機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共39頁(yè)。第二章機(jī)械密封原理與結(jié)構(gòu)形式

一、基本概念（1）機(jī)械密封是一種用來(lái)解決旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)體之間密封的裝置。它是由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸錢(qián)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)的作用及輔助密封的配合下保持貼合下并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體泄漏的裝置，常用于泵、壓縮機(jī)、反應(yīng)攪拌釜等旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，也用于齒輪箱、船舶尾軸等密封。因此，機(jī)械密封是一種通用的軸封裝置。第二頁(yè)，共39頁(yè)。（2）機(jī)械密封結(jié)構(gòu)多種多樣，最常用的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)是端面密封。見(jiàn)圖2-1。端面密封的靜環(huán)、動(dòng)環(huán)組成一對(duì)摩擦副，摩擦副的作用是防止介質(zhì)泄漏。它要求靜環(huán)、動(dòng)環(huán)，具有良好的耐磨性，動(dòng)環(huán)可以在軸向靈活地移動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)償密封面磨損，使之與靜環(huán)良好地貼合；靜環(huán)具有浮動(dòng)性，起緩沖作用。為此，密封面要求有良好的加工質(zhì)量，保證密封副有良好的貼合性能。構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、動(dòng)環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈軸套密封圈等。第三頁(yè)，共39頁(yè)。（3）彈性元件（彈簧、波紋管）它主要起預(yù)緊、補(bǔ)償和緩沖的作用，要求始終保持足夠的彈性來(lái)克服輔助密封和傳動(dòng)件的摩擦和動(dòng)環(huán)等的慣性，保證端面密封副良好的貼合和動(dòng)環(huán)的追隨性，材料要求耐腐蝕、耐疲勞。（4）輔助密封（0形圈、V形圈、U形圈、楔形圈和異形圈等）它主要起靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的密封作用，同時(shí)也起到浮動(dòng)和緩沖作用。要求靜環(huán)的密封元件能保證靜環(huán)與壓蓋之間的密封性，靜環(huán)有一定的浮動(dòng)性，動(dòng)環(huán)的密封元件能保證動(dòng)環(huán)與軸或軸套之間的密封性和動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性。材料要求耐熱等。第四頁(yè)，共39頁(yè)。圖2-1單端面機(jī)械密封10軸套密封圈7軸套6定位環(huán)5彈簧4推環(huán)3壓蓋1靜環(huán)9靜環(huán)密封圈2動(dòng)環(huán)8動(dòng)環(huán)密封圈構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有;1靜環(huán)、2動(dòng)環(huán)、3壓蓋、4推環(huán)5彈簧6定位環(huán)、7軸套、8動(dòng)環(huán)密封圈、9靜環(huán)密封圈圈等組成。第五頁(yè)，共39頁(yè)。二、機(jī)械密封的泄漏通道點(diǎn)如下：1－靜環(huán)密封圈4－壓蓋密封圈3－動(dòng)環(huán)密封圈5－軸套密封圈2－摩擦副第六頁(yè)，共39頁(yè)。三、機(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)，（1）結(jié)構(gòu)可靠，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證達(dá)到要求，只要材料耐磨性好，機(jī)械密封可以達(dá)到很少泄漏量，甚至肉眼看不見(jiàn)泄漏。（2）壽命長(zhǎng)。在機(jī)械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面，因?yàn)槊芊舛嗣娴哪p量在正常工作條件下不大，一般可以連續(xù)使用1～2年，特殊場(chǎng)合下也有用到5～10年。（3）運(yùn)轉(zhuǎn)中無(wú)需調(diào)整。由于機(jī)械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)保持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調(diào)整壓緊。第七頁(yè)，共39頁(yè)。（4）具有耐耐振性。在轉(zhuǎn)速為3000r/min下最大振幅不超過(guò)0.05mm使用PV值不斷提高（5）功率損失小。填料密封是靠盤(pán)根的壓緊在軸上或軸套上起作用的。填料密封與軸直接摩擦，填料壓的越緊摩擦力就越大、消耗功率也就越大。而機(jī)械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)非常的小，機(jī)械密封的功率損失是填料密封的10～50％（6）波紋管密封軸或軸套不受磨損，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對(duì)殼體的偏斜不敏感。（7）適用范圍廣。當(dāng)介質(zhì)易燃、易爆、有毒有害時(shí)，采用機(jī)械密封可保證密封。它還適用于高溫、低溫、高壓、真空各種轉(zhuǎn)速的及腐蝕介質(zhì)的設(shè)備密封。第八頁(yè)，共39頁(yè)。2、缺點(diǎn)（1）如結(jié)構(gòu)比填料密封復(fù)雜，加工精度要求高，并要求一定的安裝技術(shù)等，特別是干氣密封的安裝要求更高。而且密封技術(shù)發(fā)展的很快，新技術(shù)不斷出現(xiàn)給我們維修帶來(lái)了新的課題。（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拆裝不便。與其它密封比較，機(jī)械端面密封的零件數(shù)目多，要求精密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。特別是在裝配方面較困難，拆裝時(shí)要從軸端抽出密封環(huán)，必須把機(jī)器部分（聯(lián)軸器）或全部拆卸。這一問(wèn)題目前已作了某些改進(jìn)，例如采用拆裝方便并可保證裝配質(zhì)量的剖分式和集裝式機(jī)械密封等。第九頁(yè)，共39頁(yè)。四、機(jī)械密封的典型結(jié)構(gòu)形式機(jī)械密封的基本型式多種多樣，分類(lèi)的方法很多我們這里只介紹石油化工企業(yè)的一些常用的接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。接觸式機(jī)械密封泄漏量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用范圍廣。分類(lèi)方法各有差異，常用的有內(nèi)裝式機(jī)械密封、外裝式機(jī)械密封等。1、內(nèi)裝式機(jī)械密封，

⑴內(nèi)裝內(nèi)流多彈簧靜止式接觸機(jī)械密封特征：只有一對(duì)摩擦副和多只小彈簧。載荷系數(shù)K小于1能平衡介質(zhì)壓力對(duì)端面的作用。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及拆裝容易。詳見(jiàn)圖2-3第十頁(yè)，共39頁(yè)。1、內(nèi)裝內(nèi)流靜止型機(jī)械密封彈簧靜止接觸機(jī)械密封波紋管靜止接觸機(jī)械密封第十一頁(yè)，共39頁(yè)。2、內(nèi)裝內(nèi)流旋轉(zhuǎn)型機(jī)械密封彈簧有旋向要求：彈簧的旋向與電機(jī)的旋向一致。彈簧密封波紋管密封不受轉(zhuǎn)向要求彈簧密封第十二頁(yè)，共39頁(yè)。

3、內(nèi)裝單端面單彈簧平衡型密封。

有彈簧盒密封彈簧不受旋轉(zhuǎn)方的向要求軸套加工成帶臺(tái)階，能平衡一部分介質(zhì)壓力軸套加工成帶臺(tái)階，能平衡一部分介質(zhì)壓力實(shí)體分解圖第十三頁(yè)，共39頁(yè)。4、雙端面多彈簧機(jī)械密封

靜環(huán)靜環(huán)動(dòng)環(huán)動(dòng)環(huán)靜環(huán)密封圈第十四頁(yè)，共39頁(yè)。5、彈簧盒上加工方形曹二級(jí)動(dòng)環(huán)一級(jí)動(dòng)環(huán)一級(jí)壓蓋二級(jí)壓蓋一級(jí)靜環(huán)一級(jí)彈簧盒，內(nèi)裝多個(gè)小彈簧二級(jí)彈簧盒封液入口第十五頁(yè)，共39頁(yè)。

6、內(nèi)裝雙端面波紋管密封

波紋管1波紋管2靜環(huán)2壓蓋2壓蓋1靜環(huán)1鎖緊螺絲兩套密封面對(duì)面或背對(duì)背安裝在一起。第十六頁(yè)，共39頁(yè)。內(nèi)裝雙端面彈簧密封軸上應(yīng)有刻線(xiàn)或凹槽，以便彈簧座定位，兩套背對(duì)背安裝在一起的非平衡密封。軸上應(yīng)有刻線(xiàn)或凹槽，以便彈簧座定位，兩套背對(duì)背安裝在一起的平衡密封第十七頁(yè)，共39頁(yè)。用于工作介質(zhì)有毒、易燃、易爆、易揮發(fā)、易結(jié)晶、高溫、低溫，或氣體、高真空度等場(chǎng)合。兩套密封之間形成一個(gè)密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、潤(rùn)滑、冷卻，選潔凈、潤(rùn)滑性好的封液介質(zhì)。第十八頁(yè)，共39頁(yè)。

7、內(nèi)裝式靜止式波紋管機(jī)械密封壓蓋波紋管不旋轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)軸套橡膠水封波紋管靜止安裝去掉了補(bǔ)償環(huán)密封圈及其摩擦阻力，補(bǔ)償環(huán)密封圈改至彈簧座處，補(bǔ)償環(huán)追隨性提高，而且避免了補(bǔ)償環(huán)密封圈因軸串、振動(dòng)所產(chǎn)生的磨損。第十九頁(yè)，共39頁(yè)。

8、內(nèi)裝旋轉(zhuǎn)式波紋管密封

波紋管旋轉(zhuǎn)型靜環(huán)軸套壓蓋波紋管旋轉(zhuǎn)安裝第二十頁(yè)，共39頁(yè)。

9、高壓高速密封鎖緊環(huán)壓縮量定位片彈簧不旋轉(zhuǎn)壓蓋動(dòng)環(huán)鎖緊環(huán)付壓蓋彈簧座動(dòng)環(huán)動(dòng)環(huán)密封圈多點(diǎn)沖洗靜環(huán)軸套主壓蓋彈簧第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。

10、集成式集裝機(jī)械密封

軸套密封圈密封鎖緊環(huán)密封壓蓋動(dòng)環(huán)靜環(huán)集成式集裝密封。渣漿型密封。適用于密封例如污水，渣漿等含有固體顆?；蚶w維狀雜質(zhì)的介質(zhì)。安裝方便，適用范圍廣，軸向尺寸小等特點(diǎn)。第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。

11、波紋管環(huán)座上開(kāi)弧型曹代替葉輪循環(huán)冷卻的熱水泵密封介質(zhì)循環(huán)入口介質(zhì)循環(huán)出口波紋管座上開(kāi)槽靜環(huán)靜環(huán)密封圈軸套在彈簧盒開(kāi)孔代替葉輪的作用，使本身的介質(zhì)自循環(huán)，在經(jīng)過(guò)冷卻灌冷卻介質(zhì)達(dá)到改善密封的工作環(huán)境的目的。適用于高溫油泵，適用溫度在200℃～300℃左右第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。

12、彈簧盒開(kāi)孔代替葉輪的作用

在彈簧盒開(kāi)孔代替葉輪的作用，使本身的介質(zhì)自循環(huán)，在經(jīng)過(guò)冷卻灌冷卻介質(zhì)達(dá)到改善密封的工作環(huán)境的目的。適用于高溫油泵，適用溫度在200℃～300℃左右在二級(jí)密封彈簧盒開(kāi)孔調(diào)整壓縮量的定位片一級(jí)密封介質(zhì)循環(huán)入口介質(zhì)循環(huán)出口第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。

兩套密封沿同一方向布置，密封腔壓力逐級(jí)降低，用于有毒介質(zhì)、易揮發(fā)介質(zhì)、高壓場(chǎng)合等

第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。

13、軸套尾部安裝節(jié)流環(huán)軸套安裝節(jié)流環(huán)多點(diǎn)沖洗波紋管沖洗入口

在軸套尾部安裝節(jié)流環(huán)，減少密封腔的壓力同時(shí)采用多點(diǎn)沖洗，密封受熱均勻，波紋管靜止安裝廣泛用于高溫泵。第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。

14、磁力機(jī)械密封

磁鐵軸承壓蓋靜環(huán)靜環(huán)密封圈動(dòng)環(huán)動(dòng)環(huán)密封圈特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)緊湊：軸向、徑向尺寸均短小緊湊。②磁力補(bǔ)償：使用磁力作為密封端面貼合力，新穎可靠③轉(zhuǎn)動(dòng)部件一體化：方便安裝和使用。④優(yōu)選材料：端面材料優(yōu)選，密封效果好，使用壽命長(zhǎng)。第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。15、外裝式機(jī)械密封輔助彈簧壓蓋靜環(huán)介質(zhì)端鎖緊環(huán)4－F方型波紋管外裝式多彈簧4-F波紋管密封的特征是動(dòng)環(huán)安裝在填料函外面，檢查與調(diào)節(jié)方便。彈簧可不受介質(zhì)的腐蝕。泄漏量較大，外裝外流多彈簧旋轉(zhuǎn)接觸式機(jī)械密封，密封型號(hào)有151、152、153型。圖2-20是152型機(jī)械密封是耐酸泵最常見(jiàn)的一種密封第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。

16非補(bǔ)償環(huán)的幾種安裝方式浮裝式托裝式夾固式

非補(bǔ)償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補(bǔ)償）：主要有三種安裝方式：補(bǔ)償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)只補(bǔ)償）：其輔助密封圈情況和補(bǔ)償動(dòng)環(huán)基本一致。第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。五、平衡型密封與非平衡型密封的區(qū)別平衡型密封軸套加工成臺(tái)階非平衡型密封軸套沒(méi)有臺(tái)階平衡型——?jiǎng)印㈧o環(huán)密封面的壓力不受（或很少受）介質(zhì)壓力的影響。非平衡型——端面壓力受介質(zhì)壓力的影響。過(guò)大會(huì)壓壞端面間隙的潤(rùn)滑膜。第三十頁(yè)，共39頁(yè)。

1、內(nèi)裝式平衡型密封受力圖

介質(zhì)壓力作用面積端面面積平衡線(xiàn)平衡線(xiàn)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。

2、內(nèi)裝式平衡型密封受力圖

K=（d22－d02）/（d22－d12）

當(dāng)K≥1時(shí)，機(jī)械密封為非平衡型；當(dāng)K＜1時(shí)，機(jī)械密封為平衡型；平衡系數(shù)β=100（1-K）%

d0為介質(zhì)分界圓直徑（軸徑）介質(zhì)壓力對(duì)補(bǔ)償環(huán)的有效作用A面積與端面面積S之比。K=A/S

載荷系數(shù)K第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。?為平衡系數(shù)，它表示介子產(chǎn)生的比壓在摩擦副上的卸栽程度，

因此?＝1－K內(nèi)1-0.85=0.15即平衡系數(shù)為15％

一般石油化工的離心泵的K載荷系數(shù)為K=0.63～0.85

當(dāng)密封腔壓力超過(guò)0.7MPa時(shí)應(yīng)考率采用部分平衡型第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。對(duì)于一般介質(zhì)，當(dāng)P介＝0.6～0.7Mpa以上采用平衡型密封，對(duì)粘度較大，潤(rùn)滑性能好的介質(zhì)，非平衡型機(jī)械密封使用壓力可以超過(guò)該值；對(duì)于粘度較小，潤(rùn)滑性能差的介質(zhì)，當(dāng)P介＝0.29～0.49Mpa時(shí)就得采用平衡型機(jī)械密封。平衡系數(shù)B愈大，由介質(zhì)引起的端面比壓就愈小，雖然磨損小，但不易保證密封。反之，衡系數(shù)?愈小，則端面比壓就愈大，使端面磨損加劇，發(fā)熱甚至有咬壞的危險(xiǎn)，最后使密封失效。因此要選取適當(dāng)?shù)?值，其值的大小與很多因素有關(guān)，情況比較復(fù)雜，通常情況下，?值不易超過(guò)0.5否則，端面間的反壓力將使得端面有被推開(kāi)的趨勢(shì)。第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。平衡系數(shù)?值的選擇與密封介質(zhì)粘度、溫度、轉(zhuǎn)速、等有關(guān)。?值的常用范圍為15％～40％即載荷系數(shù)K＝0.85～0.60在其他條件不變化的情況下，粘度越大的適用的?值愈小，粘度越小使用的?就越大。試驗(yàn)證明水、汽油、煤油等介質(zhì)的?值約為20％～30％（對(duì)于水?＝48時(shí)，已接近端面打開(kāi)的極限對(duì)于粘度大的油?值約為30％～40％機(jī)械密封的?值分為20％~30％介質(zhì)壓力越大，適用的?值也越大；介質(zhì)壓力越小適用的?越小，?值是一個(gè)非常重要的數(shù)據(jù)，有時(shí)密封的選型不對(duì)則造成密封泄漏。第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。３．端面比壓——作用于密封端面單位面積的力稱(chēng)為密封比壓。要求：１）端面比壓必須是正值，保證密封端面緊密貼合；２）大于物料在密封端面上的蒸汽壓；３）保證液膜存在，端面比壓不宜過(guò)大，以免液膜蒸發(fā)使磨損加劇。也不能過(guò)小，以免密封性能變差。泵用內(nèi)置式，一般取0.3-0.5MPa；外置式，0.15-0.4MPa；粘度大者，適當(dāng)增加，一般0.5-0.7MPa；潤(rùn)滑性差，易揮發(fā)物料，比壓較小，一般0.25-0.45MPa；反應(yīng)釜外置式，比壓比泵用稍大。

第三十六頁(yè)，共39頁(yè)。彈簧比壓：彈簧作用于密封端面單位面積的力。作用：當(dāng)介質(zhì)