1、機械密封設計制造與使用第1頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四1 序言 機械密封最早于1885年在英國發明并獲得專利，首先獲得應用是在20世紀20年代的冷凍機裝置上，同時出現了研究和生產機械密封的專業公司（英國的Crane公司、德國的Pacific公司等）。1930年以后，機械密封用于內燃機水泵的軸封，此時，PV值達到了3.1MPam/s。19391945年由于石油化學工業的發展，石墨、陶瓷、硬質合金等材料在機械密封動、靜環制造中獲得應用，同時粗糙度的控制水平有了提高，PV值達到了15MPam/s。1956年出現了平衡型密封和中間環密封，PV值達到了30MPam/s。195

2、9年PV值達到了80MPam/s。19611963年由于原子能工業的要求，在結構上出現了流體動壓密封和流體靜壓密封，PV值達到167MPam/s，1969年達到266MPam/s。19711974年由于宇航和核電方面的要求，在結構上出現了多級密封，在材料上出現了碳化硅和不同浸漬石墨，PV值達到360MPam/s。1977年由于核電等特殊需要采用螺旋機械組合密封，改進的中間浮動環密封，機械浮環組合密封，PV值達到500MPam/s。19801990年，出現了無泄漏密封、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值達到了5700MPam/s。第2頁，共19頁，2022年，5月2

3、0日，2點52分，星期四2 我國在1966年以后才相繼出現研究和生產機械密封的專業機構（天津克蘭），目前已有四十年歷史，在普通機械密封領域技術及產品日趨成熟，大部分地方已能替代進口產品，性能接近國外產品。目前國內具有規模的研究、生產廠家已有十余個，并在高參數密封及新技術方面取得一定突破。1975年機械工業部頒布泵用機械密封標 準，1978年化工部頒布釜用機械密封標準，1993年國家頒布 了GB/T 14211-1993機械密封試驗方法，1999年國家機械工業局 修訂了機械密封技術條件和機械密封分類方法，為機械密封產品接近國外產品提供了保證。機械密封廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、醫療、電

4、力、紡織、環保等諸多領域。 機械密封具有性能好、使用壽命長、運轉可靠等特點，是現代企業流體輸送機械應用最廣、最有前途的密封形式，對于減少環境污染、節約能源具有重大意義。YoYo_i第3頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四3 目錄1.1：機械密封定義1.2：機械密封組成 密封機理1.3：機械密封分類 按結構布置分類 按端面比壓分類 按初始閉合力分類 按端面組合分類第4頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四4 1.1機械密封定義： 機械密封是一種用于旋轉流體機械的軸封裝置。（用于離心泵、離心機、反應釜、壓縮機等設備，軸和設備腔體間存在一個圓周間隙，設備介質從中

5、泄漏，因此必須設一道阻漏裝置。因機械密封具有泄漏少、壽命長等優點，成為了主要的軸密封方式,又叫端面密封。） 在國家有關標準中的定義：由至少一對垂直于旋轉軸線的端面組成,在流體壓力及補償機構彈力(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，而構成的防止流體泄漏的裝置。 第5頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四5 1.2機械密封的組成：1、密封端面：動環 1 和靜環 6 密封端面的作用是使密封面緊密貼合，防止介質泄漏。2、緩沖補償機構：由彈性元件3（圓柱彈簧、圓錐彈簧、波片彈簧、波紋管等）構成 作用：起預緊、補償和緩沖的作用，要求始終保持足夠的彈性

6、來克服輔助密封和傳動件的摩擦和動環等的慣性3、輔助密封圈：包括動環密封圈2、靜環密封圈7等，有各種形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等 圖1 作用：主要起靜環和動環的密封作用， 同時也起到浮動和緩沖作用。4、傳動機構和防轉機構 傳動機構：彈簧座4用緊定螺栓5固定在軸上， 彈簧裝在彈簧座4和動環1的臺階上， 靠過盈 配合帶動動環旋轉； 防轉機構：防轉銷8固定在端蓋上，插入靜環6的 槽內，起防轉動。第6頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四6 密封機理一：4個密封點（亦稱4個泄漏點，如圖1-1） 泄漏點1：密封端面泄漏點，依靠彈力和介質壓力保持貼和；（動密封點,兩個 摩擦福之間有相對

7、轉動） 泄漏點2：動環密封圈，依靠密封圈的過盈量實現密封；（靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動） 泄漏點3：靜環密封圈，依靠密封圈的過盈量實現密封；（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密封；（靜密封 點，密封圈與相配合件之間相對靜止）二、傳動關系：1、軸或軸套緊固螺釘5彈簧座4彈簧3動環1 2、壓蓋防轉銷8靜環6第7頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四7 三、原理： 通過一系列零件將徑向密封轉化為軸向密封，在彈簧和介質壓力共同作用下，對由于設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

8、密封（軸向密封）在運行中可以對軸向磨損進行補償，而填料密封（徑向密封）不能對徑向磨損進行補償，故機械密封比填料密封壽命長 。第8頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四8 1.3機械密封分類按結構布置分類：滑動式與非滑動式機械密封：a：滑動式機械密封：指動環借助輔助密封圈支撐與軸（軸套）上以其 接觸滑移來實現動環補償功能；（彈簧機械密封）b：非滑動式機械密封：即波紋管機械密封 分：1）、壓力成型金屬波紋管 2）、焊接金屬波紋管 3）、橡膠波紋管 4）、聚四氟乙烯波紋管第9頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四9 表1：滑動式與非滑動式機械密封性能比較滑動式非滑

9、動式 O型圈V型圈楔型圈壓力成型金屬波紋管焊接金屬波紋管橡膠波紋管聚四氟乙烯波紋管承壓性能優良優可單層良雙層優良優耐溫性能可良良良優可可速度適應性多彈簧良單彈簧差優優優可耐振性能可優優優優良耐阻塞性能差優良優第10頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四10 旋轉式機械密封和靜止式機械密封 a、旋轉式機械密封：指動環（補償機構）隨軸旋轉的機械密封； 旋轉式易產生質量不平衡，不易用于高速 。普通機械密封常用旋轉式結構。 b、靜止式機械密封：指動環（補償機構）不隨軸旋轉的機械密封。 靜止式密封常用于高速場合。 圖2：旋轉式 靜止式第11頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52

10、分，星期四11 內裝式機械密封和外裝式機械密封 a、內裝式機械密封：指相對于靜止狀態的密封環的端面面向主機（泵）工作腔的機械密封； 用于溫度和壓力較高場合。 b、外裝式機械密封：指相對于靜止狀態的密封環的端面背向主機（泵）工作腔的機械密封； 1、用于流體壓力0.5MPa，腐蝕性工況，泄漏比內裝稍多，原因：泄漏方向與離心力的方向一致； 內裝式機械密封和外裝式機械密封可以是滑動式機械密封也可以是非滑動式機械密封。 圖3：內裝式 外裝式第12頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四12 高背壓機械密封和低背壓機械密封 a、高背壓機械密封：動環離密封端面最遠的背面處于高壓側的滑動式機械

11、密封。分：1）、旋轉、內裝、高背壓式機械密封； 2）、旋轉、外裝、高背壓式機械密封； 3）、靜止、內裝、高背壓式機械密封； 4）、靜止、外裝、高背壓式機械密封； b、低背壓機械密封：動環離密封端面最遠的背面處于低壓側的滑動式機械密封。分：1）、旋轉、內裝、低背壓式機械密封； 2）、旋轉、外裝、低背壓式機械密封； 3）、靜止、內裝、低背壓式機械密封； 4）、 靜止、外裝、低背壓式機械密封； 低背壓機械密封的彈簧一般處于低壓側，可避免接觸高壓側密封流體，而高壓側密封流體往往是密封介質，這種密封解決了彈簧受介質腐蝕的問題，強腐蝕的介質常采用低背壓式設計。第13頁，共19頁，2022年，5月20日，2

12、點52分，星期四13 內流式機械密封和外流式機械密封 a、內流式機械密封：指密封流體在密封斷面與離心力方向相反的機械密封； 用于內裝式機械密封 圖4：內流式 b、外流式機械密封：指密封流體在密封斷面與離心力方向相同的機械密封； 1、用于外裝式機械密封 2、用于壓力和溫度不高、 強腐蝕性介質中 圖5：外流式第14頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四14 按端面比壓分類： :接觸式機械密封：指密封端面相互接觸，端面比壓Pc 0的機械密封。 1、端面比壓Pc ：指密封流體壓力施加到密封環帶單位面積上的力。 2、端面比壓Pc 的大小取決與載荷系數K值得大小。 3、平衡式機械密封：指

13、載荷系數K1的機械密封。 4、非平衡式機械密封 ：指載荷系數K1的機械密封。 5、載荷系數K：指密封流體壓力作用在動環（補償環）上，使之對于靜環（非補償環）趨于閉合的有效作用面積Ae與密封環帶面積A之比。 6、端面比壓Pc =K（載荷系數）*P（密封流體壓力即介質壓力） 圖6：非平衡型 平衡型第15頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四15 :非接觸式機械密封：指密封端面相互不接觸，端面比壓Pc =0的機 械密封。 非接觸式機械密封處于液體摩察狀態，在密封端面之間有一層完整的流體膜。此流體膜是由于向密封端面引入壓力流體產生的流體靜壓效應。按初始閉合力分類彈力機械密封：指初始閉

14、合力來自彈簧、波紋管等彈性元件的彈力的機械密封；磁力機械密封：指初始閉合力來自磁性力的機械密封； 只有在系統內壓力較低時采用磁力機械密封，此時靜環大都采用磁鋼，動環馬氏體不銹鋼鑲嵌其它材質。第16頁，共19頁，2022年，5月20日，2點52分，星期四16 按端面組合分類 雙端面機械密封：指由兩對密封端面組成的機械密封 a、軸向雙端面機械密封：指沿軸向布置得雙端面機械密封 1）、背對背式雙端面機械密封 2）、面對面式雙端面機械密封 b、徑向雙端面機械密封：指沿徑向布置得雙端面機械密封 對于工作介質有毒、易爆、易燃、易揮發、易結晶、高溫、低溫、或工作介質是氣體、高度真空度的密封采用雙端面機械密封。此時雙端面之間的密封腔需引入潔凈和潤滑性好