机械密封基础知识

　　 机械密封的地位 据调查，石化工艺装置机泵中有86%以上 采用机械密封。随着机械密封技术的发展， 在机泵中机械密封将占有更加重要的地位。

　　1885年——英国第一个端面密封的专利 1900年——开始用于轴承密封 1908年——汽轮机上出现几个端面密封 1919年——出现单端面密封 1920年——用于小型家用冷冻压缩机好汽车水泵 1930年——用于内燃机水泵 1940年——在一定程度上解决轻烃泵密封 1945年——出现平衡型和中间环高压高速机械密封 1957年——美国西乐Sealol公司第一个金属波纹管机械密封高温密封 1960年——出现热流体动力楔机械密封流体 1963~1969年——静压密封、流体动压密封及工业上应用 1974年——出现新的密封面材料碳化硅和优质不同浸渍碳石墨 1977年——出现各种密封的组合机械密封和螺旋槽干运转气体密封工业应用 1985年——密封面变形协调和材料合适配对工艺流体的零泄漏和零逸出密封技术迅速发 展 2000年——非接触（表面改形技术）机械密封发展

　　配对方法： 当介质粘度小，润滑性差时，采用金属配各种非金 属（因为大多数非金属材料都有自润滑作用）；当 介质粘度较大时，采用金属与金属配对。

　　加工精度 由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦环要相 互滑动摩擦，故端面的加工精度影响着密封的效果 和使用寿命。因此，JB4127-85《机械密封技术条 件规定较高。

　　• 平衡式机械密封 适用于高压密封，结构复杂，成本高。 非平衡式机械密封 适用于低压密封，介质压力小于0.7MPa时广 泛作用, 结构简单，成本低。

　　• 内流式机械密封 适用于高压，速度高时，密封可靠。 • 外流式机械密封 加强端面润滑采用后者较合适，但介 质压力不宜过高，一般为1－2MPa。

　　 按介质泄漏方向分为内流式和外流式。  内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄者称为 内流式。  外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄者称为 外流式。  内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍 着流体的泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。 于是，有固体颗粒的情况尤其应该采用内流式。这 样可防止固体颗粒进入摩擦面。

　　有磨损，用久后要更换 要经常维护，更换填料，个别情况每 班换一次 高压、高温、高真空、高转速、大直 径密封不能解决 加苛求一般，填料更换方便 一般

　　机械密封按不同工作参数分类见表1， 常见的分类标准主要有以下几种： • • • • 按密封腔温度分 按密封腔压力分 按密封端面速度分 按轴径尺寸分

　　（2）弹簧加荷装置 作用：产生压紧力，保持动、静环端而后紧密接触，且是 一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而引起的摩 擦面不贴合。 再进一步，如果我们把弹簧施加到密封环带单位面积上的 压紧力称为弹簧比压ps，那么ps的作用有两点：①起动停 车或介质压力波动时，使密封面维持足够的比压；②克服 密封圈与轴的摩擦力，保持动环沿轴向移动，以补偿端面 的磨损。 因此有人把机械密封定义为：机械密封是一种带有缓冲机 构，并通过与旋转轴大体垂直并做相对转动的密封端面进 行密封的装置。 （3）辅助密封元件 型式：O形、V形、矩形等

　　1-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈 4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座 9-紧定螺钉

　　 紧定螺钉把弹簧固定在轴上  静环的周向固定：静环上开槽，然后 通过防转销与静环座固定。而静环座 又与设备联在一起。

　　B、动环与轴或轴套之间的密封——相对静密封 C、静环与静环座之间的密封——静密封 D、静环座（压盖）与设备之间的密封——静密封

　　机械密封的主要 特点主是密封面 为垂直于旋转轴 线-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座 9-紧定螺钉

　　较好的耐磨性，能有减摩作用（即f要小） 良好的导热性，把摩擦热及时传出 孔隙率小，结构紧密，以免介质在压力下有渗透。 动、静环是一对摩擦副，它们的硬度各不相同。

　　一般动环的硬度比静环的硬度大。动环的材料可用铸铁、 硬质合金、高合金钢等，在有腐蚀介质的条件下可用不 锈钢或不锈钢表面（端面）堆焊硬质合金、陶瓷等；静 环的材料可用铸铁、磷青铜、巴氏合金等，也常用浸渍 石墨或填充聚四氟乙烯。

　　① 密封可靠，在一个较长的使用期中，不会泄漏或很少泄漏； ② 使用寿命长，正确选择摩擦副材料和比压的机械密封可用 2—5年，最长的达9年； ③ 维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修； ④ 摩擦功率消耗少； ⑤ 轴或轴套不受磨损； ⑥ 对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感； ⑦ 适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转 速以及各种腐蚀、易燃、易爆、有毒介质的密封。

　　教学重点： （1）机械密封结构、原理； （2）机械密封与软填料密封比较时的优缺 点；

　　1-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈 4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座 9-紧定螺钉

　　机械密封端面上的弹簧压力分 布不够均匀，常用于较小轴径 （d≯80－150mm轴径）。 • 多弹簧式机械密封

　　 机械密封的基本元件： 1.端面密封副 2.弹性元件 3.辅助密封 4.传动件 5.防转件 6.紧固件

　　1 压盖与泵壳端面之间——利用O圈或垫子密封 2 静环与压盖端面之间——利用O圈密封 3 动环与轴（或轴套）配合面之间——利用O圈密封

　　1-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈 4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座 9-紧定螺钉

　　机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的端面 密封。如图3-1所示，当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧压板、 动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静 环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，而静环则固定在座架 上静止不动，这样动环与静环相接触的环形密封面阻止了介 质的泄漏。

　　械密封的元件均处于流体介质中，密封 端面的受力状态以及冷却和润滑情况好。

　　• 外置式机械密封 密封暴露在设备外，便于观察及维修安装 ，仅用于强腐蚀、高粘度和易结晶介质以 及介质压力较低的场合。

　　• 接触式机械密封 密封结构简单、泄漏量小， 但磨损、功耗、发热量都较 大，在高速、高压下使用受 一定限制。 • 非接触式机械密封 非接触式密封发热量、功耗 小，正常工作时没有磨损， 能在高压高速等苛刻工况下 工作，但泄漏量较大。

　　结构较复杂，对制造加工要求高； 安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的安装技术水平； 发生偶然事故时，处理比较困难； 一次性投资高。

　　一般为软填料密封的１％ 几乎无磨损 寿命很长，很少需要维修 可以 动、静环表面粗糙度及平直度要求 高，不易加工，成本高，装拆不便 动、静环要求较高

　　 因为在机械密封设计的时候会涉及到一个端面比压这个参数，其值=弹簧比压介 质压力*(载荷系数-反压系数），而端面比压有一个取值范围，大了则环磨损快， 小了则可能封不住，为了使此值在一个合适的范围，当用在不同的介质压力情况 下就要取不同的载荷系数（弹簧比压、介质压力、反压系数在设计时取的一个定 值），根据前辈们的经验总结出当介质压力在0.7以下时，设计成非平衡型，以上 时设计成平衡型，至于为什么请看下面的举例： 假设介质压力是1.5MPa，弹簧比压设计选择0.25，反压系数是0.5，而我设计成 非平衡型的（载荷系数1.2），则端面比压是：=0.251.5*(1.2-0.5)=1.3，而据经 验端面比压要在0.5~0.9之间才正常，故1.5MPa压力下不能设计成非平衡型。 相反举个0.7以下压力而设计成平衡型的例子： 假设介质压力是0.3MPa，弹簧比压设计选择0.25，反压系数是0.5，而我设计成 平衡型的（载荷系数0.7），则端面比压是：=0.250.3*(0.7-0.5)=0.31，据上述经 验看来此端面比压也不合适。 总结：平衡型与非平衡型的区别在于根据介质压力的大小而设计一个不会很快磨 损又不会装上去就漏的机械密封。 说得更简单一些，可以引述书上说的，什么是平衡型：就是载荷系数1，而非平 衡型就是载荷系数1，至于载荷系数是如何计算出来的可以查阅相关资料

　　• 单端面式机械密封 结构简单，制造、安装容易，一般 用于介质本身润滑性好和允许微量 泄漏的条件，是常用的密封型式。 • 双端面式机械密封

　　图29.7-7 单端面式和双端面式机械密封 a）单端面式；b）轴向双端面式； c）径向双端面密封 32

　　旋转式机械密封 不宜用于高速条件，因高速情况下 转动件的不平衡质量易引起振动和 介质被强烈搅动。因此，线m/s时，宜采用弹簧静止式机 械密封。

　　 机械密封的作用 1.提高机器效率、降低能耗。 2.节约原材料。 3.提高机器可靠性。 4.安全和环境保护。

　　 机械密封的意义 （1）密封技术虽然不是领先性技术，但却是 决 定性技术 （2）密封件虽然不大，只是个零部件，但却能 决定机器设备的安全性、可靠性和耐久性 （3）机械密封在日常机泵等设备维修工作中， 工作量约占50%

　　 机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面密封副的 预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴 向端面密封装置，故又称端面密封。用于泵、釜、压缩 机、液压传动和其他类似设备的旋转轴的密封。  机械密封是由一对或数对动环与静环组成的平面摩擦副 构成的密封装置。它是靠弹性构件（如弹簧或波纹管， 或波纹管及弹簧组合构件）和密封介质的压力在旋转的 动环和静环的接触表面（端面）上产生适当的压紧力， 使这两个端面紧密贴合，端面间维持一层极薄的液体膜 而达到密封的目的。这层液膜具有流体动压力与静压力， 起着润滑和平衡压力的作用。