关于机械密封的调研报告
2013年5月29日
胡振广
一、机封简介
(1)定义及简介
机封，全名机械密封，在行业内一般人习惯称为机封。它是一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装置。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(或磁力)的作用及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成防止流体泄漏的装置，常用于泵、压缩机、反应搅拌釜等旋转式流体机械，也用于齿轮箱、阀门、旋转接头、船舶尾轴等密封。因此，机械密封是一种通用的轴封装置。
机封的结构多种多样， 常用结构一般包含如下部件，如图：
机封典型结构示意图
1.锁紧装置(锁紧螺钉)2.锁紧环 3.弹性元件(弹簧) 4.传动机构(传动套) 5.补偿环 6.摩擦副 7辅助密封(O形圈) 8.非补偿环
1.补偿环与非补偿环：补偿环是具有轴向补偿能力的密封环，它可以是旋转环(动环)，也可以是非旋转环(静环);非补偿环是不具有轴向补偿能力的密封环，同样可以是旋转环(动环)，也可以是非旋转环(静环) 2.摩擦副：在补偿环和非补偿环的顶端镶嵌有一对密封端面，起机封的主要密封作用。一般情况下补偿环用软质材料制造，端面较窄;非补偿环用硬质材料制造，端面较宽。
3.弹性元件与锁紧环：它们构成了加载、补偿和缓冲机构，以保证机械密封在安装后端面贴合;在磨损时及时补偿;在受振动、窜动起缓冲作用。弹性元件可以是弹簧、波纹管、波簧等。锁紧环用于弹性元件的轴向和径向定位，通常还兼备传递转矩或克服转矩的功能。
4.辅助密封圈;起辅助密封作用，分补偿环辅助密封和非补偿环辅助密封。它可以是O形圈、V形圈、楔形圈、矩形圈等，用来密封轴和机封、机封和壳体之间的密封。
5.传动机构：起传递转矩的作用。常用传动方式有传动套、拨叉、柱销、键或弹簧的并圈
(2)机械密封与软填料密封比较有如下优点：
1.密封可靠， 2.使用寿命长
3.摩擦功率消耗小
4.轴或轴套基本上不受摩损；
5.维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；
6.抗振性好 对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；
7.适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。
8.对现今许多工厂的“零泄漏”需要，盘根无法达到此要求；
二、机械密封的发展和现况
作为旋转设备中不可缺少的密封装置, 机械密封因其工作可靠、泄漏量小、使用寿命长、功率消耗少等特点, 在泵、压缩机、反应釜、搅拌器、转盘塔、离心机和过滤机等工艺设备上得到了广泛应用。据统计, 为阻止动力输入轴与壳体间介质的泄漏, 国外90%左右的旋转设备采用了机械密封。
国际上机械密封的发展：机械密封最早是1885 年在英国以专利形式出现的, 1900 年开始应用，首次出现的简单的端面机械密封， 解决了机器制造业中转轴密封问题，在这一阶段， 机械密封发展的动力主要是机械加工和材料方面的技术进步。1971~ 1974 年由于宇航和核电方面的特殊要求，在结构上出现了多级密封，在材料上出现了碳化硅和优质的不同浸渍材料的碳石墨，这一阶段，发展的主要动力是结构重组和密封新材料的出现。1980~ 1990 年随着人们环境保护意识的提高, 研制出了“零泄漏”机械密封，在流体动压密封原理的基础上, 开发出了热流体动力楔机械密封和上游泵送机械密封，这一阶段, 发展的主要动力是密封原理的发展和控制理论的支持。
国内机械密封的发展：国内机械密封应用起步较晚，1965 年兰州炼油厂、沈阳水泵厂等单位首先试制泵用机械密封, 1966年天津机械密封件厂开始生产机械密封。1970 年机械工业部、石油部、化工部所属科研、生产、使用单位组成联合设计组, 参考了国外先进结构, 联合设计了“系列泵用机械密封”。1975 年, 机械工业部批准颁布了“泵用机械密封标准”。1980 年以后陆续引进英国CrqnePacking 有限公司、美国Sealol 公司的普通机械密封, 德国Burgman 公司热流体动力型机械密封, 日本Eagle 公司反应烧结碳化硅密封环, 通过攻关、消化引进技术, 使机械密封在品种、材料、技术参数等方面都提高到一个新的水平。1993 年国家颁布了国标“ GB/T14211- 1993 机械密封试验方法”, 1999 年国家机械工业局修订了“ 机械密封技术条件” 和“ 机械密封分类方法” , 为机械密封产品接近国外先进水平提供了保证。
三、机封选用情况调研
（1）国华公司内部电厂使用情况
先后对国华公司内三河、沧东、宁海三家电厂机封使用情况进行了调研，三家单位在部分水泵设备均有使用机械密封，其中三家电厂基建期（一期或者二期）均有使用原装进口的机封，三河和沧东机封品牌为皮拉，宁海使用美国进口品牌，随着运行和检修时间的延长，目前三家单位的机封陆续更换为国产机封。从总体评价上看，进口机封质量确实比国产机封要稳定，使用时间要长于国产机封（在使用和维护条件相当的情况下：一般进口机封可使用2-3年左右，国产机封使用寿命1-2年左右），但是进口机封价格较高，价格约为国产机封的2-5倍。最近几年，随着我国特种材料和机加工行业的发展，国产机封质量也在不断提高，尤其是合资品牌的国产化机封，工艺和原材料均采用国际技术，质量已经比较稳定，如果选用得当，国产机封基本上能够保障一个小修周期的安全使用。从以上三家单位的运行检修实践经验看，使用国产与原装进口机封相比，虽然会增加一些检修工时和检修成本，但从总体的经济性上看，已经接近甚至优于进口机封。 （2）北京电厂使用机封情况调研
通过调研，太阳宫电厂、北京草桥电厂、京能高安屯电厂（在建）均使用了合资品牌的国产机封，太阳宫电厂的机封产品存在一些小问题，但是运行还算稳定，如果能够保证每年的小修对机封进行检查和更换，可保证水泵运行稳定。 由于草桥刚投产半年，京能高安屯还未投产，两家的机封选型只能作参考。 （3）机封厂家使用情况调研（博格曼）
德国博格曼机械密封设计精巧，使用寿命长，结构可靠，静环采用浮动式，安装方便，推环由传动搭子卡住，防止弹簧落出，其它特殊技术处理包括静环可限位及制弹簧行程，避免碳环过度磨损。与国内密封比较，德国伯格曼质量更可靠，要求更严谨。 机械密封主要是依靠动静环的无间隙配合，来实现旋转中的液体密封。这就要求动静环的配合精确，使用稳定，能够适应较长时间的互相挤压、高速研磨。
因此，机械密封的动环为硬质合金材料，静环需要材质相对较软、摩擦小，为石墨复合材质，支撑用小弹簧必须弹力完全相同，不易疲劳。
德国博格曼密封的动环合金工艺处理更合理，使其组织更细密光滑；静环石墨复合材料，相对国内密封厂家，材料更均匀、密度更高；而小弹簧材料控制严格，生产工艺严紧。
曾有国内合资厂家生产的机械密封拿到德国原厂检验，得出结论是国内静环材质的均匀程度和密度，达不到合格标准；动环硬度勉强使用；小弹簧弹力不统一，使用寿命远远低于德国博格曼要求。这也造成了国产机械密封使用寿命短，易泄露的问题。
经过对机封制造厂家的调研，目前，国产品牌机封生产厂家较多，质量参差不齐，相对质量可靠的是合资品牌国内生产的机械密封，其与原装进口机封相比，虽然有一点差距（主要表现在国产材料和加工精度上），但是已经基本能够保证一个小修周期（1年）的稳定运行。
四、分析和结论
综合调研分析，机械密封的使用寿命（API标准要求所有机械密封必须保证连续运行3年时间）会随着密封介质和维护保养等条件而变动，根据工艺状况变化机械密封的寿命都会有不同程度的缩短。在每年年定期进行检查维护的情况下，从使用国产机械密封用户的调研情况看，一般推荐约1-1.5年更换一次（具体时间课根据经验调整），若原装进口机封，在正常情况下推荐2-3年左右更换一次（具体时间课根据经验调整）。进口机封的使用寿命约是国产机封的2倍。
价格方面，由于不同品牌不同国别生产的机封价格会相差比较多，这里仅以上海博格曼和德国博格曼机封价格做参考，德国博格曼大约是上海博格曼价格的2-4倍。
由于国产机封还会稍微增加一点检修费用，推荐价格在2倍左右的时候采用原装进口机封，价格高于3倍时使用国产机封。
附件1博格曼机械密封业绩：
（说明，由于时间紧迫，厂家的业绩清单并没有区分国产博格曼还是德国博格曼） 1 大唐清苑电厂2x300 河北SPEM 2011 大唐清苑电厂2x300 河北SPEM 2011 2 韩城电厂二期2x600 陕西SPEM 2011 韩城二期2x600 陕西SPEM 2010 3 辽宁清河1*60万1x600 辽宁SPEM 2010 辽宁清河1*60万1x600 辽宁SPEM 2010 4 国电长治2*30万2x300 山西SPEM 2010 国电长治2*30万2x300 山西SPEM 2010 国电长治2*30万2x300 山西SPEM 2010 5 山西京玉2*30万2x300 山西SPEM 2010 山西京玉2*30万2x300 山西SPEM 2010 6 四川中电福溪2*60万2x600 四川SPEM 2010 四川中电福溪2*60万2x600 四川SPEM 2010 7 佛山山水恒益2*60万2x600 广东SPEM 2010 佛山山水恒益2*60万2x600 广东SPEM 2010 8 安徽华塑2*30万2x300 安徽SPEM 2010 安徽华塑2*30万2x300 安徽SPEM 2010 9 滦河电厂2x330 河北SPEM 2010 10 汕头电厂1x600 广东SPEM 2010 11 侯马电厂2×300 山西SPEM 2009 12 芜湖电厂2x660 安徽SPEM 2009 芜湖电厂2x660 安徽SPEM 2009 13 华能新疆阜康2x135 新疆SPEM 2009 14 神华胜利电厂2x660 内蒙古SPEM 2009 15 大唐鸡西第二热电厂2x300 黑龙江SPEM 2009 大唐鸡西第二热电厂2x300 黑龙江SPEM 2009 16 王平电厂2x300 北京ZPEM 2010 王平电厂2x300 北京ZPEM 2010 17 渠东发电公司2x330 河南ZPEM 2010 渠东发电公司2x330 河南ZPEM 2010 渠东发电公司2x330 河南ZPEM 2010 渠东发电公司2x330 河南ZPEM 2010 18 外高桥电厂二期2x900 上海KSB 1999 外高桥电厂二期2x900 上海KSB 1999 19 国电泰州发电有限公司一期工程超超临界燃煤机组1000 江苏KSB 2007 国电泰州发电有限公司一期工程超超临界燃煤机组1000 江苏KSB 2007 20 南阳天益发电有限责任公司600 河南KSB 2007 南阳天益发电有限责任公司600 河南KSB 2007 21 国电北仑三期扩建工程超超临界机组1000 浙江 KSB 2009 国电北仑三期扩建工程超超临界机组1000 浙江 KSB 2009 22 华电贵州塘寨发电有限公司600 贵州KSB 2009 23 魏家峁煤电一体化电厂一期660 内蒙古KSB 24 国电都匀福泉电厂超临界发电机组工程660 贵州KSB 2010 25 国电霍州发电厂上大压小工程600 山西KSB 2010 26 安徽马鞍山电厂上大压小扩建工程660 安徽 KSB 2011 27 神华神东电力公司店塔电厂改建工程（西北院总包） 660 陕西 KSB 2011 28 陕西府谷清水川煤电一体化项目电厂二期工程1000 陕西 KSB 2012 29 黄浦、天生港等电厂等125 KSB 1969~ 30 中国机械进出口公司(姚孟电厂) 300 河南KSB 1979 31 谏壁电厂7号机组300 江苏KSB 1989 32 郑州热电厂二期200 河南KSB 1992 33 扬州电厂200 江苏KSB 1993 34 马鞍山电厂一期300 安徽KSB 1994 35 石门电厂一期300 湖北KSB 1994 36 鄂州电厂350 湖北KSB 1994 37 武汉钢铁自备电厂200 湖北KSB 1995 38 田家庵电厂300 安徽KSB 1995 39 曲靖电厂300 云南KSB 1997 40 阳城电厂350 山西KSB 2001 41 华能福州二期2x350MW 2x350 福建KSB 1997 华能福州二期2x350MW 2x350 福建KSB 1997 42 合肥第二发电厂350 安徽KSB 1999 合肥第二发电厂350 安徽KSB 1999 43 邯峰电厂 660 湖北KSB 1998 邯峰电厂660 湖北KSB 1998 44 安徽安庆2*300MW 2x300 安徽KSB 2003 安徽安庆2*300MW 2x300 安徽KSB 2003 45 托克托电厂600 内蒙古KSB 2004 托克托电厂600 内蒙古KSB 2004 46 大同第二发电厂600 山西KSB 2004 47 广西合山电厂300 山西KSB 2004 48 湖北青山热电厂200 内蒙古KSB 2004 49 内蒙古乌拉山电厂三期330 内蒙古KSB 2004 50 大唐洛阳热电厂300 内蒙古KSB 2004 51 内蒙古包头东华热电有限公司供热机组300 内蒙古KSB 2005 52 马鞍山第二发电厂二期扩建工程300 安徽KSB 2005 53 华电包头河西电厂600 内蒙古KSB 2005 华电包头河西电厂600 内蒙古KSB 2005 54 霍林河电厂300 内蒙古KSB 2005 55 内蒙古呼和浩特金山电厂300 内蒙古KSB 2005 56 丰镇工业园自备电厂300 内蒙古KSB 2005 57 金川集团有限公司150 内蒙古KSB 2005 58 大唐山西运城电厂600 山西KSB 2006 59 大唐安阳电厂300 河南KSB 2008 60 宜都东阳光自备热电厂 300 湖北KSB 2008 宜都东阳光自备热电厂300 湖北KSB 2008 61 国电大武口发电厂330 宁夏KSB 2009 62 华能吉林白山煤矸石电厂新建工程330 吉林KSB 2010 63 江苏淮阴发电有限责任公司上大压小热电联产二期工程 Jiangsu H300 江苏KSB 2010 江苏淮阴发电有限责任公司上大压小热电联产二期工程 Jiangsu H300 江苏KSB 2010 64 国电英力特宁东电厂330 宁夏KSB 2011 国电英力特宁东电厂330 宁夏KSB 2011 65 新疆宜化化工有限公司准东五彩湾坑口电厂工程300 新疆KSB 2011 66 托克托二期2*600MW 2x600 内蒙古KSB 托克托二期2*600MW 2x600 内蒙古KSB 67 大同二期2*600MW 2x600 山西KSB 68 贵州盘南4*600MW 4x600 贵州KSB 2006 69 贵州盘南4*600MW 4x600 贵州KSB 2006 70 华电内蒙古包头第二热电厂2x200 内蒙古KSB 2004 71 上都正蓝2*600MW 2x600 内蒙古KSB 72 托克托三期四期2*2*600MW 2x2x600 内蒙古KSB 2005 托克托三期四期2*2*600MW 2x2x600 内蒙古KSB 2005 73 内蒙古海渤湾电厂三期2x330 内蒙古KSB 2004 74 湖北青山1*200MW 1x200 湖北KSB 75 广西合山2*300MW 2x300 广西KSB 76 大唐洛阳2*300MW 2x300 河南KSB 77 内蒙古乌海电厂2x200 内蒙古KSB 2006 78 大唐广东潮州三百门电厂一期工程2x600 广东KSB 2005 大唐广东潮州三百门电厂一期工程2x600 广东KSB 2005 79 大唐福建宁德电厂2x600 福建KSB 2005 大唐福建宁德电厂2x600 福建KSB 2005 80 江西丰城2*660MW 2x660 江西KSB 2006 江西丰城2*660MW 2x660 江西KSB 2006 81 陕西国华锦界电厂4x600 陕西KSB 2006 82 包头东华2*300MW 2x300 内蒙古KSB 83 大唐湖南金竹山电厂2x600 湖南KSB 2006 大唐湖南金竹山电厂2x600 湖南KSB 2006 84 马鞍山二电2*300MW 2x300 安徽KSB 马鞍山二电2*300MW 2x300 安徽KSB 85 华电包头2*600MW 2x600 内蒙古KSB 华电包头2*600MW 2x600 内蒙古KSB 86 山西武乡2*600MW 2x600 山西KSB 2006 87 广东华厦阳西电厂(上海电气) 2x600 广东KSB 2008 广东华厦阳西电厂(上海电气) 2x600 广东KSB 2008 88 包头第三热电厂2x300 内蒙古KSB 2005 89 呼和浩特金桥热电厂2x300 内蒙古KSB 2005 90 内蒙古准大2*300MW 2x300 内蒙古KSB 91 锡林浩特二电厂2x300 内蒙古KSB 2005 92 内蒙古新丰2*300MW 2x300 内蒙古KSB 93 内蒙古蒙西2*300MW 2x300 内蒙古KSB 2005 94 内蒙古正蓝电厂二期2x600 内蒙古KSB 2006 95 华电四川广安电厂三期扩建工程2x600 四川KSB 2005 华电四川广安电厂三期扩建工程2x600 四川KSB 2005 96 国电广西贵港电厂一期工程2x600 广西KSB 2006 国电广西贵港电厂一期工程2x600 广西KSB 2006 97 国电河北龙山电厂一期工程2X600MW机组2x600 河北KSB 2005 98 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2008 大唐西固热电联产以大代小改扩建工程2x330 甘肃KSB 2008 118 国电山西大同二电厂三期扩建工程2x660 山西KSB 2008 119 湖北鄂州电厂二期2x600 湖北KSB 2008 湖北鄂州电厂二期2x600 湖北KSB 2008 120 大唐安阳2*300MW 2x300 河南KSB 121 宁德二期2*660MW 2x660 福建KSB 2008 宁德二期2*660MW 2x660 福建KSB 2008 122 华电湖北西塞山发电有限公司2x600 湖北KSB 2009 123 国电兰州2*330MW 2x330 甘肃KSB 2008 国电兰州2*330MW 2x330 甘肃KSB 2008 124 宜昌东阳光2*300MW 2x300 湖北KSB 宜昌东阳光2*300MW 2x300 湖北KSB 125 上海吴泾2*300MW 2x300 上海KSB 上海吴泾2*300MW 2x300 上海KSB 126 华电福建华电漳平电厂2x300 福建KSB 2009 华电福建华电漳平电厂2x300 福建KSB 2009 127 华电福建永安电厂2x300 福建KSB 2009 华电福建永安电厂2x300 福建KSB 2009 128 中电投四平发电厂2x350 吉林KSB 2009 129 中电投松花江发电厂2x350 吉林KSB 2009 130 内蒙古上都电厂三期2x660 内蒙古KSB 2009 131 福建石狮鸿山热电厂超临界机组2x600 福建KSB 2009 福建石狮鸿山热电厂超临界机组2x600 福建KSB 2009 132 华能魏家峁煤电一体化电厂一期2*660MW 2x660 内蒙古KSB 2010 华能魏家峁煤电一体化电厂一期2*660MW 2x660 内蒙古KSB 2010 133 国电青山2*350MW 2x350 湖北KSB 2010 134 华电国际邹县电厂三期2x600 山东ClydeUnion 1993 135 山西朔州神头第二发电厂二期扩建2x500 山西ClydeUnion 2002 136 开封火电厂2x600 河南SPUK 2007 137 四川中电福溪电厂2x600 四川SPUK 2009 138 山东胜利油田胜利发电厂1x600 山东SPUK 2009 139 济宁电厂600 山东SPUK 2009 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