机械密封静环密封性试验工装设计

一、概述

我厂每年都能接到上海某设计院终缩聚釜传动端制造的批量定单。此设备是物料搅拌釜的传动装置，反应釜内要求绝对密封，不允许有其它杂质和气体混入，否则会影响物料的纯度，降低产品质量。而釜腔内所有的密封性都靠传动端上的一套机械密封来保证，所以机械密封的制造质量是终缩聚釜能否正常运行生产出合格产品的关键。机械密封我厂外协由天津一家专业厂家制造，传动端上的其它零部件在我厂加工制造，最后在我厂装配并发货。

二、机械密封密封性试验原理

以下是机械密封装配及密封试验原理示意图

1―筒体 2―静环O形圈 3―矩形O形圈 4―静环 5―聚四氟乙烯 6―硬质合金

7―动环 8―结构支撑 9―弹簧座 10、11、12―法兰、螺栓、螺母 13―精密压力表

14、15―阀门、进气管 16―动环O形圈 17―传动轴 18―弹簧 19―接管

由上图可知：一套机械密封由一对动环和一对静环组成，在设备使用时动静结合。当传动轴在电机的带动下转动时，弹簧座靠传动轴上的销子与传动轴连为一体一起转动，同时靠销子的作用动环也与轴同步转动，静环静止不动。弹簧的作用是使动环与静环密封面始终保持一定的压力，同时给矩形O形圈一定的预紧力，保证良好的密封效果。设备的密封由动静环的接触面与O形圈来保证。密封试验原理即设备实际使用过程中的密封原理.我们用氮气进行气密性试验。密封试验时气体从进气管进入，当压力表示值为0.15Mp时，将阀门关闭。密封试验合格的标准是每小时泄露量在0.002Mp以内。进入筒体内的气体有三条路径可以产生泄露如上图所示。（1） 动环O形圈 （2） 动静结合面 （3） 静环O形圈和矩形O形圈。从我们这些年的装配经验来看，如果密封试验不合格，一般情况下是动静结合面产生的泄露。我们只需将机械密封从筒体内拆下来，在研磨好的铸铁平板上配合航空煤油和细研磨膏手工研磨静环的四氟面，然后在研磨好的四氟面上涂色，使动环密封面与静环密封面结合，用力按压，随后检验动环密封面上色痕的宽度与均匀度，如果色痕宽度适中、均匀无明显细纹，断层，那么重新装配后基本上密封试验都可以成功。

三、静环密封性工装设计

1.初始工装

2009年年初我们在装配一套机械密封时拆装反复了数次之后，密封试验总是不能成功。我们检查了所有的和装配相关的尺寸，及O形圈的线径，厚度，都符合图纸的要求。并且动、静环都重新返厂对密封面进行了二次机械研磨，我们也对经二次机械研磨过的静环密封面进行了手工研磨。涂色试验验证密封面效果非常理想，可就是在装配后总是产生泄露。后来我分析可能是动、静环本身密封性不合格。以下是动、静环的结构示意图

1―YG3合金块 2―O形圈 3―动环不锈钢基体 4―聚四氟乙烯块 5―静环不锈钢基体

动环制造工艺为：（1） 制作动环的不锈钢基体，YG3合金块 （2）在动环不锈钢基体上安装O形圈，将YG3合金块过赢配合压入 （3） 机械研磨YG3合金面 （4） 光谱检验密封面研磨质量。

静环制造工艺为：（1） 制作静环的不锈钢基体，聚四氟乙烯块（2）将聚四氟乙烯块过渡配合压入不锈钢基体，如图所示在装配缝隙处均匀涂抹高强度，耐腐蚀胶水密封（3） 机械研磨聚四氟乙烯面 （4） 光谱检验密封面研磨质量。从动、静环的制造工艺及结构来看，如果动、静环本身密封性不合格的话，那么问题应该出在镶装处，为了检测我的推断，于是我设计了一套简易密封试验工装，下图是工装示意图：

如图所示气体从进气管进入到密封腔内，当压力表示值为0.15Mp时，关闭阀门保压。整个密封腔由O形圈和胶皮圈来密封。如果动环镶合金块、静环镶聚四氟乙烯块处泄露的话，那么气体的泄露轨迹如上图箭头所示。在密封试验时用肥皂水浸湿合金和聚四氟乙烯块外圆，我们发现动环密封性合格，合金外圆没有气泡冒出。而静环四氟外圆有几点有连续气泡冒出，试验证明静环本身密封不合格，在镶装处泄露。静环返机械密封制造厂对外圆漏点进行处理并重新涂抹胶水修复后，我厂一次装配密封试验合格发货。

此后机封厂家所供几套机械密封静环都不同程度的出现了类似的问题，且经修复合格的静环在装置开车运行数月后也都有微漏的情况出现。我在分析原因时认为机械密封静环的制造质量不合格，要求机械密封制造厂家查找原因，改进制造工艺，提供质量合格的产品。可是机封制造厂家在分析原因时认为他们的静环制造工艺及所用密封胶水（国内某知名企业生产）的质量是可靠的，原因可能出在我厂对静环密封试验工装的使用上。机械密封制造厂家指出：机械密封静环在实际使用时受力点是均匀分布的，静环共受到48条弹簧的均匀作用力，每点作用力的大小也是相同的，且受力值是一个可以计算的稳定数值，而用我厂的静环试压工装进行密封试验时，用8个压板对静环施加压力，首先受力点不能做到和实际工况一样均匀分布，其次用螺栓预紧的力或大，或小8个压板预紧力不平衡，其压力值也不能准确控制。这样有可能在试验的过程中将密封胶水损坏，导致机封静环泄露。机封制造厂家建议四氟块在密封试验时最好不受压力，以防止把胶水粘连密封压坏。

2. 改进工装

虽然机封制造厂家的原因分析有一定的道理，但是我坚信问题不可能出在试压工装上，原因肯定是机封制造质量不合格。为避免和机封制造厂家扯皮，我按照机封厂要求又重新设计了一套工装。示意图如下:

如上图所示：新工装用托板和角钢焊了一个架子，在托板上钻孔攻丝，拧上长螺柱，把横梁架在两个螺柱上用螺栓拧紧。转动手轮压紧上压板，上下压板之间的O形圈受到压力作用之后，胀紧在上下压板的两个锥面及四氟镶块的内壁上起到密封作用，其它两个O形圈靠压力作用直接密封。所以在密封试验时，气体只能从镶四氟块处泄露，这就达到了静环四氟在不受压力情况下测试其密封性的目的。

四． 结语

机封制造厂家认为我设计的这套工装，简单、实用、完全满足他们的要求。后来用这套工装给静环做密封试验时，发现了部分静环依然有类似的泄露现象。这使机封制造厂家不得不承认自己的产品存在质量问题，允诺会改进工艺，提高质量，交出合格产品，并且购买了我设计的这套工装。这套工装不仅让机封制造厂家心服口服，而且还为我厂创造了利润价值。希望我设计的这套工装能为同行提供一些借鉴。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文