機械密封靜環密封性試驗工裝設計

一、概述

我廠每年都能接到上海某設計院終縮聚釜傳動端制造的批量定單。此設備是物料攪拌釜的傳動裝置，反應釜內要求絕對密封，不允許有其它雜質和氣體混入，否則會影響物料的純度，降低產品質量。而釜腔內所有的密封性都靠傳動端上的一套機械密封來保證，所以機械密封的制造質量是終縮聚釜能否正常運行生產出合格產品的關鍵。機械密封我廠外協由天津一家專業廠家制造，傳動端上的其它零部件在我廠加工制造，最后在我廠裝配并發貨。

二、機械密封密封性試驗原理

以下是機械密封裝配及密封試驗原理示意圖

1—筒體 2—靜環O形圈 3—矩形O形圈 4—靜環 5—聚四氟乙烯 6—硬質合金

7—動環 8—結構支撐 9—彈簧座 10、11、12—法蘭、螺栓、螺母 13—精密壓力表

14、15—閥門、進氣管 16—動環O形圈 17—傳動軸 18—彈簧 19—接管

由上圖可知：一套機械密封由一對動環和一對靜環組成，在設備使用時動靜結合。當傳動軸在電機的帶動下轉動時，彈簧座靠傳動軸上的銷子與傳動軸連為一體一起轉動，同時靠銷子的作用動環也與軸同步轉動，靜環靜止不動。彈簧的作用是使動環與靜環密封面始終保持一定的壓力，同時給矩形O形圈一定的預緊力，保證良好的密封效果。設備的密封由動靜環的接觸面與O形圈來保證。密封試驗原理即設備實際使用過程中的密封原理.我們用氮氣進行氣密性試驗。密封試驗時氣體從進氣管進入，當壓力表示值為0.15Mp時，將閥門關閉。密封試驗合格的標準是每小時泄露量在0.002Mp以內。進入筒體內的氣體有三條路徑可以產生泄露如上圖所示。（1） 動環O形圈 （2） 動靜結合面 （3） 靜環O形圈和矩形O形圈。從我們這些年的裝配經驗來看，如果密封試驗不合格，一般情況下是動靜結合面產生的泄露。我們只需將機械密封從筒體內拆下來，在研磨好的鑄鐵平板上配合航空煤油和細研磨膏手工研磨靜環的四氟面，然后在研磨好的四氟面上涂色，使動環密封面與靜環密封面結合，用力按壓，隨后檢驗動環密封面上色痕的寬度與均勻度，如果色痕寬度適中、均勻無明顯細紋，斷層，那么重新裝配后基本上密封試驗都可以成功。

三、靜環密封性工裝設計

1.初始工裝

2009年年初我們在裝配一套機械密封時拆裝反復了數次之后，密封試驗總是不能成功。我們檢查了所有的和裝配相關的尺寸，及O形圈的線徑，厚度，都符合圖紙的要求。并且動、靜環都重新返廠對密封面進行了二次機械研磨，我們也對經二次機械研磨過的靜環密封面進行了手工研磨。涂色試驗驗證密封面效果非常理想，可就是在裝配后總是產生泄露。后來我分析可能是動、靜環本身密封性不合格。以下是動、靜環的結構示意圖

1—YG3合金塊 2—O形圈 3—動環不銹鋼基體 4—聚四氟乙烯塊 5—靜環不銹鋼基體

動環制造工藝為：（1） 制作動環的不銹鋼基體，YG3合金塊 （2）在動環不銹鋼基體上安裝O形圈，將YG3合金塊過贏配合壓入 （3） 機械研磨YG3合金面 （4） 光譜檢驗密封面研磨質量。

靜環制造工藝為：（1） 制作靜環的不銹鋼基體，聚四氟乙烯塊（2）將聚四氟乙烯塊過渡配合壓入不銹鋼基體，如圖所示在裝配縫隙處均勻涂抹高強度，耐腐蝕膠水密封（3） 機械研磨聚四氟乙烯面 （4） 光譜檢驗密封面研磨質量。從動、靜環的制造工藝及結構來看，如果動、靜環本身密封性不合格的話，那么問題應該出在鑲裝處，為了檢測我的推斷，于是我設計了一套簡易密封試驗工裝，下圖是工裝示意圖：

如圖所示氣體從進氣管進入到密封腔內，當壓力表示值為0.15Mp時，關閉閥門保壓。整個密封腔由O形圈和膠皮圈來密封。如果動環鑲合金塊、靜環鑲聚四氟乙烯塊處泄露的話，那么氣體的泄露軌跡如上圖箭頭所示。在密封試驗時用肥皂水浸濕合金和聚四氟乙烯塊外圓，我們發現動環密封性合格，合金外圓沒有氣泡冒出。而靜環四氟外圓有幾點有連續氣泡冒出，試驗證明靜環本身密封不合格，在鑲裝處泄露。靜環返機械密封制造廠對外圓漏點進行處理并重新涂抹膠水修復后，我廠一次裝配密封試驗合格發貨。

此后機封廠家所供幾套機械密封靜環都不同程度的出現了類似的問題，且經修復合格的靜環在裝置開車運行數月后也都有微漏的情況出現。我在分析原因時認為機械密封靜環的制造質量不合格，要求機械密封制造廠家查找原因，改進制造工藝，提供質量合格的產品。可是機封制造廠家在分析原因時認為他們的靜環制造工藝及所用密封膠水（國內某知名企業生產）的質量是可靠的，原因可能出在我廠對靜環密封試驗工裝的使用上。機械密封制造廠家指出：機械密封靜環在實際使用時受力點是均勻分布的，靜環共受到48條彈簧的均勻作用力，每點作用力的大小也是相同的，且受力值是一個可以計算的穩定數值，而用我廠的靜環試壓工裝進行密封試驗時，用8個壓板對靜環施加壓力，首先受力點不能做到和實際工況一樣均勻分布，其次用螺栓預緊的力或大，或小8個壓板預緊力不平衡，其壓力值也不能準確控制。這樣有可能在試驗的過程中將密封膠水損壞，導致機封靜環泄露。機封制造廠家建議四氟塊在密封試驗時最好不受壓力，以防止把膠水粘連密封壓壞。

2. 改進工裝

雖然機封制造廠家的原因分析有一定的道理，但是我堅信問題不可能出在試壓工裝上，原因肯定是機封制造質量不合格。為避免和機封制造廠家扯皮，我按照機封廠要求又重新設計了一套工裝。示意圖如下:

如上圖所示：新工裝用托板和角鋼焊了一個架子，在托板上鉆孔攻絲，擰上長螺柱，把橫梁架在兩個螺柱上用螺栓擰緊。轉動手輪壓緊上壓板，上下壓板之間的O形圈受到壓力作用之后，脹緊在上下壓板的兩個錐面及四氟鑲塊的內壁上起到密封作用，其它兩個O形圈靠壓力作用直接密封。所以在密封試驗時，氣體只能從鑲四氟塊處泄露，這就達到了靜環四氟在不受壓力情況下測試其密封性的目的。

四． 結語

機封制造廠家認為我設計的這套工裝，簡單、實用、完全滿足他們的要求。后來用這套工裝給靜環做密封試驗時，發現了部分靜環依然有類似的泄露現象。這使機封制造廠家不得不承認自己的產品存在質量問題，允諾會改進工藝，提高質量，交出合格產品，并且購買了我設計的這套工裝。這套工裝不僅讓機封制造廠家心服口服，而且還為我廠創造了利潤價值。希望我設計的這套工裝能為同行提供一些借鑒。

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