密封基礎(chǔ)資料

目錄

一、機械密封原理.......................................................1

（-）定義（圖1-1）.................................................................................1

（二）組成............................................................................................1

（三）密封機理......................................................................................2

（四）輔助設(shè)施......................................................................................2

（五）機械密封的種類................................................................................2

（六）旋轉(zhuǎn)式和靜止式機械密封（圖1-2）..............................................................2

（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3）..............................................................3

（A）內(nèi)流式和外流式機械密封（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致）..........................................3

（九）多彈簧和單彈簧機械密封........................................................................3

（十）平衡型和非平衡型機械密封.....................................................................4

（十一）補償機構(gòu)形式................................................................................4

（十二）雙端面機械密封（圖1-4）....................................................................4

（十三）串聯(lián)式機械密封（圖1-5）....................................................................5

（十四）波紋管機械密封..............................................................................5

（十五）集裝式機械密封（圖1-6）....................................................................5

二、機械密封的基本零件.................................................5

（-）對摩擦副密封環(huán)的要求..........................................................................5

（-）摩擦副匹配要考慮的因素........................................................................6

（三）密封端面寬度.................................................................................6

（四）密封環(huán)的主要技術(shù)要求..........................................................................6

（五）摩擦副端面平面度檢測..........................................................................6

滿足相干條件的兩束光的疊加效果是：在波程差為波長整數(shù)倍的地方，光強度加強；在波程差為半個波長的奇數(shù)

倍的地方，光強度減至零（變暗）。這就是光的干涉原理。...............................................7

（六）密封端面的粗糙度要求............................................................................8

（七）動環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)）................................................................................8

（八）靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)）...................................................................................8

（九）密封環(huán)的種類..................................................................................8

（十）整體式密封環(huán)..................................................................................8

（H-一）組合式......................................................................................9

（十二）熱裝式密封環(huán)................................................................................9

（十三）熱裝式密封環(huán)的過盈值選擇...................................................................9

（十四）輔助密封圈.................................................................................10

（十五）傳動機構(gòu)的作用.............................................................................10

（十六）靜環(huán)防轉(zhuǎn)方式..................................................................................10

（十七）機械密封的彈性元件............................................................................10

（十八）波紋管種類....................................................................................11

（十九）焊接金屬波紋管密封...........................................................................11

三、機械密封用材料....................................................11

（-）摩擦副材料要求...............................................................................11

（-）制造摩擦副的常用材料.........................................................................12

（三）碳石墨........................................................................................12

（四）硬質(zhì)合金wc.................................................................................12

（五）SiC陶瓷......................................................................................13

（六）A12O3陶瓷及其他陶瓷介紹....................................................................14

（七）表面堆焊硬質(zhì)合金.............................................................................14

（A）作摩擦副的金屬材料...........................................................................15

（九）填充聚四氟乙烯...............................................................................15

（十）輔助密封圈材料要求...........................................................................16

（-1"■一）合成橡膠...................................................................................16

（十二）柔性石墨（也稱膨脹石墨）...................................................................16

（十三）彈性元件材料...............................................................................16

（十四）機械密封中基體材料.........................................................................17

四、機械密封輔助系統(tǒng)...................................................17

（-）為什么機械密封要采用輔助系統(tǒng)................................................................17

（二）什么是輔助系統(tǒng)...............................................................................18

（三）自沖洗的形式.................................................................................21

（四）循環(huán)沖洗.....................................................................................22

（五）注入式?jīng)_洗...................................................................................24

（六）沖洗液進(jìn)入密封腔的方式.......................................................................28

（七）沖洗量的確定.................................................................................29

（A）沖洗量的控制.................................................................................30

（九）沖洗壓力的確定...............................................................................31

（十）密封腔中壓力的確定...........................................................................31

（十一）對沖洗流體的要求...........................................................................31

（十二）熱油泵的沖洗液選擇.........................................................................32

（十三）烷基化裝置中濃硫酸泵的沖洗液的選擇........................................................32

（十四）輔助設(shè)施在何種工況下必須選用：............................................................33

五、機械密封性能的影響因素.............................................33

（一）密封性的影響因素................................................................................33

（二）機械密封端面的摩擦狀態(tài).......................................................................33

（三）載荷系數(shù)對密封性能的影響....................................................................34

（四）彈簧比壓對密封性能的影響....................................................................34

（五）端面粗糙度對密封性能的影響..................................................................35

（六）端面間縫隙形狀對密封性能的影響..............................................................35

（七）產(chǎn)生端面不平行的原因.........................................................................36

（A）密封端面的機械變形...........................................................................36

（九）密封端面的熱變形.............................................................................36

（十）影響機械密封性能的其他因素..................................................................37

六、石化行業(yè)典型泵的密封...............................................38

（-）石化行業(yè)高溫泵（熱油泵）密封分析...............................................................38

（二）輕燒泵密封分析...............................................................................39

（三）低溫泵密封分析...............................................................................40

（四）高速機械密封.................................................................................41

七、機械密封的安裝和使用...............................................41

（-）安裝機封的泵的技術(shù)要求......................................................................41

（二）安裝密封前要了解泵及介質(zhì)情況...................................................................42

（三）機械密封的安裝...............................................................................42

（四）泵的抽空和汽蝕...............................................................................43

八、機械密封失效機理分析...............................................43

九、機械密封故障分析...................................................57

（-）摩擦痕跡大于端面寬度.........................................................................57

（二）摩擦痕跡小于端面寬度.........................................................................57

（三）硬環(huán)上無摩擦痕跡.............................................................................58

（四）石墨端面出現(xiàn)均勻的環(huán)狀溝紋..................................................................58

（五）石墨端面中間產(chǎn)生環(huán)狀深溝....................................................................58

（六）石墨內(nèi)緣磨損.................................................................................58

（七）石墨環(huán)臺階過早全磨掉.........................................................................59

（A）石墨環(huán)外緣出現(xiàn)缺口...........................................................................59

（九）石墨環(huán)斷裂...................................................................................59

（十）石墨環(huán)出現(xiàn)蝕坑（大小不等1~5mm,形狀不規(guī)則）....................................................59

（H—）硬質(zhì)合金表面灼傷和裂紋....................................................................60

（十二）其他故障簡介...............................................................................60

（十三）泵抽空密封失效現(xiàn)象.........................................................................61

（十四）密封腔中汽蝕，密封失效現(xiàn)象................................................................61

（十五）密封端面汽化的失效現(xiàn)象....................................................................61

（十六）泵振動過大的失效現(xiàn)象.......................................................................61

（十七）沒有沖洗的故障現(xiàn)象.........................................................................62

（十八）動環(huán)選材注意事項...........................................................................62

序言

機械密封最早于1885年在英國發(fā)明并獲得專利，首先獲得應(yīng)用是在20世紀(jì)20年代的冷凍機裝置上，同時出

現(xiàn)了研究和生產(chǎn)機械密封的專業(yè)公司（英國的Crane公司、德國的Pacific公司等）。1930年以后，機械密封用于

內(nèi)燃機水泵的軸封，此時，PV值達(dá)到了3.1MPa?m/s。19397945年由于石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，石墨、陶瓷、硬

質(zhì)合金等材料在機械密封動、靜環(huán)制造中獲得應(yīng)用，同時粗糙度的控制水平有了提高，PV值達(dá)到了15MPa?m/s。

1956年出現(xiàn)了平衡型密封和中間環(huán)密封，PV值達(dá)到了30MPa-m/so1959年P(guān)V值達(dá)到了80MPa?m/s。1961-1963

年由于原子能工業(yè)的要求，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了流體動壓密封和流體靜壓密封，PV值達(dá)到167Mpa?m/s,1969年達(dá)

到266MPa?m/s。1971~1974年由于宇航和核電方面的要求，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了多級密封，在材料上出現(xiàn)了碳化硅

和不同浸漬石墨，PV值達(dá)到360MPa?m/s。1977年由于核電等特殊需要采用螺旋一機械組合密封，改進(jìn)的中間

浮動環(huán)密封，機械浮環(huán)組合密封，PV值達(dá)到500MPa?m/s。1980T990年，出現(xiàn)了無泄漏密封、熱流體動力楔密

封和上游泵送密封。1990年以后，機械密封的PV值達(dá)到了5700MPa?m/s。

我國在1966年以后才相繼出現(xiàn)研究和生產(chǎn)機械密封的專業(yè)機構(gòu)（天津克蘭），目前已有四十年歷史，在普通

機械密封領(lǐng)域技術(shù)及產(chǎn)品日趨成熟，大部分地方己能替代進(jìn)口產(chǎn)品，性能接近國外產(chǎn)品。目前國內(nèi)具有規(guī)模的研

究、生產(chǎn)廠家已有十余個，并在高參數(shù)密封及新技術(shù)方面取得一定突破。1975年機械工業(yè)部頒布《泵用機械密封

標(biāo)準(zhǔn)》，1978年化工部頒布《釜用機械密封標(biāo)準(zhǔn)》，1993年國家頒布了GB/T14211-1993《機械密封試驗方法》，

1999年國家機械工業(yè)局修訂了《機械密封技術(shù)條件》和《機械密封分類方法》，為機械密封產(chǎn)品接近國外產(chǎn)品提

供了保證。

機械密封廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、醫(yī)療、電力、紡織、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。

機械密封具有性能好、使用壽命長、運轉(zhuǎn)可靠等特點，是現(xiàn)代企業(yè)流體輸送機械應(yīng)用最廣、最有前途的密封

形式，對于減少環(huán)境污染、節(jié)約能源具有重大意義。

一、機械密封原理

（-）定義（圖1-1）

圖1-1機械密封基本結(jié)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)式）

1一補償環(huán)2—補償環(huán)輔助密封圈3-彈簧4—舞K座

5—緊固螺釘6—非補償環(huán)7—非補償環(huán)修購翻幄蚓

8―防轉(zhuǎn)銷

機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流體機械的軸封裝置。（用于離心泵、離心機、反應(yīng)釜、壓縮機等設(shè)備，軸和設(shè)備腔

體間存在一個圓周間隙，設(shè)備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設(shè)一道阻漏裝置。因機械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點,

成為了主要的軸密封方式，又叫端面密封。）

在國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的定義：由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面組成,在流體壓力及補償機構(gòu)彈力（或磁力）共同

作用下，以及輔助密封圈的配合下，該對端面保持貼合并相對滑動，而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。

（二）組成

1、密封端面：動環(huán)、靜環(huán)摩擦副

2、緩沖補償機構(gòu)：由彈性元件（圓柱彈簧、圓錐彈簧、波片彈簧、波紋管等）構(gòu)成。（使貼合）

3、輔助密封圈：包括動環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈等，有各種形式：如0型圈、V型圈、楔形圈等

（三）密封機理

1、4個密封點（亦稱4個泄漏點，如圖1-1）

泄漏點1--------摩擦端面泄漏點，依靠彈力和介質(zhì)壓力保持貼和；（動密封點，兩個摩擦福之間有相對轉(zhuǎn)動）

泄漏點2--------補償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封；（靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動）

泄漏點3--------非補償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封；（靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜

止）

泄漏點4--------壓蓋與腔體間的密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封；（靜密封點，密封圈與相配合件之間

相對靜止）

2、傳動關(guān)系

軸或軸套—緊固螺釘5一彈簧座4—彈簧3—補償環(huán)1

壓蓋——防轉(zhuǎn)銷8一非補償環(huán)6

3、原理

通過一系列零件將徑向密封轉(zhuǎn)化為軸向密封，在彈簧和介質(zhì)壓力共同作用下，對由于設(shè)備運行所造成的軸向

磨損可以及時補償，使軸向密封面始終保持貼合。由于機械密封（軸向密封）在運行中可以對軸向磨損進(jìn)行補償,

而填料密封（徑向密封）不能對徑向磨損進(jìn)行補償，故機械密封比填料密封壽命長。

（四）輔助設(shè)施

通過沖洗、冷卻、過濾、分離等方式進(jìn)行冷卻和潤滑，從而改善密封的工作環(huán)境，減少密封的泄漏量，延長

使用壽命。應(yīng)當(dāng)把它看作機械密封的組成部分。

（五）機械密封的種類

1、按使用條件分類

（1）高速密封（ZBJ22-001-88：線速度25?100m/s）和普通密封

（2）高壓和低壓密封

（3）高溫、常溫和低溫密封

（4）泵用釜用和壓縮機用密封

（5）耐腐蝕、抗顆粒機械密封

2、通常按結(jié)構(gòu)分類

多彈簧、單彈簧密封

旋轉(zhuǎn)式、靜止式密封

外裝式、內(nèi)裝式密封

外流式、內(nèi)流式密封

（六）旋轉(zhuǎn)式和靜止式機械密封（圖1-2）

（1）旋轉(zhuǎn)式：補償機構(gòu)（彈性元件）隨軸旋轉(zhuǎn)。（由于安裝方便，普通密封大多采用，但易產(chǎn)生不平衡，而

且消耗攪拌功率，所以不能用于告速）

（2）靜止式：補償機構(gòu)（彈性元件）不隨軸旋轉(zhuǎn)。（用于高速）

2

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圖1-7就轉(zhuǎn)式與靜止式機橄西封

Q施依.瓣劫禽機械由豺b）旋轉(zhuǎn)、非清更大帆驚6時

雷動/機械?封d）》止.非相■由武機蛀旃始

（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3）

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圖】T內(nèi)混式與分裝武仇械變時

。，內(nèi)蔡、簧#貪6內(nèi)筋.靜止立

c）外奘、解他式d）外展.的止犬

（1）內(nèi)裝式：靜環(huán)裝在壓蓋內(nèi)側(cè)，靜環(huán)端面面向工作腔。（用于溫度、壓力較高，腐蝕性不強的場合）

(2)外裝式：靜環(huán)裝在壓蓋外側(cè),靜環(huán)端面背向工作腔。（用于低壓、腐蝕性強的場合

（八）內(nèi)流式和外流式機械密封（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致）

（1）內(nèi)流式：泄漏方向朝向軸心。（一般密封都采用這種結(jié)構(gòu)）

（2）外流式：泄漏方向朝向離心力方向。（泄漏量大，只有在壓力、溫度都不高的腐蝕性介質(zhì)中用）

（九）多彈簧和單彈簧機械密封

（1）多彈簧：（有叫小彈簧，軸向尺寸小，軸向彈力均勻）宜用于高速，不宜用于腐蝕性介質(zhì)。

3

（2）單彈簧：（有叫大彈簧，軸向尺寸大，軸向彈力不均勻）不宜用于高轉(zhuǎn)速的場合。

（十）平衡型和非平衡型機械密封

（1）平衡型：載荷系數(shù)K<1.0（用于高壓場合）

（2）非平衡型：裁荷系數(shù)K21.0（用于普通壓力場合）

（十一）補償機構(gòu)形式

（1）磁力：系統(tǒng)壓力較低時用

（2）波片彈簧、錐形彈簧、螺旋圓柱大彈簧、小彈簧

（3）橡膠波紋管、聚四氟乙烯波紋管、金屬波紋管

（十二）雙端面機械密封（圖1-4）

兩套密封面對面或背對背安裝在一起。

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、高真空度等場合。

兩套密封之間形成一個密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、潤滑、冷卻，選潔凈、潤滑性好的封液介質(zhì).

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國工廠說聯(lián)航唐拼

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4

（十三）串聯(lián)式機械密封（圖1-5）

兩套密封沿同一方向布置，密封腔壓力逐級降低用于高壓場合。

（十四）波紋管機械密封

去掉了補償環(huán)密封圈及其摩擦阻力，補償環(huán)密封圈改至彈簧座處，補償環(huán)追隨性提高，而且避免了補償環(huán)密

封圈因軸串、振動所產(chǎn)生的磨損。

金屬波紋管用于高溫介質(zhì)，聚四氟乙烯波紋管用于腐蝕性介質(zhì)。

（十五）集裝式機械密封（圖1-6）

'塞蒙式密搏了二

將機械密封、軸套、壓蓋組合成一個整體。安裝時只需固定壓蓋、軸套，取下定位擋塊即可。安裝方便，排

除了安裝不良的影響。（一般擋塊厚度為彈簧壓縮量，從外部易于觀測）

二、機械密封的基本零件

（-）對摩擦副密封環(huán)的要求

摩擦副密封環(huán)是機械密封的主要元件，它在很大程度上決定了機械密封的性能和壽命。因此，對它有一些基

本要求。

（1）足夠的強度和剛度

保證在工作條件（如壓力，溫度，滑動速度等）下不損壞，變形小，工作條件波動時影響小。

（2）端面有足夠的硬度、耐腐蝕性能

確保使用壽命。

（3）耐熱沖擊力

高的導(dǎo)熱系數(shù)，低的線膨脹系數(shù)。

（4）較小的摩擦系數(shù)，良好的自潤滑性，材料與介質(zhì)有很好的浸潤性

短時間干摩擦，不損傷端面。

（5）易加工，材料成本低

5

（-）摩擦副匹配要考慮的因素

（1）一般選擇一軟一硬的材料配對，軟環(huán)作窄環(huán)，如YG6/M106K,只有介質(zhì)含固體顆粒、易結(jié)晶、粘度高

時才選用硬對硬。

（2）盡量采用內(nèi)裝、內(nèi)流式結(jié)構(gòu)，防止機械雜質(zhì)進(jìn)入密封端面，減少泄漏量。

（3）選導(dǎo)熱性良好材料作動環(huán)。

以散熱，降低端面溫度。

（4）環(huán)的壁厚不可太薄，以保證整體強度、剛度，也利散熱（導(dǎo)熱欠佳的材料，可薄一些）。

（5）動環(huán)和軸（軸套）間隙AU（0?4~0?6）以利補償

靜環(huán)和軸（軸套）間隙卜3mm以免摩擦

（三）密封端面寬度

（1）主要決定窄環(huán)（軟環(huán)）寬度，寬環(huán)外徑一窄環(huán)外徑20.5,寬環(huán)內(nèi)徑W窄環(huán)內(nèi)徑一0.5；

（2）泄漏量與摩擦副端面寬度關(guān)系不大；

（3）窄的端面摩擦熱少，溫度梯度小，熱變形小，磨損均勻；

（4）從受力角度出發(fā)，窄的端面整體強度和剛度差，易損壞或變形。因此應(yīng)綜合考慮。對于普通密封，端面

寬度推薦值如下：

軸徑W16W35W55W70<100<120

寬系列2.53.04.05.06.07.0

中系列2.02.53.04.05.05.0

窄系列1.52.02.02.53.03.0

寬系列用于組對性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、工況條件好的場合

窄系列用于組對性能欠佳（如YG6/YG6、YG6/青銅）、飽和蒸氣壓高、易揮發(fā)、顆粒介質(zhì)，高速機械密封,

（對于輕嫌介質(zhì)，在強度夠的情況下，取窄系列）。

（四）密封環(huán)的主要技術(shù)要求

（1）平面度0.0009,硬質(zhì)RaWO.2,軟質(zhì)RaWO.4,表面不應(yīng)有裂紋、戈U傷、氣孔、疏松等缺

陷。

（2）密封環(huán)端面與安裝輔助密封圈處的平行度、垂直度按GB1184—80的7級精度要求。

（3）安裝輔助密封圈處粗糙度：RaW3.2,徑向尺寸公差H8或h8。

上述要求是對普通機械密封而言，對轉(zhuǎn)速較低的釜用機械密封可適當(dāng)放寬標(biāo)準(zhǔn)，對高速機封要求更高。

（五）摩擦副端面平面度檢測

平面度0.0009,普通量具無法檢測，通常利用光波的干涉效應(yīng)來檢測。

（1）光波的干涉效應(yīng)

根據(jù)波動學(xué)原理，兩波產(chǎn)生干涉的條件是：（a）兩波在相遇點振向一致；（b）兩波具有相同的頻率；（c）兩

波在相遇點有固定的周相差。（兩個同樣的鈉光燈不行，只有用同一光源發(fā)出的光設(shè)法分成兩束，才滿足相干條

件）

6

滿足相干條件的兩束光的疊加效果是：在波程差為波長整數(shù)倍的地方，光強度加強；在波程差為半個波長的

奇數(shù)倍的地方，光強度減至零（變暗）。這就是光的干涉原理。

（2）平面度檢測原理

設(shè)入射角i=0,e為氣膜厚度（即是被檢測面上點到平晶的距離），人為光波波長，6為光的波程差，那么

8=2e+X/2

當(dāng)6=k入時，被檢測面上點變暗；

S=（2k+1）X/2,被檢測面上點變亮；（其中k=0,l,2,3,4,…，k為整數(shù)）

由以上公式可以得出下面結(jié)論：'

（i）相鄰兩條光帶所對應(yīng)兩點的氣膜厚度差（高度差）為入/2,（對于鈉光燈入=0.589Wn,X/2^0.3Pm）

（ii）相鄰兩條光帶寬b=X/2Sin0,（0為空氣膜傾斜角）

（iii）當(dāng)e=0時，6=X/2（半波損失），出現(xiàn)暗條紋；

（1）合格光帶舉例

圖77平囪度檢洸儀向透視

I一枚或杯2―平晶A加光燈

4一用玻度5—反胡俁?稔也劌

平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系數(shù)為1.516的光學(xué)玻璃制造。表面平面度0.1四（2級），0.03pm（1

7

級）。

光源:鈉光燈（入=0.589Pm）

（六）密封端面的粗糙度要求

密封端面承載能力與表面粗糙度有很大關(guān)系，大約有如下關(guān)系:

精車磨加工研磨拋光

粗糙度3.20.80.40.2

承載面積（％）4124095

端面比壓增加（倍）247.31.50.05

由此可以看出，密封端面粗糙度應(yīng)在0.2以上，否則，端面比壓匕匕理論值高的多，結(jié)果是高點接觸，局部壓力

很高；由于摩擦副的硬度、剛度的差異，局部高點發(fā)熱甚至產(chǎn)生裂紋。石墨環(huán)表面磨出細(xì)微的環(huán)狀溝紋。泵的振

動和動、靜環(huán)的不同心會加劇這種磨損。被磨掉的顆粒存在于端面中，形成磨粒磨損，磨損加劇，有時在泄漏的

介質(zhì)中可以看到石墨黑漿。

（七）動環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)）

非補償動環(huán)（只旋轉(zhuǎn)，不能補償，其后無彈性元件。）

補償動環(huán)（既旋轉(zhuǎn)，又作軸向補償，其后有彈性元件。）

（i）輔助密封圈受軸向力，軸向、徑向都起密封作用，這種密封方式較為可靠。

（ii）輔助密封圈只受徑向力，易產(chǎn)生老化、冷流變形，從而導(dǎo)致密封失效。

（皿）波紋管：無作軸向補償?shù)妮o助密封圈，因此，浮動性好，密封圈不易失效。

（八）靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)）

gt-22非補信環(huán)的理式

喬賽Kb）托共式OSESA

非補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補償）：主要有三種安裝方式：浮裝式、托裝式、夾固式。

補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)只補償）：其輔助密封圈情況和補償動環(huán)基本一致。

（九）密封環(huán)的種類

整體式（用同一種材料制造）、組合式（如鑲嵌）、表面堆焊、表面噴涂

（十）整體式密封環(huán)

各個部位性能均勻一致，最常用的有：石墨、Sic、鉆基硬質(zhì)合金、銀基硬質(zhì)合金、NiCr基硬質(zhì)合金、陶瓷

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等。

(十一)組合式

整體環(huán)價格高，加工困難，因此出現(xiàn)組合式密封環(huán)。

組合式包括：

(i)熱裝式

(ii)帶密封圈式(無組合應(yīng)力、無應(yīng)力變形；開槽、打孔麻煩，多一泄漏點)

(十二)熱裝式密封環(huán)

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異，價格較低，運用較多.

缺點：(i)因過盈接觸不均勻，而產(chǎn)生機械變形。(ii)兩種材料線膨脹系數(shù)不一致，當(dāng)溫度變化時，過盈

量變化，會產(chǎn)生應(yīng)力變形。

(十三)熱裝式密封環(huán)的過盈值選擇

△8=8—Dp(ai—a2)△T

式中A6：工作溫度時的過盈量6:常溫過盈量Dp：鑲嵌直徑

a1：座線脹系數(shù)a2：環(huán)的線脹系數(shù)AT=H作溫度-常溫(20°C)

(YG6：4.5X10-b1/°ClCrl8Ni9Ti：16.6X10-61/°C3Crl3：11.5Xio_6l/°C)

(1)在滿足傳遞扭矩的情況下，取最小過盈值；

(2)由上式，當(dāng)使用溫度為300°C時，對YG6/lCrl8Ni9Ti,過盈量為：

6

8=Dp(16.6-4.5)X10-X(300-20)

9

-3

=3.4X10Dp（以便記憶）

（3）長期放置的鑲嵌環(huán)，使用前要檢查平面度；

（4）對大直徑、高轉(zhuǎn)速（環(huán)座產(chǎn)生離心力）、彈性模量小的材質(zhì)（4J42、鈦合金），過盈量可相應(yīng)大一些。

（5）高溫200°C以上少用熱裝式結(jié)構(gòu)，否則要核算過盈量。

（十四）輔助密封圈

（1）材料要求

（i）在工作溫度下耐介質(zhì)腐蝕（ii）足夠的彈性（iii）有一定強度（柔性石墨因強度差，使用場合受到限制）

（iv）耐磨（v）易加工、價格低

（2）種類

（i）按材料分：合成橡膠、聚四氟乙烯、柔性石墨等；

（ii）按截面形狀分：矩形、V形、楔形、包四氟形等；

（十五）傳動機構(gòu)的作用

把軸或軸套的運動方式（旋轉(zhuǎn)）傳遞給動環(huán)，一般是通過鍵、緊定螺釘、傳動螺釘、銷、R槽、撥叉、彈簧、

波紋管等的組合來傳遞運動。

（1）緊定螺釘（頂絲）傳動：在軸表面劃凹坑，否則易打滑失效，特別當(dāng)直徑較大和溫度較高時。

（2）鍵+臺階傳動

（3）撥叉?zhèn)鲃樱ㄒ贿呴_槽一邊伸爪）

（4）并圈彈簧傳動（彈簧旋向必須和軸旋向一致）

（5）銷釘傳動

（6）凸耳傳動

（7）勾圈彈簧傳動

（8）波紋管傳動

（9）螺帽固定

（十六）靜環(huán)防轉(zhuǎn)方式

（1）浮裝式（可以在軸向徑向設(shè)計防轉(zhuǎn)銷）

（2）托裝式（一般小扭矩可不用銷，要注意端面垂直度）

（3）夾固式（浮動性差，注意端面垂直度）

（4）防抽空（前加卡環(huán)）

（十七）機械密封的彈性元件

螺旋壓縮彈簧

錐形彈簧：軸向尺寸較小

碟形彈簧：軸向尺寸小

波片彈簧：軸向尺寸小

并圈彈簧、帶勾彈簧：雙功能（彈力、傳動）

波紋管：三功能（彈力、傳動、密封）

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(十八)波紋管種類

橡膠波紋管：用于中性介質(zhì)：：水、油，壓力、溫度都不高的場合；

聚四氟乙烯波紋管：用于腐蝕性介質(zhì)：酸、堿；

金屬波紋管：用于高溫、高速(追隨性好)。

(十九)焊接金屬波紋管密封

(1)制造

采用厚度為0.1-0.2mm的沉淀硬化不銹鋼薄帶(AM350、0Crl7Nil7Ti.0Crl5Nil7Mo2AKINCONEL-X-750

及Ti合金、HasterlloyC-276等)沖壓成截面為S形的片狀環(huán)形件，再焊接成型(用微束等離子焊)。

沉淀硬化不銹鋼焊接后須經(jīng)熱時效處理，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，并使馬氏體中析出金屬化合物，沉淀出硬

化相，從而獲得高強度、較高的塑性及屈強比(OS/OD>0.8~0.9)。

例：AM350熱失效：真空爐850°C進(jìn)行淬火處理，再進(jìn)行一80°C的低溫處理(制冷劑F12),以達(dá)到增加

彈性、穩(wěn)定尺寸的目的。

(2)特點

焊接金屬波紋管密封不用會產(chǎn)生較小滑移的輔助密封圈，使用溫度范圍廣：一200~600。Co高速下對軸的振

動、振擺適應(yīng)性強，追隨性好。

(3)彈率(即剛度N/mm)

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k=nEt(di+d2)/2nB?dz/di

2—6—6

E：工作溫度下彈性模量(N/mm)：AM350：1.75X10(315.6°C)、INCONEL：2.14X10(26.7°C)>1.59

X10b(649°C)、17-7PH：2.0X10—%21.1°C)、Ti：1.31X10b(-196°C)、1.14X10b(23.9°C)、0.70X1Q-

6

(538°oC)o

t：波片厚度mm

n：波數(shù)

di/d2；管子內(nèi)外徑mm

B：波紋管片寬(d2—山)/2

公式中未考慮波片斷面形狀，具有一定誤差，實際生產(chǎn)中用彈簧測力計測彈率。

三、機械密封用材料

(-)摩擦副材料要求

摩擦副是機械密封的主要零件，其性能好壞在很大程度上決定密封性能，因此對材料有一定的要求：

(1)耐蝕性：有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能抵抗介質(zhì)的腐蝕、磨蝕、溶解和溶脹。

(2)物理機械性能：較高的彈性模量(E=。(應(yīng)力)八(應(yīng)變)，剛度=力/變形)、強度及許用［PV］值,

低的摩擦系數(shù)和線膨脹系數(shù)，優(yōu)良的耐磨性、自潤滑性以及良好的不滲透性等。

(3)熱力性能：很好的導(dǎo)熱性、耐熱性、耐寒性和耐溫度的急變性。

(4)材料來源方便，易加工，成本低廉。

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（二）制造摩擦副的常用材料

硬質(zhì)合金

工程陶瓷（AI2O3陶瓷、AL03金屬陶瓷、Si-M陶瓷、銘鋼玉陶瓷、碳化硼陶瓷、噴涂陶瓷、SiC、可切削微

晶玻璃）

碳石墨

填充聚四氟乙烯

金屬材料：鑄鐵類及銅合金也有銘鋼淬火材料

下面分別予以討論。

（三）碳石墨

1、特點

（1）具有較高導(dǎo)熱性，（碳導(dǎo)熱系數(shù)為20~40W/m?k,石墨為40~128W/m?k,）是非金屬中導(dǎo)熱最好的材料,

僅次于銀、銅、鋁，比Hasterlloy好。

（2）具有低的線膨脹系數(shù)（2~6X10-6/℃）,是金屬的1/2~1/4。

（3）具有良好的耐腐蝕性，在空氣中400℃以下穩(wěn)定，除強氧化性介質(zhì)（如王水、銘酸、濃硫酸及鹵族元素）

外，可耐其它酸、堿、鹽及一切有機化合物的腐蝕，其耐蝕程度隨石墨的種類和浸漬劑的不同而異。

（4）具有極好的自潤滑性和低的摩榛系數(shù)，那是因為石墨和其它材料組對時，石墨轉(zhuǎn)移到其它材料表面，形

成石墨和石墨相對摩榛。石墨和金屬摩橡系數(shù)為0.04-0.05,在全液潤滑條件下，f=0.008~0.01o因此它的組對性

能好。

（5）石墨的抗拉強度較低，抗壓強度較高，屬脆性材料由于硬度較低，被廣泛用作軟環(huán)，易于加工。

缺點是氣孔率大，一般在18%?22沆實際應(yīng)用石墨都必須是侵漬過的，以堵塞氣孔，提高密封性。

2、石墨的種類

石墨是采用焦炭粉和石墨粉，用瀝青作粘結(jié)劑，模壓成型，置于高溫中焙燒而成。根據(jù)所用原料和燒結(jié)溫度與

時間的不同，可以制成不同物理機械性能的石墨。一種為碳素石墨，用Ml表示，一種是電化石墨，用M2表示

（材料組分不一樣，M2還需2400~2800℃高溫石墨化處理）。還有一種是樹脂碳石墨：燒結(jié)石墨粉碎后，用樹脂

作粘結(jié)劑，混和后壓制燒結(jié)而成（M3）。

Ml：質(zhì)硬而脆，導(dǎo)熱系數(shù)低，加工困難。

M2：質(zhì)軟，強度低，自潤滑性好。

M3：[PV]值不高，價格便宜，石化行業(yè)較少采用。

3、石墨浸潰劑種類

一般浸漬后，成為不透氣制品，對導(dǎo)熱性無明顯影響，但強度、硬度有很大提高。常用浸漬劑有：環(huán)氧樹脂

（H）、吠喃樹脂（K）、酚醛樹脂（F）、巴氏合金（B）、鋁合金（L）、銅合金（P）、錦合金（D）、銀合金（G）?

F：耐酸性好H：耐堿性好K：酸堿都耐〈200℃浸金屬：耐高溫

（四）硬質(zhì)合金WC

1、金屬碳化物WC熔點非常高，要制成產(chǎn)品，用普通的冶煉方法行不通。通常把它制成粉末，混以熔點較

低的金屬（Co、Ni等），壓制成型，高溫?zé)Y(jié)，較低熔點金屬熔化，將WC粘結(jié)成一個整體，制成硬質(zhì)合金.

2、硬質(zhì)合金具有以下優(yōu)良性能：

（1）硬度高HRA87?94（洛氏硬度），耐磨粒磨損，是懸浮顆粒介質(zhì)的理想摩擦副。

附：布氏硬度HB、洛氏硬度HRA（軟卜HRB（中卜HRC（硬）、維氏硬度HV比較

HRCHRAHRBHBHV

12

2060.299216230

(20?65)70?83.6(60?100)99?137105?237

檢測硬度由大到小

(2)抗彎強度高1