焊接金属波纹管机械密封
BX_金属波纹管机械密封在原油输油泵中的应用
712023年6月下 第12期 总第408期工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview0 引言机械密封是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力的作用下，以及在辅助密封的配合下，保持贴合，并相对滑动，构成的防止流体泄漏的装置。
公司所辖输油站场输油泵配套使用的机械密封为国外一厂家生产的QB 多弹簧单端面机械密封，在设备投产初期就出现机械密封泄漏量过大、甩油等故障，给现场带来了油品泄漏的风险，并且泵体保温壳内超高的油气浓度形成易燃易爆环境，严重影响了输油生产工作，给关键设备的安全运行带来了极大风险。
为此，通过机械密封解体研究，原油油品物性检测分析、机封动静环磨损检测及弹性元件抗疲劳性能对比，结合机械密封最新应用技术，将该机械密封由QB 结构改造为BX 金属波纹管结构，经过5年多的实践应用，效果得以验证，BX 金属波纹管机械密封的性能较好，有效地解决了原机械密封动态补偿失效带来的机封泄漏量大、甩油等问题，BX 型波纹管机械密封的应用提升了输油泵运行的稳定性，提高了关键设备的安全性，保障了长输管道的安全平稳运行。
1 概述机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏效果的轴封装置。
常见的有QB、BX、UO 等形式的机械密封。
QB 结构形式机械密封具有泄漏量少和寿命长等特点，是最常见的轴密封方式，主要由静止环(静环)、旋转环(动环)、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成，但目前在一种在高压多级离心泵上配套使用的QB 机械密封运行中发现存在泄漏量大、机封甩油等多种故障，严重影响了输油泵的平稳运行，给现场带来了安全风险。
2 机封出现泄漏超标及甩油的原因2.1 机封出现泄漏超标的原因输油泵机械密封在运行过程中因泄漏量较大导致停泵，经过对现场多台泄露量较大的QB 结构机械密封拆卸返厂解体检测后发现，机械密封内部动态O 型圈、弹性元件（小弹簧）处存在杂质、结蜡和焦质物堆积较多的情况[1]，动态O 型圈也在焦质物的包裹下黏连在轴套上，密封面之间还会因发热引起介质的结晶、结焦，造成滑动部件被黏住和密封面被凝结的现象。
机械密封焊接波纹管波片的应力计算及分析
摘要 ：利用 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ有限元程序对机械 密封焊接金属波纹管波纹膜 片进行 应力分析 计算． 过实例 求出 由轴 向变 通
形力、 薄膜 应力和离心应力 ３种静态应力组合的总应力． 结果 表 明： 波纹 管的应力 主要 由轴 向位 移载荷 引起， 应严 格控制波纹管压缩量的大小； 通过增加最大应力点所在圆弧的 曲率半径来减小最大应力， 提高膜片的使用寿命． 关键词 ：焊接 金属波纹 管； 片；Ａ ＹＳ有限元 ； 膜 ＮＳ 应力分析 中图分类号 ： ０ ５ ＴＱ １ 文献标识码 ： Ａ
Ｆ ｂ２ ０ ｅ ．ｏ ８
文 章 编号 ：１７ －１６ ２ ０ ） １０ ５ －３ ６ ３５ ９ （０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ８ ０ －０ ８０
机 械 密 封焊 接 波 纹 管 波 片 的应 力计 算及 分 析
丁 雪 兴 ，王 悦 刘 雪岭 ， ，王 安静
（．兰州理工大学 石油化工学院 ， １ 甘肃 兰州 ７０ ５ ； ． ３０ ０ ２ 成都一通密封有限公司 ，￣ １成都 Ｉ１ １Ｉ ６００） １ １０
必须 降低 波纹膜 片 的应 力 水平 ． 文 以波 纹 管 膜 片 本 作为研 究对 象 ， 轴 向预紧 力 、 转离 心力 和 内外 压 在 旋 差作 用的工 况下 进 行应 力 计算 ， 实 际 生产 膜 片 的 为 结构优 化设 计提 供有用 数据 ．
圈 ， 决 了高 温下辅 助 密封的 问题 ［． 解 １ 焊接 金属 波纹 ］ 管不 仅起着 补偿 及缓 冲 因动磨 损 、 向 串动 及振 动 轴 等原 因产生 的轴 向位 移 ， 且靠 本 身 的弹 力与 密 封 而
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第３卷 第 １ ４ 期
波纹管机封技术交流 PPT
耐高温得波纹管机封就是否可 以取消外接冲洗？
• 不可以。
• 首先应了解外接冲洗得功能与作用。外接冲洗具有 洁净、温度恒定得特点。
• a、洁净得外冲洗可以冲刷掉密封周围得脏污颗粒, 保持端面间液膜洁净,防止端面得磨粒磨损。
• b、温度恒定得外冲洗可以保证密封工作恒定防止 弹性元件高温失弹。
• 因而,不仅脏污介质不可取消外冲洗,而且虽说波片 选用了耐高温失弹得金属,但有些高温介质为了保 证端面液膜稳定不汽化,仍要保有外接冲洗降温。
度小于350℃
波纹管机封得材料——结构件
• 8-1Cr18Ni9Ti : • 3-0Cr17Ni12Mo2(316) : • 2-2Cr13:线膨胀系数小、不耐腐蚀 • 1- Hastalloy C:耐腐蚀 • 4- 4J42、4J43:不耐腐蚀、定膨胀合金
克隆波纹管机封常用材质代号
• 环片、环座材质组合 • 160 ℃ :W8、U8、O8、S8 、W3、U3、O3、
波纹管机封技术交流
交流内容
波纹管机械密封得基本原理 波纹管机械密封得材料 波纹管机械密封得冷却与冲洗 波纹管机械密封得使用与安装 波纹管机械密封得故障分析
机械密封得定义
• 机械密封得定义: • 机械密封就是一种依靠弹性元件与介质压
力压紧动、静环端面从而达到密封得部件。 • 通过阻止泄漏、减少摩擦。机械密封得作
• a、摩擦副产生得热量不能及时带走,端面温 度高,液膜易气化,工作不稳定,易失效。
• b、机械杂质积存于密封腔内,易进入端面,密 封出现磨粒磨损失效。
• c、密封腔内出现气蚀或抽空时,易损伤密封。
外接冲洗能减少抽空与气蚀 对机封得影响？
• 可以。 • 外接冲洗得温度、流量、压力较为稳定且不
机械密封的安装
机械密封的安装一、集装式密封首先是利用运输中的“集装箱”概念，产生了集装式密封。
这种密封的旋转和静止部分在安装前预装成一整体，经检查和试压合格后套装在轴封箱内轴上，用紧定螺钉固定在轴上，上紧压盖螺栓，拆除集装定位片，机械密封就可以处于平行面工作状态，投入运转。
这样不仅容易装配而且保证装配质量。
目前焊接金属波纹管机械密封均做成集装式密封，就具有上述优点。
图6-1 所示为一种集装式机械密封，又叫卡式密封。
这种密封的静环、动环、轴套与压盖和辅助密封在安装前用一轴套都集装在一起，便于检查装配质量。
检查合格后只要把紧密封盖、固紧螺钉即可。
这样事先组装、检查和试验的密封组件，容易保证安装和装配质量。
这种集装式密封具有下列特点：1）安装时无需测量密封工作长度；2）轴可以随时调整；3）不会发生启动时泄漏问题，因为密封件已预先测试过；4）安装时只需套装把紧密封盖螺栓，装配质量容易保证；5）在安装或起动以前保护密封面不受杂物污染或因操作失误而损坏；6）机器设备热膨胀后可以重调；7）利用配合可以自定中心；8）容易取出密封件清洗和检查，而无需拆卸机泵设备。
API 682标准中推荐了所有机械密封采用集装式机械密封。
二、剖分式密封为了便于拆装维修时保证密封面平行，利用将零件做成分块的剖分式机械密封- 。
这种密封可以做成周向对开或多瓣环用围簧箍住。
图6-2所示为一种剖分式机械密封。
这种密封的压盖、动环、动环座、静环和辅助密封圈均做成有接缝的对开环和开口密封圈。
开口密封环两端做成球窝对接。
这种密封安装方便、速度快，停机时间缩短。
如同软填料密封的填料那样，不用拆卸泵或联轴器，就可以快速拆装。
但目前还存在密封环能否长期、重复使用和保证密封的问题。
三、自动对中密封为了保证良好的同心度，利用可以自动对中的格兰、静环或其定位零件的机械密封，如格兰自动对中的密封。
金属波纹管机械密封与普通机械密封的区别
金属波纹管机械密封与普通机械密封的区别
焊接金属波纹管机械密封具有良好的浮动性和随机补偿性，可以补偿密封环因磨损、轴向窜动及振动等原因而造成的泄漏。
焊接金属波纹管本身既作弹性元件又起到密封的作用，因此无需设计一般推环型弹簧式机封的动态辅助密封圈，从而避免了因动态辅助密封圈而造成的细微颗粒阻塞，动态辅助密封不耐高温以及有因其产生轴向摩擦阻力而降低密封补偿能力的问题。
金属波纹管机械密封中间没有辅助密封圈，减少了一个泄漏点；同时减少了补偿机构的摩擦阻力，改善了追随性；在石化行业中，焊接波纹管密封使用温度不受辅助密封圈的限制；对于四氟波纹管密封可用于腐蚀介质中。
其缺点是有的波纹管弹力较小，需加辅助弹簧。
焊接金属波纹管是由每一个波片内、外径交错紧密焊接而成的，因此不论其作为静止或旋转式使用时均无须考虑旋向问题。
焊接金属波纹管可以选择沉淀硬化型不锈钢，高温镍基材料和铬镍型耐蚀材料等制造，因此焊接金属波纹管可适用于较广泛的温度范围（-117℃―426℃），及各种酸、碱、盐介质中。
选择不同的波片厚度、层数使其在特殊的泵中承受高达7MPa左右的压力。
焊接金属波纹管机封的设计一般为平衡型，因此其承受压力对端面比压的影响很小，焊接金属波纹管机械密封不仅适用于非烃类介质，也适用于闪蒸烃类介质。
与普通机械密封相比其使用寿命也得到大大提高，因此其具有较高的性能价格比。
1/ 1。
API682机械密封标准
API682第二版机械密封标准与约翰克兰机械密封约翰克兰中国柏均佳美国石油协会682标准（API682）第二版于2002年7月正式公布，该标准由最终用户代表，泵生产商代表和机械密封生产商代表共同在第一版的基础上编制，约翰克兰派两名代表参加此项标准的编制工作。
标准要达到的目标是；在机械密封设计制造，选型和操作运行方面的最好的指南，对于机械密封使用寿命必须在有规律的泄露条件下满足三年以上，其寿命成本为考核的依据，节能问题倍受关注，于1994年4月出版的API680第一版机械密封标准大多数用户不适应，因此仅限于理解和参照，同时市场对技术要求的成本不接受，因此在国际项目应用中增长缓慢，第二版在第一版的基础上有了相当大的改进，基本上是对机械密封多年发展的高度总结，极大程度满足石油，石化，化工行业对机械密封的最新需求。
下面就标准和约翰克兰机械密封产品做一初步介绍。
第一版第二版一） 石化行业对机械密封最新发展的要求；由于石油化工行业工艺技术的发展，对机械密封的要求其工况参数越来越高，对机械密封的使用寿命必须满足三年，机械密封的标准化/减少现场的维修调试/减少库存，有计划的间隔维修/防止故障的间隔维修，远程监测/监控，环保要求/零泄露，可靠性与安全性，及时的售后服务降低采购和运行成本。
二）API682第二版的改进增加部分介绍；1）为了更好理解API682（二）标准特将有关术语理解叙述如下推进型与非推进型密封；推进与非推进的分类在于对旋转补赏环组件与轴（或轴套）的二次密封处，当补赏环（动环组件）由于磨损或轴向窜动，在加压机构（弹簧等）推动下跟进补赏时，二次密封是否随补赏环同时推进而区分为推进型与非推进型密封，显而易见的是对于“O”型多弹簧密封，其二次密封“O”圈将随随补赏环同时推进而称之为推进型密封，对于金属波纹管密封，其二次密封与轴（或轴套）相对固定，不随补赏环推进而推进，故称之为非推进型密封，见附图二次密封点二次密封随之推进二次密封不随之推进介质分类；针对石油化工行业，标准将介质分为碳氢化合物和非碳氢化合物，非碳氢化合物主要指水，酸，碱，盐等介质，对于碳氢化合物又区分为闪蒸碳氢化合物和非闪蒸碳氢化合物，闪蒸和非闪蒸碳氢化合物的定义区分是在泵送温度条件下，对正常泄露于大气侧的介质是否汽化而区分，如果在泵送温度条件下，该介质饱和蒸气压大于1bar（14。
机械密封焊接金属波纹管波纹膜片动态应力计算及分析
介. 辽宁石油化工大学学报 , 2004, 24 (3) : 95～97 7 丁雪兴 ,李超 ,赵永刚. 圆环式联轴器膜片的疲劳寿命
计算. 兰州理工大学学报 , 2004, 30 (5) : 49～51 8 宋 永 ,艾宴清 , 梁 波. 精通 ANSYS7. 0 有限元分析.
外力施加为轴向振动产生的瞬态动应力 ,此 力 F加载在内焊接处且垂直于膜片平面 ,如图 2 所示 。 2 波纹管膜片动态应力计算 2. 1 技术参数
单个膜片的结构尺寸如图 3所示 。波纹管波 数为 12,密度 ρ= 7. 9 t/m3 ,弹性模量 E = 187GPa, 泊松比 ν= 0. 3,温度 220℃。
第 35卷 第 1期 化 工 机 械
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图 10 动静环耦合变形耦合锥度 随冲洗量的变化曲线
3 结论 3. 1 冲洗能够有效降低动静环最高温度 ,并减
小密封环温差的差别 ,当冲洗量达到一定值时两 环温差趋于一致 。 3. 2 一定量的冲洗 ,使动环耦合变形锥度减小 , 静环锥度增大 ,但两者综合锥度降低 ,因此一定量 的冲洗能够有效降低耦合变形产生的正锥度 。
(Continued from Page 35)
(1L anzhou U n iversity of Technology, L anzhou, 730050, Gansu, Ch ina; 2L anzhou Petrochem ica l College of V oca tiona l Technology, L anzhou, 730060, Gansu, Ch ina )
应力较为集中的 5个点作为关键点 (图 6)进行分
单端面波纹管式机械密封
单端面波纹管式机械密封一、波纹管式机械密封的工作原理波纹管式机械密封是通过波纹管的弹性变形实现密封效果的。
波纹管是一种薄壁的金属管，其特点是具有很强的弹性和变形能力。
当波纹管受到外力作用时，其内外壁产生相对的位移，从而形成对旋转轴的密封作用。
波纹管式机械密封的结构主要包括波纹管、固定环、活动环、填料、端面密封环等部件。
波纹管通过活动环连接在轴上，填料填充在波纹管内外壁之间，端面密封环安装在波纹管末端，用于防止填料流出。
波纹管式机械密封的工作原理可以简单地分为两种情况：当轴相对于静环产生轴向位移时，填料将填充在波纹管内外壁之间形成密封作用；当轴相对于静环产生旋转运动时，填充在波纹管内外壁之间的填料不断受到环的挤压作用，从而形成有效的密封。
二、波纹管式机械密封的结构和特点1. 结构简单、便于安装和维护波纹管式机械密封由少量的零件组成，安装和维护都非常方便。
一般情况下，波纹管式机械密封只需要在轴上安装好波纹管和静环，然后通过螺丝固定即可，不需要进行繁琐的调整工作。
同时，波纹管式机械密封没有传统机械密封中的弹簧、密封面垫片等易损部件，因此使用寿命较长，减少了维护成本。
2. 密封性能好，适用范围广波纹管式机械密封的波纹管结构决定了其具有很好的密封性能。
波纹管的弹性变形能力使得密封在高温、高压、低温、低压等环境下依然可以保持良好的密封效果。
因此，波纹管式机械密封适用于各种工况下的旋转轴密封需求，如泵、压缩机、搅拌器、离心机等设备中都能得到广泛应用。
3. 抗干扰性能好波纹管式机械密封由于没有弹簧、密封面垫片等易受到外界干扰的部件，因此抗干扰性能较好。
对于振动、冲击、轴偏移等干扰因素能够有较好的稳定性。
4. 耐磨损，使用寿命长波纹管式机械密封的波纹管具有极其耐磨损的特性，因此使用寿命相对较长。
波纹管的弹性变形保证了其在工作时不易产生塑性变形，同时波纹管的表面经过特殊处理，具有较好的耐磨性。
三、波纹管式机械密封的应用范围和发展趋势波纹管式机械密封作为一种高性能、高可靠性的旋转轴密封装置，已经得到了广泛的应用。
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2 封腔内允许温度 3 密封型式
单端面内装金属波纹管集 API682-2.1.4 装式 4 浮环与泵轴间隙 0.12mm以内 轴套外径＜50mm时≤3ml/h 5 JB/T1472-94-4.2.1 允许泄漏量 轴套外径＞50mm时≤5ml/h 6 150mm 最大规格
轴径
检验测试
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三维CAD
• 焊接金属波纹管机械密封装配
模拟装配
三维CAD
焊 接 金 属 波 纹 管 浮 环 组 合 机 械 密 封 爆 炸 图
三维CAD
• 焊接金属波纹管浮环组合机械 床 模 拟 运 动
三维CAM
计算机辅助铣加工：
• 模拟加工 • 后置处理生成G代码 • 检查干涉
• 新型密封装置的结构创新 • 新型波纹管焊接工艺的创新
焊接金属波纹 管
关键技术
一、降低密封腔体的温度问题，保证密封在 较稳定的工况环境下运行 二、有效阻隔泵内高温介质窜入密封腔体 三、解决Incone718材料焊接工艺问题 四、取消封油冲洗
性能指标
序号 1 指标 允许压力 性能参数 0－3.5MPa -40℃－260℃ 采用标准 API682-1.1.1 API682-1.1.1 备注 当腔内温度＞260℃时， 采用强制冷却措施 作为主密封 作为辅助密封
模拟加工 编辑加工 轨迹
三维CAM
计算机辅助车加工：
• 模拟加工 • 后置处理生成G代码 • 检查干涉
加工 样品
创新点
• 制定了《焊接金属波纹管机械密封》和 《焊接金属波纹管及辅助密封》企业标准
API610美国石油协会标准 炼油厂用离心泵 API682美国石油协会标准 离心泵和转子泵的轴封系统 JB/T6373—92 焊接金属波纹管机械密封技术条件 JB/T1472—94 泵用机械密封
金属波纹管浮环组合机械密封
基本功能和主要用途
焊接金属波纹管机械密封：
• 防止泵旋转轴泄漏 • 克服高温工况 • 减少维修次数，降低运行成本
焊接机床：
• 焊接波纹管 • 提高工作效率 • 保护操作者
三维CAD
• 三维造型及二维工程图
机 封 零 配 件
焊 接 机 床
专利产品
浮环组合密封
• 防止泵内高温介质窜入密封腔中, 降低密封腔的温度 • 提高密封腔内压力,防止介质气化