必一运动第一章! 机械密封的基本结构、作用原理和特点 ·+) · 第一章! 机械密封的基本结构、作用 原理和特点 第一节! 机械密封的基本结构、作用原理和要求 机械密封是一种依靠弹性元件对静、动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（图 # ），故又称端面密封。 构成机械密封的基本元件有：端面密封副（静环 和动环$ ）、弹性元件（如弹簧% ）、 辅助密封（如& 形圈’ 和( ）、传动件（如传动销) 和传动螺钉* ）、防转件（如防转销+ ） 和紧固件（如弹簧座, 、推环$ 、压盖、紧定螺钉- 与轴套) ）。 机械密封基本元件的作用和要求如下： ）端面密封副（静、动环）! 端面密封副的作用是使密封面紧密贴合，防止介质泄漏。 它要求静、动环具有良好的耐磨性，动环可以轴向灵活地移动，自动补偿密封面磨损，使 之与静环良好地贴合；静环具有浮动性，起缓冲作用。为此密封面要求有良好的加工质 量，保证密封副有良好的贴合性能。 $ ）弹性元件（弹簧、波纹管、隔膜）! 它主要起预紧、补偿和缓冲的作用，要求始终保 持足够的弹性来克服辅助密封和传动件的摩擦和动环等的惯性，保证端面密封副良好的 贴合和动环的追随性，材料要求耐腐蚀、耐疲劳。 ) ）辅助密封（& 形圈、. 形圈、/ 形圈、楔形圈和异形圈）它主要起静环和动环的密封 作用，同时也起到浮动和缓冲作用。要求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的密封 性和静环有一定的浮动性，动环的密封元件能保证动环与轴或轴套之间的密封性和动环 的浮动性。材料要求耐热、耐寒并能与介质相容。 % ）传动件（传动销、传动环、传动座、传动键、传动突耳或牙嵌式联结器）它起到将轴 的转矩传给动环的作用。材料要求耐磨和耐腐蚀。 , ）紧固件（紧定螺钉、弹簧座、压盖、组装套、轴套）! 它起到静、动环的定位、紧固的 作用。要求轴向定位正确，保证一定的弹簧压缩量，使密封副的密封面处于正确的位置 并保持良好的贴合。同时要求拆装方便、容易就位、能重复利用。与辅助密封配合处，安 ·#-’ · 第三篇 机械密封的基本原理 装密封圈要有导向倒角和压弹量，应特别注意动环辅助密封件与轴套配合处要求耐磨损 和耐腐蚀，有必要时与轴套配合处可采用硬面覆层。 ! ）防转件（防转销） 它起到防止静环转动和脱出的作用。要求有足够的长度，防止 图# $ # 典型机械密封示意图 # $ 静环 % $ 动环 & $ 传动销 ’ $ 弹簧 ( $ 弹簧 座 ! $ 紧定螺钉 ) $ 传动螺钉 * $ 动环+ 形圈 , $ 静环+ 形圈 #- $ 防转销 ## $ 压盖 #% $ 推环 #& $ 轴套 、 、 、 、 、 一泄漏点 ! # $ % & 静环在负压下脱出，并要求正确定位，防止静环随动环旋转。材料上要求耐腐蚀，在必要 时中间可加四氟乙烯套，以免损坏碳石墨静环。 机械密封的可能泄漏途径如下（图# $ # ）： # ）密封副密封面 处泄漏 这是主要密封面，是决定机械密封摩擦、磨损和密封性 ! 能的关键，同时也决定机械密封的工作寿命。据统计，机械密封的泄漏大约有*-. / ,(. 是由于密封端面密封副造成的。因此，要求接触面保持平行，表面粗糙度要求高，! 0 - 1 -( / - 1 %- ’2 、平面度3 - 1 , ’2 。对于不同介质，要求用合适的密封副材料组合，注意 耐磨损、耐腐蚀，选用合适的几何参数（面积比和宽径比等）和性能参数（比压、弹簧载荷 等）。 % ）静环与压盖的辅助密封件 处泄漏和动环与轴（或轴套）的辅助密封 处泄漏这 # 是辅助密封面，是决定机械密封密封性和动环追随性的关键，特别是动环与轴（或轴套） 密封面，首先要防止因锈蚀、水垢、结焦或化学反应物料堆积而造成动环不能动弹。 以上 、 、 处均为动密封。 ! # & ）压盖与密封箱体之间静密封 、轴套与轴静密封 和动环镶嵌结构配合 处泄漏 $ % & 这三处均为静密封。均应根据密封介质选用相容材料的密封垫或相应的配合。 第一章! 机械密封的基本结构、作用原理和特点 ·’( · 第二节! 机械密封的基本型式 机械密封的基本型式有（图 # $ ）： % 接触式和非接触式密封 接触式机械端面密封是指密封面微凸体接触的机械密封，密封面间隙! & ’ % ( ) !* 。 普通的机械密封均属接触式机械密封。非接触式机械端面密封是指密封面微凸体不接 触的机械密封，密封面间隙对于流体动压密封! + $ !* ，对于流体静压密封! + ( !* 。当 工作间隙发生变化时，其值超过密封面升举点间隙（! #! ，接触间隙），密封面微凸体开 始不接触，接触式机械密封就会变成非接触式机械密封，同样地! , ! 时非接触式机械密 封也会变成接触式机械密封。 接触式机械密封的摩擦状态是混合摩擦，也有边界摩擦和干摩擦；非接触式机械密 封的摩擦状态则是流体润滑，也有弹性流体动力润滑。 普通的接触式机械密封泄漏量小、结构简单，使用广泛。一般来说，非接触式机械密 封泄漏量较大、结构复杂，大多在高参数条件下使用或用作多级密封的前置密封。采用 表面改形技术做成的可控间隙非接触式机械密封，可以达到工艺流体零泄漏和零逸出。 此外，还有平衡比可以调节的半接触式机械密封，根据要求可以由接触式密封转变 为非接触式密封或由非接触式密封转变为接触式密封。 $ % 内装式和外装式机械密封 静环装在压盖内侧的机械密封称为内装式机械密封：静环装在压盖外侧的机械密封 称为外装式机械密封。 弹簧置于密封流体之内的机械密封称为内置式机械密封；弹簧置于密封流体之外的 机械密封称为外置式机械密封。 内装（内置）式机械密封的弹簧和动环安装在密封箱内与介质接触，可以利用箱内介 质压力来密封。其优点是：受力状态好、泄漏量小（因泄漏方向与离心力方向相反），冷却 与润滑条件好，使用工作范围广（图 # $- ）。 外装（外置）式机械密封的弹簧和动环安装在密封箱外不与介质接触，适用于强腐 蚀、高粘度必一运动、易结晶介质。因泄漏方向与离心力方向相同，泄漏量较大，其使用工作压力 较低（图 # $. ）。 /% 内流式和外流式机械密封 密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相反的机械密封称为内流式机械 密封；密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相同的机械密封称为外流式机械 ·!;: · 第三篇$ 机械密封的基本原理 图! #$ 机械端面密封的基本型式 % ）内装式$ & ）外装式$ ’ ）内流式$ ( ）外流式$ ) ）旋转式$ * ）静止式$ + ）非平衡式 , ）平衡式$ - ）单弹簧式$ . ）多弹簧式$ / ）双端面（背靠背）$ 0 ）双端面（面对面） 1 ）多端面（中间环）$ 2 ）径向双端面$ 3 ）多级（两级）$ 4 ）波纹管密封 密封（图! #’ 及! #( ）。 由于内流式密封中离心力不仅能阻止泄漏流体，而且还可以防止固体颗粒进入密封 面间，故其泄漏量要比外流式小些。通常内流式机械密封适用于高压，而外流式机械密 封的最高压力为! 5 #67% 。 8 9 弹簧旋转式和弹簧静止式机械密封 第一章8 机械密封的基本结构、作用原理和特点 ·!03 · 弹性元件随轴旋转的机械密封称为弹簧旋转式机械密封；弹性元件不随轴旋转的机 械密封称为弹簧静止式机械密封（图! #$ 、% ）。 由于弹簧旋转式机械密封的弹簧转动件受离心力影响，所以不适用于高速密封，但 由于结构简单、径向尺寸小，常用于一般机械密封。由于弹簧静止式机械密封的弹簧不 受离心力影响，常用于高速机械密封。 & ’ 非平衡式和平衡式机械密封 面积比! #! 的机械密封称为非平衡式机械密封；面积比! ( ! 的机械密封称为平衡 式机械密封（图! #) 、* ）。 面积比等于密封流体作用的有效面积# （内装式）或 ! （外装式）与密封面面积# 之比，即 ! + $ （! ! ） # # # 或 ! + $ （! !& ） ! ! % 密封流体作用面积大于密封面面积的非平衡式机械密封，其密封端面上的作用力随密封 流体压力升高而增大，因此只适用于低压。而在平衡式机械密封中，其密封端茴上的作 用力随密封流体压力变化较小，因此它适用于高压。 , ’ 单弹簧式和多弹簧式机械密封 只有一个集中大弹簧的机械密封称为单弹簧式机械密封；有多个点布小弹簧的机械 密封称为多弹簧式机械密封（图! #- 、. ）。 单弹簧式机械密封的端面受力不均匀，而且高速下离心力使弹簧偏移或变形，弹簧 力不易调节，轴向尺寸大，因此，它多用于小直径（轴径不大于!/011 2 !!’ &011 ）、低速 密封；多弹簧点布机械密封的端面受力均匀（可经挑选后点布）必一运动，受离心力影响较小，弹簧 力可通过改变弹簧个数来调节，因此，它可用于大直径、高速机械密封。但在腐蚀性介质 和有固体颗粒介质的场合下，小弹簧结构会因易腐蚀和堵塞而失效。 3 ’ 单密封、双密封及多密封 只有一对端面摩擦副的密封为单密封（图! #4 2 . ）；由两对端面摩擦副组成的密封 为双密封（图! #5 、! ）；由两对以上端面摩擦副组成的密封为多端面机械密封（图! #1 ）。 单密封结构简单，最常用。在单端面机械密封不能满足要求时，则可采用双密封或 多密封。 双密封有轴向双端面机械密封和径向双端面机械密封（图# #6 ），后者结构布置较 前者紧凑。轴向双端面机械密封有背对背或面对面布置的结构（图! #5 、! ）。此外，还 有串联布置的双密封（图! #7 ）。 双密封的特点是两个端面摩擦副之问可充满中间流体一阻塞流体（俗称封气、封油、 ·%!; · 第三篇, 机械密封的基本原理 封水、封液）或缓冲流体。当中间阻塞流体压力大于被密封流体压力（通常大! !# $ ! %#&’( ）和大气压力时，双密封用作阻塞密封；当中间缓冲流体压力低于被密封流体压力 但高于大气压力时，双密封用作串联密封。 中间环密封属于多端面密封。旋转的中间环密封，可用于高速下降低! 值；不转的 中间环密封，用于高压和（或）高温下减少力变形和（或）热变形。具有中间环的螺旋槽面 密封可用作双向密封。 此外，还有推环（弹簧加载推环）式机械密封（图% ) *( $ + ）和波纹管密封（图% ) *! ）。 第三节, 机械密封的特点 机械端面密封具有以下特点： % 泄漏量可以限制到很少 只要主密封面的表面粗糙度和平直度能保证达到要求，只要材料耐磨性好，机械密 封可以达到很少泄漏量，甚至肉眼看不见泄漏。 日本工业标准（-./ %0*1!#—22 ）《机械密封通用规范》中规定，密封介质为液体时，泄 漏量通常为0345 6 以下，但对于特殊情况及密封介质为气体时不受此限。 原苏联（789:#—*! %;—20 ）《离心油泵用端面密封一产品检验质量要求》中规定，煤 油试验台泄漏量不超过*!345 6（轴封箱压力 * #&’( ，# 0!!!75 3= ）。 我国-?1 %*2—;#《机械密封技术条件》中规定，常温清水试验，平均泄漏量轴（或轴 套）外径大于#!33 时不超过#345 6 ，轴（或轴套）外径不大于#!33 时泄漏量不大于 0345 6 。 * 寿命长 在机械密封中，主要磨损部分是密封摩擦副端面。因为密封端面的磨损量在正常工 作条件下不大，一般可以连续使用% $ * 年，个别场合下也有用到# $ %! 年。 日本-./ ?*1!# ) 22 《机械密封通用规范》规定，通常，一般机械密封的寿命要求最低 使用一年，但在苛刻条件和运转率高及启动频繁时不受此限。 @’. A;*《离心泵与转子泵密封系统》规定，密封使用寿命0 年。 0 运转中不用调整 由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，装配后 就不用像普通软填料那样需调整压紧。 1 耐振性比径向密封好 第一章2 机械密封的基本结构、作用原理和特点 ·+#1 · 一般在转速! ! ###$% &’( 下最大振幅不超过# ) #*&& 必一运动。 * ) 使用 ，# 值不断提高 机械密封可以采用平衡式密封、流体静压型密封、流体动压密封或多级组合式密封， 使 $ # 值达到较高值，现已可达到+###,-. ·（&% / ），并在不断提高。 0 ) 结构复杂、拆装不便 与其它密封比较，机械端面密封的零件数目多，要求精密，结构复杂。特别是在装配 方面较困难，拆装时要从轴端抽出密封环，必须把机器部分（联轴器）或全部拆卸。这一 问题目前已作了某些改进，例如采用拆装方便并可保证装配质量的剖分式和集装式机械 密封等。
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