均勻變形，環(huán)座的熱裝部位內(nèi)外設(shè)置環(huán)形槽(圖23c)，使硬質(zhì)合金環(huán)外圓柱面的接觸應(yīng)力趨于均勻，以減少碳化鎢環(huán)的變形，使用效果較好。

七、焊接的組合式密封環(huán)有哪些特點(diǎn)？

為克服熱裝式密封環(huán)松脫的缺陷，出現(xiàn)了焊接的密封環(huán)(圖24)。所用的硬質(zhì)合金是以Cr3C2為硬質(zhì)相、Ni為粘結(jié)相的燒結(jié)合金材料。耐腐蝕優(yōu)于YG6等硬質(zhì)合金，高溫下具有優(yōu)異的抗氧化性能，在1000℃空氣中加熱2小時(shí)無(wú)任何變化。但是導(dǎo)熱性能較差，僅為YG6的1/3，線膨脹系數(shù)大，比YG6大1倍多，為10.2x10-o/℃(10~500℃時(shí))。這兩點(diǎn)決定了耐熱沖擊性能不如YG6好。正因?yàn)榫€膨脹系數(shù)較大，和馬氏體不銹鋼接近（10~500℃時(shí)為11×10-6/℃），為和環(huán)座焊接提供了有利條件。焊接時(shí)需在環(huán)和座之間鋪放一層鎳基粉末，置于真空電阻爐中，經(jīng)1100℃高溫熔焊，然后進(jìn)行回火處理，以消除焊接應(yīng)力。由于是焊接的密封環(huán)，硬質(zhì)合金環(huán)的厚度可以比YG6薄，毛坯的厚度也只有3~3.6mm。又因密度小，是YG6的一半。（7~7.5g/cm8次方），因此可節(jié)約貴重金屬，價(jià)格較低。這種合金的牌號(hào)為CN15，其中Cr3C2 85%、N15%，由北京硬質(zhì)合金廠研制成功。

八、釬焊的組合式密封環(huán)結(jié)構(gòu)怎樣？

為保持碳化鎢的優(yōu)良性能，克服熱裝密封環(huán)變形和松脫的缺陷，出現(xiàn)了釬焊的密封環(huán)圖25為這種環(huán)的結(jié)構(gòu)。在環(huán)座上開坡口，用一種低熔點(diǎn)焊料，在環(huán)和座之間施焊，焊料熔化后將環(huán)和座聯(lián)接在一起，并實(shí)現(xiàn)兩者之間的密封。這種密封環(huán)的突出優(yōu)點(diǎn)是硬質(zhì)合金環(huán)不變形。一方面環(huán)和座之間的配合面上無(wú)擠壓應(yīng)力;另一方面采用激光焊接，熱量高度集中在焊料處，加熱時(shí)間短，環(huán)和座幾乎不被加熱，更不可能在熔化的情況下完成焊接。焊料塑性很好，僅存的焊接應(yīng)力已被焊料吸收。這種密封環(huán)國(guó)外有的公司(廠商)已成系列，國(guó)內(nèi)齊魯石化公司勝利煉油廠委托科學(xué)院金屬腐蝕與防護(hù)研究所研制成功。經(jīng)過(guò)兩年多的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在常減壓塔底泵〔370℃左右)的密封上，效果良好，是一種較有前途的密封環(huán)。

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