机械密封基础知识

目录一、机械密封原理 (5)（一）定义（图1-1） (5)(二) 组成 (5)（三）密封机理 (6)（四）辅助设施 (6)（五）机械密封的种类 (6)（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2） (6)（七）内装式和外装式机械密封（图1-3） (7)（八）内流式和外流式机械密封（一般和内装式、外装式一致） (7)（九）多弹簧和单弹簧机械密封 (7)（十）平衡型和非平衡型机械密封 (8)（十一）补偿机构形式 (8)（十二）双端面机械密封（图1-4） (8)（十三）串联式机械密封（图1-5） (9)（十四）波纹管机械密封 (9)（十五）集装式机械密封（图1-6） (9)二、机械密封的基本零件 (9)（一）对摩擦副密封环的要求 (9)（二）摩擦副匹配要考虑的因素 (10)（三）密封端面宽度 (10)（四）密封环的主要技术要求 (10)（五）摩擦副端面平面度检测 (10)满足相干条件的两束光的叠加效果是：在波程差为波长整数倍的地方，光强度加强；在波程差为半个波长的奇数倍的地方，光强度减至零（变暗）。

这就是光的干涉原理。

(11)(六)密封端面的粗糙度要求 (12)（七）动环（旋转环） (12)（八）静环(不旋转) (12)（九）密封环的种类 (12)（十）整体式密封环 (12)（十一）组合式 (13)（十二）热装式密封环 (13)（十三）热装式密封环的过盈值选择 (13)（十四）辅助密封圈 (14)（十五）传动机构的作用 (14)(十六)静环防转方式 (14)(十七)机械密封的弹性元件 (14)(十八)波纹管种类 (15)(十九) 焊接金属波纹管密封 (15)三、机械密封的计算 (16)（一）补偿环的受力状况 (16)（二）密封端面中液膜反力的分布情况 (16)（三）液膜反力的计算 (17)（四）易汽化介质中密封端面间的液膜压力分布 (17)（五）膜压系数的影响因素 (17)（六）弹簧比压的计算 (18)（七）载荷系数K (18)（八）端面比压 (18)（九）波纹管的有效作用直径de (19)（十）PV值 (20)四、机械密封用材料 (20)（一）摩擦副材料要求 (20)（二）制造摩擦副的常用材料 (20)（三）碳石墨 (20)（四）硬质合金WC (21)（五）SiC陶瓷 (22)（六）Al2O3 陶瓷及其他陶瓷介绍 (22)（七）表面堆焊硬质合金 (23)（八）作摩擦副的金属材料 (23)（九）填充聚四氟乙烯 (24)（十）辅助密封圈材料要求 (24)（十一）合成橡胶 (24)（十二）柔性石墨（也称膨胀石墨） (25)（十三）弹性元件材料 (25)（十四）机械密封中基体材料 (25)五、机械密封辅助系统 (26)（一）为什么机械密封要采用辅助系统 (26)（二）什么是辅助系统 (26)（三）自冲洗的形式 (30)（四）循环冲洗 (30)（五）注入式冲洗 (32)（六）冲洗液进入密封腔的方式 (36)（七）冲洗量的确定 (37)（八）冲洗量的控制 (38)（九）冲洗压力的确定 (39)（十）密封腔中压力的确定 (39)（十一）对冲洗流体的要求 (39)（十二）热油泵的冲洗液选择 (40)（十三）烷基化装置中浓硫酸泵的冲洗液的选择 (40)（十四）辅助设施在何种工况下必须选用： (41)六、机械密封性能的影响因素 (41)(一)密封性的影响因素 (41)（二）机械密封端面的摩擦状态 (41)（三）载荷系数对密封性能的影响 (42)（四）弹簧比压对密封性能的影响 (42)（五）端面粗糙度对密封性能的影响 (43)（六）端面间缝隙形状对密封性能的影响 (43)（七）产生端面不平行的原因 (44)（八）密封端面的机械变形 (44)（九）密封端面的热变形 (44)（十）影响机械密封性能的其他因素 (45)七、石化行业典型泵的密封 (46)（一）石化行业高温泵(热油泵)密封分析 (46)（二）轻烃泵密封分析 (47)（三）低温泵密封分析 (48)（四）高速机械密封 (49)八、机械密封的安装和使用 (49)（一）安装机封的泵的技术要求 (49)(二)安装密封前要了解泵及介质情况 (50)（三）机械密封的安装 (50)（四）泵的抽空和汽蚀 (51)九、机械密封故障分析 (51)（一）摩擦痕迹大于端面宽度 (51)（二）摩擦痕迹小于端面宽度 (51)（三）硬环上无摩擦痕迹 (52)（四）石墨端面出现均匀的环状沟纹 (52)（五）石墨端面中间产生环状深沟 (52)（六）石墨内缘磨损 (53)（七）石墨环台阶过早全磨掉 (53)（八）石墨环外缘出现缺口 (53)（九）石墨环断裂 (53)(十)石墨环出现蚀坑(大小不等1~5mm，形状不规则) (53)（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹 (54)（十二）其他故障简介 (54)（十三）泵抽空密封失效现象 (55)（十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象 (55)（十五）密封端面汽化的失效现象 (55)（十六）泵振动过大的失效现象 (55)（十七）没有冲洗的故障现象 (56)（十八）动环选材注意事项 (56)序言机械密封最早于1885年在英国发明并获得专利，首先获得应用是在20世纪20年代的冷冻机装置上，同时出现了研究和生产机械密封的专业公司（英国的Crane公司、德国的Pacific公司等）。

我国在20世纪60年代才相继出现研究和生产机械密封的专业机构（天津克兰），目前已有四十年历史，在普通机械密封领域技术及产品日趋成熟，大部分地方已能替代进口产品，性能接近国外产品。

目前国内具有规模的研究、生产厂家已有十余个，并在高参数密封及新技术方面取得一定突破。

机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。

机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式，对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。

一、机械密封原理（一）定义（图1-1）机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。

（用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设一道阻漏装置。

因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点，成为了主要的轴密封方式,又叫端面密封。

）在国家有关标准中的定义：由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成,在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作用下,以及辅助密封圈的配合下, 该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。

(二) 组成1、密封端面：动环、静环───摩擦副2、缓冲补偿机构：由弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等）构成。

（使贴合）3、 辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各种形式：如O 型圈、V 型圈、楔形圈等（三）密封机理1、 4个密封点（亦称4个泄漏点，如图1-1）泄漏点1───摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持贴和；（动密封点,两个摩擦福之间有相对转动） 泄漏点2───补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封；（静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动） 泄漏点3───非补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封；（静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）泄漏点4───压盖与腔体间的密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封；（静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）2、 传动关系轴或轴套───紧固螺钉5──弹簧座4──弹簧3─补偿环1 压盖──防转销8─非补偿环63、 原理通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。

由于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补偿，故机械密封比填料密封寿命长。

（四）辅助设施通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却和润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄漏量，延长使用寿命。

应当把它看作机械密封的组成部分。

（五）机械密封的种类1、 按使用条件分类（1）高速密封（ZBJ22-001-88：线速度25～100m/s ）和普通密封（2）高压和低压密封（3）高温、常温和低温密封（4）泵用釜用和压缩机用密封（5）耐腐蚀、抗颗粒机械密封2、 通常按结构分类多弹簧、单弹簧密封旋转式、静止式密封外装式、内装式密封外流式、内流式密封（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2）（1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。

（由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生不平衡，而且消耗搅拌功率，所以不能用于告速）（2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。

（用于高速）（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）（1）内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。

（用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合）（2）外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。

（用于低压、腐蚀性强的场合（八）内流式和外流式机械密封（一般和内装式、外装式一致）（1）内流式：泄漏方向朝向轴心。

（一般密封都采用这种结构）（2）外流式：泄漏方向朝向离心力方向。

（泄漏量大，只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用）（九）多弹簧和单弹簧机械密封（1）多弹簧：（有叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。

（2）单弹簧：（有叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不均匀）不宜用于高转速的场合。

（十）平衡型和非平衡型机械密封（1）平衡型：载荷系数K＜1.0 （用于高压场合）（2）非平衡型：载荷系数K≥1.0 （用于普通压力场合）（十一）补偿机构形式（1）磁力：系统压力较低时用（2）波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧（3）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管（十二）双端面机械密封（图1-4）两套密封面对面或背对背安装在一起。

用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。

两套密封之间形成一个密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的封液介质。

（十三）串联式机械密封（图1-5）两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低用于高压场合。

（十四）波纹管机械密封去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处，补偿环追随性提高，而且避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。

金属波纹管用于高温介质，聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。

（十五）集装式机械密封（图1-6）将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。

安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。

安装方便，排除了安装不良的影响。

（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测）二、机械密封的基本零件（一）对摩擦副密封环的要求摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度上决定了机械密封的性能和寿命。