機械密封簡介

1、機 械 密 封授課人：王建軍1.機械密封工作原理1.1結(jié)構(gòu)圖1 機械密封結(jié)構(gòu)圖1）旋轉(zhuǎn)軸和裝在軸上的動密封環(huán)一起旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)安裝在殼體上。軸旋轉(zhuǎn)時，動、 靜環(huán)形成了摩擦副。2）在機械密封的總體裝置中，還有三個泄漏點，屬于靜密封點。1.2工作原理：1）主密封面。如上述的動環(huán)和靜環(huán)形成摩擦副的 面，密封流體介質(zhì) 的壓力和彈性元件(彈簧、波紋管)的彈力對這一密封面產(chǎn)生一壓 緊力，使之緊密貼合在一起。在摩擦副兩端面之間存在一層很薄 的潤滑膜，離心泵使用的機械密封，潤滑膜處于全液體濕潤摩擦 狀態(tài)，端面之間流體潤滑膜的壓力在不同程度上平衡了端面的預(yù) 緊力。一般機械密封的端面是鏡面光潔度，使比壓均勻，貼合緊

2、密，達到無泄漏的目的。2）靜環(huán)與壓蓋之間的密封面。這密封面屬靜密封面，通常按流體的 特性選用相應(yīng)的O形圈進行輔助密封，防止流體從靜環(huán)與壓蓋之 間泄漏。3）動環(huán)與軸或軸套之間的密封，這也是靜密封面。對于動環(huán)為補償 環(huán)的旋轉(zhuǎn)式密封來講，在端面跳動不同步及磨損時，該輔助密封 可做較小的軸向移動，一般用作彈簧和波紋管來作為輔助密封元 件。4）壓蓋與殼體之間的密封，這也是靜密封，通常用O形環(huán)進行密 封，但在安裝時，要保證端蓋和裝靜環(huán)的端面對軸線的垂直度。2.機械密封分類1）按密封端面對數(shù)數(shù)分：單端面、雙端面、多端面；2）按彈性元件種類分：波紋管式、非波紋管式；3）按密封腔溫度分：高溫、中溫、常溫、低溫；

3、4）按密封腔壓力分：超高壓、高壓、中壓、低壓；5）按介質(zhì)壓力平衡程度分：平衡型（1）、部分平衡型（10） 、 非平衡型（0）；=0.75，機封性能最佳；注： 平衡系數(shù)； 6）按彈簧數(shù)分：單彈簧、多彈簧；項目單彈簧多彈簧壓力均勻性作用在密封面上壓力不均勻，當(dāng)軸徑大時更為突出作用在密封面上壓力均勻，且不受軸徑變化的影響壓力變化程度壓縮量變化時,彈簧壓力交化小壓縮量變化時,彈簧壓力交化大腐蝕影響因絲徑大,腐蝕對彈簧壓力影響大因絲徑大,腐蝕對彈簧壓力影響小臟物、結(jié)晶影響臟物、介質(zhì)結(jié)晶對彈簧機能影響小臟物、介質(zhì)結(jié)晶易使彈簧失去機能彈簧力調(diào)節(jié)因是單彈簧，力不易調(diào)節(jié)可通過增減彈簧個數(shù)獲得所需的彈簧力空間軸向

4、尺寸大，徑向尺寸小軸向尺寸小，徑向尺寸大制造二端平面平行度及對中心垂直度要求嚴要求不嚴，二端甚至可不磨，各彈簧高度要求相等3.機械密封零部件3.1密封環(huán)（動環(huán)和和靜環(huán)）3.1.1功能動、靜環(huán)配合使用，對介質(zhì)進行密封。3.1.2材質(zhì)3.1.2.1動靜環(huán)選材原則：硬硬、硬軟3.1.2.2密封環(huán)主要用材1）碳-石墨（浸樹脂或金屬） 性能特點：化學(xué)穩(wěn)定性好，適用范圍廣，屬于軟材料，根據(jù)石墨量的多少可分為軟、中、硬三種。2）氧化鋁陶瓷（硬材料） 性能特點：硬度高、耐腐蝕、耐磨、脆性大，主要有99瓷和95瓷。3）氮化硅陶瓷（硬材料） 性能特點：硬度高、耐腐蝕（除HF外）、耐磨損、抗氧化、抗溫度劇變、抗蠕變

5、。4）碳化硅陶瓷（硬材料） 性能特點：自潤滑性能好、耐腐蝕、耐磨損、抗粘著。5）噴涂陶瓷（硬材料） 性能特點：硬度高、耐磨。6）硬質(zhì)合金（WC+Co或TiC、TaC） （硬材料） 性能特點：硬度高、加工困難、脆性大、耐磨損、選擇性耐腐蝕，熱導(dǎo)率高。7）鋼結(jié)硬質(zhì)合金（硬材料） 性能特點：硬度高、易加工、脆性大、耐磨損、耐腐蝕性差，熱導(dǎo)率高。8）高硅鑄鐵（硬材料） 性能特點：硬度高、韌性很差、不耐溫度劇變、耐腐蝕性差，加工困難。9）鉻鋼（硬材料） 性能特點：硬度高、耐腐蝕。10）鉻鎳鋼（硬材料） 性能特點：硬度低、韌性好、耐腐蝕，耐磨性差。11）堆焊硬質(zhì)合金（硬材料） 性能特點：硬度高、耐酸性好、

6、耐高溫。12）填充聚四氟乙烯 性能特點：耐腐蝕、很高的耐熱性和耐寒性、自潤滑性能好。3.1.3動靜環(huán)技術(shù)要求1）表面粗糙度：Ra0.1（m）2）垂直度：0.023）平面度：0.00094）氣密性：試驗獲取。3.2密封圈（輔助密封）3.2.1型式O型圈、V型圈、楔型圈3.2.2材質(zhì)3.2.2.1橡膠1）丁腈橡膠 性能特點：優(yōu)良的耐燃料油及芳香溶劑等性能，但不耐酮，酯和氯化 氫等介質(zhì)。2）氯丁橡膠 性能特點：優(yōu)良的耐老化、耐油和耐溶劑性能，不耐芳香族油、耐無 機酸腐蝕。斷裂溫度在200以上。3）天然橡膠 性能特點：良好的綜合力學(xué)性能，耐寒性，耐磨性。不耐礦物油，但 在植物油和醇類中較穩(wěn)定。4）氟橡

7、膠 性能特點：氟橡膠具有突出的耐熱(200250)，耐油性能。5）硅橡膠 性能特點：突出的耐高低溫，耐老化，在-70260范圍內(nèi)能保持 其特有的使用彈性，耐老化等優(yōu)點。6）三元乙丙橡膠 性能特點：優(yōu)良的耐老化性，耐熱性(可在120環(huán)境中長期使用)、 耐化學(xué)性(如醇，酸，強堿，氧化劑)、耐蒸汽性能， 但不 耐脂肪族和芳香族類溶劑侵蝕。7）聚氨脂橡膠 性能特點：優(yōu)異的耐磨性和良好的不透氣性，中等耐油，耐氧化特 性，但不耐酸堿、水、蒸汽和酮類等。使用溫度范圍為 -2080。8）氯醚橡膠 性能特點：氯醚橡膠兼有丁腈橡膠，氯丁橡膠，丙烯酸酯橡膠的優(yōu) 點，其耐油、耐熱、耐燃、耐堿、耐水及耐有機溶劑性能 都

8、很好，并有良好的工藝性能，其耐寒性較差。9）丙烯酸酯橡膠 性能特點：耐熱油(礦物油，潤滑油和燃料油)，特別是在高溫下的耐 油穩(wěn)定性能，一般可達175，間隙使用或短時間可耐溫 200。它的缺點是耐寒性差。3.2.2.2聚四氟乙烯 性能特點：化學(xué)穩(wěn)定性好、耐油耐溶劑、耐溫、耐腐蝕、摩擦系數(shù)低、 抗老化。3.2.3技術(shù)要求1）密封圈內(nèi)徑： D60mm，公差：-1.0-0.8mm D60mm，偏差：-1.5-0.8mm2）密封圈截面直徑： d=4mm，偏差：+0.15+0.25mm d=5mm，偏差：+0.20+0.30mm d=6mm，偏差：+0.24+0.26mm3）硬度要求： 高壓選較高硬度，低

9、壓選較低硬度，一般硬度選擇邵氏6553.3彈簧 機械密封中采用彈簧以保證動環(huán)與靜環(huán)的良好貼合，以及自動補償二環(huán)端而的磨損。要求彈簧材料耐介質(zhì)腐蝕，長期工作仍能保持一定的彈性。常用的有磷青銅、碳素彈簧鋼（65Mn、60Si2Mn、50CrV等）、鉻鋼（3Cr13、4Cr13等）、不銹鋼（1Cr18Ni9Ti，Cr18Ni12Mo2Ti，0Cr20Ni29Cu4 Mo2）、特殊合金（Ni66Cu31 Fe）等。 磷青銅彈簧在海水、油類介質(zhì)中使用良好，60Si2 Mn及65Mn可用于常溫?zé)o腐蝕性介質(zhì)中，50CrV高溫油泵中使用較多，3Cr13、4Cr13彈簧適用弱腐蝕介質(zhì)，1Cr18Ni9Ti等不銹

10、鋼彈簧用于稀硝酸等介質(zhì)，強腐蝕介質(zhì)中一般采用保護涂層予以防腐。3.4其他零部件 機械密封其它零件如彈簧座、固定環(huán)、動環(huán)座、靜環(huán)座、螺釘、傳動銷等，這些零件雖非關(guān)鍵部件，其設(shè)計選用也不能忽視。通常這些零件要選擇性能良好的材料，常用的有不銹鋼、鉻鋼等，如腐蝕性不強、使用參數(shù)又低可選用碳鋼。4.機械密封輔助裝置1）潤滑 目的：減小動靜環(huán)摩擦。 潤滑介質(zhì)一般選用工作介質(zhì)，如工作介質(zhì)本身潤滑性能差，則需要外引潤滑 液；此外，如果介質(zhì)泄漏要求嚴格，也需要外引潤滑液。2）沖洗 目的：防止顆?；蚪Y(jié)晶物進入動靜環(huán)摩擦端面。 內(nèi)沖洗 i正沖洗 利用工作介質(zhì)，由泵的出口端通過管路引入密封腔。 ii反沖洗 利用工作介

11、質(zhì)，由泵的出口端引入密封腔，沖洗后通過管路流回泵入口。 外沖洗 引入外系統(tǒng)與被密封介質(zhì)相容的清潔流體至密封腔進行沖洗。外沖洗液壓 力應(yīng)比被密封介質(zhì)大0.05-0.1MPa，適用于介質(zhì)為高溫或固體顆粒的場合。3）冷卻 目的：冷卻機封動靜環(huán)。 方法：夾套冷卻、直接冷卻4）過濾 目的：過濾沖洗液、冷卻液、密封液 設(shè)備：普通過濾器、磁性過濾器、旋液分離器5.機械密封選型5.1機封的pv值1）p介質(zhì)壓力；v機封旋轉(zhuǎn)線速度2）pv值與端面摩擦產(chǎn)生的熱量及磨損率成正比，因此pv值可視作耐熱性和耐磨性指標(biāo)。對于一組摩擦副，在某種介質(zhì)中有一許用pv值。5.2選型5.2.1主要選型參數(shù)1）p-密封腔體壓力（MPa

12、）2）t-流體溫度（）3）v-工作速度4）流體的特性以及安裝密封的有效空間（D與L）5.2.2選型參數(shù)與項目的關(guān)系 1）按p值確定（非平衡型、平衡型、單端面、雙端面、多端面）；2）按v確定（旋轉(zhuǎn)式、靜止式、流體動壓式、非接觸式）3）D與L影響D與L值的影響安裝密封有效空間確定多彈簧型單彈簧型波形彈簧內(nèi)裝外裝可能限制密封結(jié)構(gòu)型式按溫度考慮端面間液膜閃蒸確定密封的結(jié)構(gòu)摩擦副及密封圈材料潤滑冷卻方法沖洗保溫措施保冷措施溫度波動時耐熱沖擊性能隨溫升降低粘度和潤滑性輔助密封圈的耐熱極限溫升使腐蝕加強，低溫材料脆化溫度降低物料聚合或析出結(jié)晶按流體性質(zhì)考慮腐蝕降低使用壽命確定密封結(jié)構(gòu)密封材料潤滑方法隔離措施

13、安全措施磨粒存在加速密封件磨損蒸氣壓力高端面易開啟低粘度或夾雜空氣干摩擦問題易燃、易爆、有毒、可能危及環(huán)境安全、需用特殊結(jié)構(gòu)4）溫度影響5）流體性質(zhì)影響6.新型密封6.1干氣密封6.1.1螺旋槽干氣密封結(jié)構(gòu) 干氣密封結(jié)構(gòu)主要由加載彈簧、O 形圈、靜環(huán)以及動環(huán)組成。靜環(huán)和加載彈簧被安裝在靜環(huán)座中，并依靠 O 形圈進行二次密封。靜環(huán)一般用較軟的、有自潤滑作用的材料 如石墨制造，在彈簧等載荷的作用下，可沿軸向自由移動。動環(huán)依靠軸套固定在旋轉(zhuǎn)軸上并隨軸旋轉(zhuǎn)。動環(huán)由硬度高、剛性好且耐磨的材料如碳化鎢、碳化硅制造。螺旋槽干氣密封設(shè)計的特別之處是在動環(huán)表面加工出一系列螺旋狀溝槽，深度一般為 2.510m。

14、6.1.2 螺旋槽干氣密封工作原理 緩沖氣體（可以是經(jīng)過濾后的壓縮機出口氣、氮氣或惰性氣體）注入到密封裝置，動、靜環(huán)在流體靜壓力和彈簧力的作用下保持貼合，起到密封的作用。當(dāng)動環(huán)旋轉(zhuǎn)時將被密封氣體周向吸入（泵吸作用）槽內(nèi)，氣體沿槽向槽根部運動，由于受到密封堰的阻礙，氣體作減速流動并被逐漸壓縮。在此過程中，氣體的壓力升高，即產(chǎn)生了流體動壓力。當(dāng)壓力達到一定數(shù)值時，具有撓性支承的靜環(huán)將從動環(huán)表面被推開，這樣密封面之間始終保持一層 極薄的氣膜（厚度 35m），所形成的氣膜一方面能有效地使端面分開，保持非接觸，另一方面又使相對運轉(zhuǎn)的兩端面得到冷卻。同時，密封面間極小的氣膜間隙有效地控制泄漏到最低的水平。

15、 6.2端面微孔機械密封6.2.1端面微孔機械密封典型結(jié)構(gòu) 目前，常見的端面微孔機械密封的結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是整個靜環(huán)端面或動環(huán)端面均加工微孔；另一類是僅在部分端面加工微孔；它是在普通機械密封的端面上加工出微米級的小坑孔。與普通端面機械密封相比，此類機械密封結(jié)構(gòu)簡單、端面改形加工方便、成本低廉，在降低運轉(zhuǎn)摩擦力矩、啟動力矩、端面溫升、減少端面間泡疤的生成，提高承載能力、液膜剛度、延長使用壽命等方面有了明顯的改進。 6.2.2端面微孔機械密封工作原理 密封副的靜環(huán)或動環(huán)上加工出來的每一個微孔像一個微動力潤滑軸承，當(dāng)兩密封端面相對運動時，在孔和孔周圍區(qū)域則產(chǎn)生類似油楔的動壓效應(yīng)；當(dāng)液體動壓力與介質(zhì)壓力共同作用時，密封端間的摩擦為純液體摩擦，使密封副的摩擦狀態(tài)得到很大改善，從而達到優(yōu)化密封性能的作用。6.2.3發(fā)展趨勢 密封技術(shù)的研究從根本上來講是為了制造出先進的密封裝置，以滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展的要求。作為一種新型密封，與普通機械密封相比，端面微孔機械密封能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸，具有良好的潤滑性能和密封性能。然而，目前對端面微孔機械密封的研究和報道較少。端面微孔機械密封是一種新的機械密封結(jié)構(gòu)形式，該技術(shù)在國外起步不久，國內(nèi)尚不完善，需要在研究、設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用等各個方面繼續(xù)研究和發(fā)展，為完善這一技術(shù)和實際應(yīng)用提供部分理論和實驗依據(jù)。7.相關(guān)標(biāo)準