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机械密封知识机械密封知识 何何 兵兵 2014年年3月月26日日12一、密封原理和特点一、密封原理和特点1.结构结构 第一节第一节 机械密封原理和基本结构型式机械密封原理和基本结构型式（1 1）组成）组成）组成）组成 3（2 2）固定）固定）固定）固定 紧定螺钉把弹簧及动环部分固定紧定螺钉把弹簧及动环部分固定紧定螺钉把弹簧及动环部分固定紧定螺钉把弹簧及动环部分固定在轴上在轴上在轴上在轴上静环的周向固定：静环的周向固定：静环的周向固定：静环的周向固定：静环上开槽，静环上开槽，静环上开槽，静环上开槽，然后通过防转销与静环座固定。然后通过防转销与静环座固定。然后通过防转销与静环座固定。然后通过防转销与静环座固定。而静环座又与设备联在一起。而静环座又与设备联在一起。而静环座又与设备联在一起。而静环座又与设备联在一起。42.密封原理密封原理 机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的端面密封。如图端面密封。如图端面密封。如图端面密封。如图3-13-1所示，当轴转动时，带动了弹簧座、所示，当轴转动时，带动了弹簧座、所示，当轴转动时，带动了弹簧座、所示，当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，而静环则固定在座架上静止不动，这样动环与静环相接而静环则固定在座架上静止不动，这样动环与静环相接而静环则固定在座架上静止不动，这样动环与静环相接而静环则固定在座架上静止不动，这样动环与静环相接触的环形密封面阻止了介质的泄漏。触的环形密封面阻止了介质的泄漏。触的环形密封面阻止了介质的泄漏。触的环形密封面阻止了介质的泄漏。5机械密封一般有四个密封处：机械密封一般有四个密封处：机械密封一般有四个密封处：机械密封一般有四个密封处：A A、动环与静环之间的密封、动环与静环之间的密封、动环与静环之间的密封、动环与静环之间的密封动密封动密封动密封动密封B B、动环与轴或轴套之间的密封、动环与轴或轴套之间的密封、动环与轴或轴套之间的密封、动环与轴或轴套之间的密封相对静密封相对静密封相对静密封相对静密封C C、静环与静环座之间的密封、静环与静环座之间的密封、静环与静环座之间的密封、静环与静环座之间的密封静密封静密封静密封静密封D D、静环座（压盖）与设备之间的密封、静环座（压盖）与设备之间的密封、静环座（压盖）与设备之间的密封、静环座（压盖）与设备之间的密封静密封静密封静密封静密封 机械密封的主要机械密封的主要机械密封的主要机械密封的主要特点主是密封面特点主是密封面特点主是密封面特点主是密封面为垂直于旋转轴为垂直于旋转轴为垂直于旋转轴为垂直于旋转轴线的端面。线的端面。线的端面。线的端面。A AB BC CD D63.基本构件基本构件 （1 1）动环和静环）动环和静环）动环和静环）动环和静环材料材料材料材料较好的耐磨性，能有减摩作用（即较好的耐磨性，能有减摩作用（即较好的耐磨性，能有减摩作用（即较好的耐磨性，能有减摩作用（即f f要小）要小）要小）要小）良好的导热性，把摩擦热及时传出良好的导热性，把摩擦热及时传出良好的导热性，把摩擦热及时传出良好的导热性，把摩擦热及时传出孔隙率小，结构紧密，以免介质在压力下有渗孔隙率小，结构紧密，以免介质在压力下有渗孔隙率小，结构紧密，以免介质在压力下有渗孔隙率小，结构紧密，以免介质在压力下有渗透。透。透。透。动、静环是一对摩擦副，它们的硬度各不相同。动、静环是一对摩擦副，它们的硬度各不相同。动、静环是一对摩擦副，它们的硬度各不相同。动、静环是一对摩擦副，它们的硬度各不相同。一般动环的硬度比静环的硬度大。动环的材料可用一般动环的硬度比静环的硬度大。动环的材料可用一般动环的硬度比静环的硬度大。动环的材料可用一般动环的硬度比静环的硬度大。动环的材料可用铸铁、硬质合金、高合金钢等，在有腐蚀介质的条铸铁、硬质合金、高合金钢等，在有腐蚀介质的条铸铁、硬质合金、高合金钢等，在有腐蚀介质的条铸铁、硬质合金、高合金钢等，在有腐蚀介质的条件下可用不锈钢或不锈钢表面（端面）堆焊硬质合件下可用不锈钢或不锈钢表面（端面）堆焊硬质合件下可用不锈钢或不锈钢表面（端面）堆焊硬质合件下可用不锈钢或不锈钢表面（端面）堆焊硬质合金、陶瓷等；静环的材料可用铸铁、磷青铜、巴氏金、陶瓷等；静环的材料可用铸铁、磷青铜、巴氏金、陶瓷等；静环的材料可用铸铁、磷青铜、巴氏金、陶瓷等；静环的材料可用铸铁、磷青铜、巴氏合金等，也常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。合金等，也常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。合金等，也常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。合金等，也常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。7配对方法：配对方法：配对方法：配对方法：当介质粘度小，润滑性差时，采用金属配各种非金当介质粘度小，润滑性差时，采用金属配各种非金当介质粘度小，润滑性差时，采用金属配各种非金当介质粘度小，润滑性差时，采用金属配各种非金属（因为大多数非金属材料都有自润滑作用）；当属（因为大多数非金属材料都有自润滑作用）；当属（因为大多数非金属材料都有自润滑作用）；当属（因为大多数非金属材料都有自润滑作用）；当介质粘度较大时，采用金属与金属配对。介质粘度较大时，采用金属与金属配对。介质粘度较大时，采用金属与金属配对。介质粘度较大时，采用金属与金属配对。加工精度加工精度加工精度加工精度由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦环要相由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦环要相由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦环要相由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦环要相互滑动摩擦，故端面的加工精度影响着密封的效果互滑动摩擦，故端面的加工精度影响着密封的效果互滑动摩擦，故端面的加工精度影响着密封的效果互滑动摩擦，故端面的加工精度影响着密封的效果和使用寿命。和使用寿命。和使用寿命。和使用寿命。8（2 2）弹簧加荷装置）弹簧加荷装置）弹簧加荷装置）弹簧加荷装置 （3 3）辅助密封元件）辅助密封元件）辅助密封元件）辅助密封元件 型式：型式：型式：型式：OO形、形、形、形、V V形、矩形等形、矩形等形、矩形等形、矩形等 作用：作用：作用：作用：产生压紧力，保持动、静环端面紧密接触，且产生压紧力，保持动、静环端面紧密接触，且产生压紧力，保持动、静环端面紧密接触，且产生压紧力，保持动、静环端面紧密接触，且是一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而引是一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而引是一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而引是一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而引起的摩擦面不贴合。起的摩擦面不贴合。起的摩擦面不贴合。起的摩擦面不贴合。把弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力称为弹簧把弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力称为弹簧把弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力称为弹簧把弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力称为弹簧比压比压比压比压p ps s，那么，那么，那么，那么p ps s的作用有两点：的作用有两点：的作用有两点：的作用有两点：起动停车或介质压起动停车或介质压起动停车或介质压起动停车或介质压力波动时，使密封面维持足够的比压；力波动时，使密封面维持足够的比压；力波动时，使密封面维持足够的比压；力波动时，使密封面维持足够的比压；克服密封圈克服密封圈克服密封圈克服密封圈与轴的摩擦力，保持动环沿轴向移动，以补偿端面的与轴的摩擦力，保持动环沿轴向移动，以补偿端面的与轴的摩擦力，保持动环沿轴向移动，以补偿端面的与轴的摩擦力，保持动环沿轴向移动，以补偿端面的磨损。磨损。磨损。磨损。因此有人把机械密封定义为：机械密封是一种带有缓因此有人把机械密封定义为：机械密封是一种带有缓因此有人把机械密封定义为：机械密封是一种带有缓因此有人把机械密封定义为：机械密封是一种带有缓冲机构，并通过与旋转轴大体垂直做相对转动的密封冲机构，并通过与旋转轴大体垂直做相对转动的密封冲机构，并通过与旋转轴大体垂直做相对转动的密封冲机构，并通过与旋转轴大体垂直做相对转动的密封端面进行密封的装置。端面进行密封的装置。端面进行密封的装置。端面进行密封的装置。9优优优优点点点点密封可靠，在一个较长的使用期中，不会泄漏或很少密封可靠，在一个较长的使用期中，不会泄漏或很少密封可靠，在一个较长的使用期中，不会泄漏或很少密封可靠，在一个较长的使用期中，不会泄漏或很少泄漏；泄漏；泄漏；泄漏；使用寿命长，正确选择摩擦副材料和比压的机械密封使用寿命长，正确选择摩擦副材料和比压的机械密封使用寿命长，正确选择摩擦副材料和比压的机械密封使用寿命长，正确选择摩擦副材料和比压的机械密封可用可用可用可用2 2 2 25 5 5 5年，最长的达年，最长的达年，最长的达年，最长的达9 9 9 9年；年；年；年；维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修；维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修；维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修；维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修；摩擦功率消耗少；摩擦功率消耗少；摩擦功率消耗少；摩擦功率消耗少；轴或轴套不受磨损；轴或轴套不受磨损；轴或轴套不受磨损；轴或轴套不受磨损；对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感；对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感；对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感；对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感；适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种转速以及各种腐蚀、易燃、易爆、有毒介质的密封。种转速以及各种腐蚀、易燃、易爆、有毒介质的密封。种转速以及各种腐蚀、易燃、易爆、有毒介质的密封。种转速以及各种腐蚀、易燃、易爆、有毒介质的密封。4.机械密封的优缺点：（与软填料密封比较）机械密封的优缺点：（与软填料密封比较）机械密封的优缺点：（与软填料密封比较）机械密封的优缺点：（与软填料密封比较）缺点缺点缺点缺点结构较复杂，对制造加工要求高；结构较复杂，对制造加工要求高；结构较复杂，对制造加工要求高；结构较复杂，对制造加工要求高；安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的安装技术水平；安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的安装技术水平；安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的安装技术水平；安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的安装技术水平；发生偶然事故时，处理比较困难；发生偶然事故时，处理比较困难；发生偶然事故时，处理比较困难；发生偶然事故时，处理比较困难；一次性投资高。一次性投资高。一次性投资高。一次性投资高。10比较比较软填料密封软填料密封机械密封机械密封泄漏量泄漏量180450ml/h一般为软填料密封的一般为软填料密封的摩擦功率损失摩擦功率损失机械密封为软填料密封的机械密封为软填料密封的1050轴磨损轴磨损有磨损，用久后要更换有磨损，用久后要更换几乎无磨损几乎无磨损维护及寿命维护及寿命要经常维护，更换填料，个别情况要经常维护，更换填料，个别情况每班换一次每班换一次寿命很长，很少需要维修寿命很长，很少需要维修高参数高参数高压、高温、高真空、高转速、大高压、高温、高真空、高转速、大直径密封不能解决直径密封不能解决可以可以加工及安装加工及安装加工苛求一般，填料更换方便加工苛求一般，填料更换方便动、静环表面粗糙度及平直度要动、静环表面粗糙度及平直度要求高，不易加工，成本高，装拆求高，不易加工，成本高，装拆不便不便对材料要求对材料要求一般一般动、静环要求较高动、静环要求较高表表表表3-13-1机械密封与填料密封的比较机械密封与填料密封的比较机械密封与填料密封的比较机械密封与填料密封的比较 11二、结构类型二、结构类型1、内流式和外流式、内流式和外流式2、内装式和外装式、内装式和外装式3、旋转式与静止式旋转式与静止式旋转式与静止式旋转式与静止式5、单弹簧与多弹簧单弹簧与多弹簧单弹簧与多弹簧单弹簧与多弹簧6、单端面、双端面和多端面单端面、双端面和多端面单端面、双端面和多端面单端面、双端面和多端面 4、平衡型和非平衡型、平衡型和非平衡型12按介质泄漏方向分为内流式和外流式。按介质泄漏方向分为内流式和外流式。内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄称为内流式。内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄称为内流式。外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄称为外流式。外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄称为外流式。内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固体颗泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固体颗粒的情况尤其应该采用内流式。这样可防止固体颗粒进入摩粒的情况尤其应该采用内流式。这样可防止固体颗粒进入摩擦面。擦面。1、内流式和外流式（图、内流式和外流式（图3-2）13按弹簧是否与介质接触分为内装式和外装式。按弹簧是否与介质接触分为内装式和外装式。内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介质之外。质之外。2、内装式和外装式（如图、内装式和外装式（如图3-3）14外装式特点：外装式机械密封弹簧不与介质接触外装式特点：外装式机械密封弹簧不与介质接触,可以用于可以用于强腐蚀、高粘度、易结晶以及含有固体颗粒的介质等工况条强腐蚀、高粘度、易结晶以及含有固体颗粒的介质等工况条件。但其动环端面在介质压力的作用下存被打开的趋势件。但其动环端面在介质压力的作用下存被打开的趋势,因此因此使用压力比较低使用压力比较低,一般应不大于一般应不大于1Mpa。内装式机械密封则可。内装式机械密封则可以满足较高压力的工况要求。以满足较高压力的工况要求。内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大的弹簧力即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较的弹簧力即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大，小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大，因而增加了密封的可靠性。因而增加了密封的可靠性。一般情况下内装式（内流式）的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏一般情况下内装式（内流式）的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能情况较外装式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能采用内装式（内流式）结构。采用内装式（内流式）结构。15按弹簧的运转状态分为旋转式与静止式。按弹簧的运转状态分为旋转式与静止式。旋转式：即是弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸较小。旋转式：即是弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸较小。高高转速情况下，弹簧及其它转动零件产生的离心力很大，动平转速情况下，弹簧及其它转动零件产生的离心力很大，动平衡要求高，有的介质经强烈搅拌后易结晶，对于这种情况宜衡要求高，有的介质经强烈搅拌后易结晶，对于这种情况宜采用静止式较适宜。采用静止式较适宜。3、旋转式与静止式旋转式与静止式旋转式与静止式旋转式与静止式16主要按介质作用在端面的载荷程度分。主要按介质作用在端面的载荷程度分。4、平衡型和非平衡型、平衡型和非平衡型当不计摩擦副间反压力及密封圈摩擦力时，作用在端面上当不计摩擦副间反压力及密封圈摩擦力时，作用在端面上的比压为：的比压为：式中：式中：式中：式中：PcPc端面比压，是指作用于密封面环带的单位端面比压，是指作用于密封面环带的单位端面比压，是指作用于密封面环带的单位端面比压，是指作用于密封面环带的单位面积上净剩的闭合力，它主要取决于密封结构型式和面积上净剩的闭合力，它主要取决于密封结构型式和面积上净剩的闭合力，它主要取决于密封结构型式和面积上净剩的闭合力，它主要取决于密封结构型式和介质压力。介质压力。介质压力。介质压力。P P介质压力介质压力介质压力介质压力P Pn n弹簧比压（弹簧施加到密封环带单位面积上的弹簧比压（弹簧施加到密封环带单位面积上的弹簧比压（弹簧施加到密封环带单位面积上的弹簧比压（弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力）压紧力）压紧力）压紧力）17其中：其中：其中：其中：AeAe流体介质作用的有效载荷面积流体介质作用的有效载荷面积流体介质作用的有效载荷面积流体介质作用的有效载荷面积A A接触面积（密封环带面积）接触面积（密封环带面积）接触面积（密封环带面积）接触面积（密封环带面积）KK载荷系数，动环的轴向受压面积与端面接触面积载荷系数，动环的轴向受压面积与端面接触面积载荷系数，动环的轴向受压面积与端面接触面积载荷系数，动环的轴向受压面积与端面接触面积之比。之比。之比。之比。d1d1、d2d2密封环带内、外径密封环带内、外径密封环带内、外径密封环带内、外径dbdb平衡直径（介质压力在补偿环辅助密封处的有效平衡直径（介质压力在补偿环辅助密封处的有效平衡直径（介质压力在补偿环辅助密封处的有效平衡直径（介质压力在补偿环辅助密封处的有效作用直径）作用直径）作用直径）作用直径）减小动环的轴向受压面积，可将流体压力施加在摩擦副减小动环的轴向受压面积，可将流体压力施加在摩擦副减小动环的轴向受压面积，可将流体压力施加在摩擦副减小动环的轴向受压面积，可将流体压力施加在摩擦副端面上的载荷部分甚至全部卸除。这一方法称为卸荷。端面上的载荷部分甚至全部卸除。这一方法称为卸荷。端面上的载荷部分甚至全部卸除。这一方法称为卸荷。端面上的载荷部分甚至全部卸除。这一方法称为卸荷。因此因此因此因此KK表示的是介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程表示的是介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程表示的是介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程表示的是介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程度。度。度。度。根据根据根据根据d1d1、d2 d2 和和和和dbdb的不同，的不同，的不同，的不同，KK有不同的值。（图有不同的值。（图有不同的值。（图有不同的值。（图3-43-4）1819K1K1非平衡型非平衡型非平衡型非平衡型 ：介质作用于单位密封面上的轴向压力：介质作用于单位密封面上的轴向压力：介质作用于单位密封面上的轴向压力：介质作用于单位密封面上的轴向压力大于或等于密封腔内介质压力，大于或等于密封腔内介质压力，大于或等于密封腔内介质压力，大于或等于密封腔内介质压力，K=1.1K=1.11.21.20K10K1部分平衡型部分平衡型部分平衡型部分平衡型:介质作用于单位密封面上的轴向压介质作用于单位密封面上的轴向压介质作用于单位密封面上的轴向压介质作用于单位密封面上的轴向压力小于密封腔内介质压力，力小于密封腔内介质压力，力小于密封腔内介质压力，力小于密封腔内介质压力，K=0.6K=0.60.90.9K=0K=0全平衡型：介质对密封面无轴向力全平衡型：介质对密封面无轴向力全平衡型：介质对密封面无轴向力全平衡型：介质对密封面无轴向力K0K0过平衡型：介质对密封面为推开力过平衡型：介质对密封面为推开力过平衡型：介质对密封面为推开力过平衡型：介质对密封面为推开力令令令令=1-K=1-K，称，称，称，称 为平衡系数，为平衡系数，为平衡系数，为平衡系数，它表示介质产生的比压在它表示介质产生的比压在它表示介质产生的比压在它表示介质产生的比压在摩擦副上的卸荷程度。摩擦副上的卸荷程度。摩擦副上的卸荷程度。摩擦副上的卸荷程度。由前面由前面由前面由前面PcPc公式可知，公式可知，公式可知，公式可知，愈大，愈大，愈大，愈大，KK愈小，由于介质引起的愈小，由于介质引起的愈小，由于介质引起的愈小，由于介质引起的端面比压愈小，虽然磨损很小，但不易保证密封；反端面比压愈小，虽然磨损很小，但不易保证密封；反端面比压愈小，虽然磨损很小，但不易保证密封；反端面比压愈小，虽然磨损很小，但不易保证密封；反之之之之 愈小，愈小，愈小，愈小，KK愈大，端面磨损加剧并产生热，甚至有咬愈大，端面磨损加剧并产生热，甚至有咬愈大，端面磨损加剧并产生热，甚至有咬愈大，端面磨损加剧并产生热，甚至有咬坏的危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验，坏的危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验，坏的危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验，坏的危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验，不宜超过不宜超过不宜超过不宜超过0.50.5。20单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同中心安装。中心安装。多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均匀分布。匀分布。一般说负荷较轻而且大量生产的密封采用单弹簧为佳，小量一般说负荷较轻而且大量生产的密封采用单弹簧为佳，小量生产且在严格的条件下使用时，则都采用多弹簧。生产且在严格的条件下使用时，则都采用多弹簧。5、单弹簧与多弹簧单弹簧与多弹簧单弹簧与多弹簧单弹簧与多弹簧21按摩擦面对数分为单端面、按摩擦面对数分为单端面、双端面和多端面。双端面和多端面。单端面：指在密封机构中仅单端面：指在密封机构中仅有一对摩擦副。有一对摩擦副。双端面：指在密封机构中有双端面：指在密封机构中有两对摩擦副，且两对摩擦副两对摩擦副，且两对摩擦副处于相同密封液压力下（图处于相同密封液压力下（图3-5）。）。密封机构中有两对以上的摩密封机构中有两对以上的摩擦副且密封腔的压力逐渐降擦副且密封腔的压力逐渐降低，根据摩擦副的对数分别低，根据摩擦副的对数分别称为双端面、三端面和多端称为双端面、三端面和多端面。面。6、单端面、双端面和多端面单端面、双端面和多端面单端面、双端面和多端面单端面、双端面和多端面 22从结构比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较从结构比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较容易，因而使用很普遍。双端面因要通入带液体（封液）至容易，因而使用很普遍。双端面因要通入带液体（封液）至密封腔内起密封腔内起“封堵封堵”和润滑作用，就需另设一套装置。单端和润滑作用，就需另设一套装置。单端面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许内漏的情况。内漏的情况。231、分析密封使用条件、分析密封使用条件 第二节第二节 机械密封的选用机械密封的选用（1 1）工作参数）工作参数）工作参数）工作参数压力、温度、转速、轴径压力、温度、转速、轴径（2 2）介质特性）介质特性）介质特性）介质特性浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维杂质、是否汽化或结晶杂质、是否汽化或结晶（3）主机工作性质与环境条件）主机工作性质与环境条件连续或间隙操作连续或间隙操作242、主机对密封的要求、主机对密封的要求 密封性密封性密封性密封性寿命寿命寿命寿命结构尺寸的限制结构尺寸的限制结构尺寸的限制结构尺寸的限制可靠性和稳定性可靠性和稳定性可靠性和稳定性可靠性和稳定性3、密封类型与材料的选择、密封类型与材料的选择4、密封系统的综合措施及加工、安装、维修、密封系统的综合措施及加工、安装、维修、经济效益等考虑经济效益等考虑5、结构形式的选择结构形式的选择 251 1）工作压力工作压力工作压力工作压力：密封的工作压力是指密封腔处的压：密封的工作压力是指密封腔处的压：密封的工作压力是指密封腔处的压：密封的工作压力是指密封腔处的压力。当力。当力。当力。当P P介介介介0.50.7MPa0.50.7MPa时，需采用部分平衡时，需采用部分平衡时，需采用部分平衡时，需采用部分平衡型。由前面可知，型。由前面可知，型。由前面可知，型。由前面可知，KK（载荷系数）表示介质产（载荷系数）表示介质产（载荷系数）表示介质产（载荷系数）表示介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程度，生的比压加到摩擦副上的载荷程度，生的比压加到摩擦副上的载荷程度，生的比压加到摩擦副上的载荷程度，P P介介介介增加，增加，增加，增加，则则则则KK增加，据资料介绍，当增加，据资料介绍，当增加，据资料介绍，当增加，据资料介绍，当P=0.50.7MPaP=0.50.7MPa时，时，时，时，用部分平衡型就能保证密封用部分平衡型就能保证密封用部分平衡型就能保证密封用部分平衡型就能保证密封(即即即即KK1)1),若此时若此时若此时若此时采用非平衡型，则采用非平衡型，则采用非平衡型，则采用非平衡型，则KK很大，介质产生的比压加很大，介质产生的比压加很大，介质产生的比压加很大，介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程度也很大，从而密封端面到摩擦副上的载荷程度也很大，从而密封端面到摩擦副上的载荷程度也很大，从而密封端面到摩擦副上的载荷程度也很大，从而密封端面磨损，发热，密封失效。尤其是对于介质粘度磨损，发热，密封失效。尤其是对于介质粘度磨损，发热，密封失效。尤其是对于介质粘度磨损，发热，密封失效。尤其是对于介质粘度低，润滑性能差者，往往压力达低，润滑性能差者，往往压力达低，润滑性能差者，往往压力达低，润滑性能差者，往往压力达0.30.5MPa0.30.5MPa以以以以上就应考虑选择部分平衡型；若是超高压、高上就应考虑选择部分平衡型；若是超高压、高上就应考虑选择部分平衡型；若是超高压、高上就应考虑选择部分平衡型；若是超高压、高压，就应选双端面或多端面密封使之逐级降压。压，就应选双端面或多端面密封使之逐级降压。压，就应选双端面或多端面密封使之逐级降压。压，就应选双端面或多端面密封使之逐级降压。263 3）圆周）圆周）圆周）圆周速度速度速度速度当当当当V V 30m/s30m/s时可选用静止型，即是高时可选用静止型，即是高时可选用静止型，即是高时可选用静止型，即是高速又是高压力时，可考虑用流体动压型机械速又是高压力时，可考虑用流体动压型机械速又是高压力时，可考虑用流体动压型机械速又是高压力时，可考虑用流体动压型机械密封。密封。密封。密封。4 4）介）介）介）介质质质质的的的的腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性及易燃易爆、及易燃易爆、及易燃易爆、及易燃易爆、结结结结晶等性晶等性晶等性晶等性质质质质:对对对对于于于于腐腐腐腐蚀较蚀较蚀较蚀较弱，弱，弱，弱，选选选选内装式内装式内装式内装式较较较较好，因好，因好，因好，因结结结结构上端面受构上端面受构上端面受构上端面受力和泄漏方向比外装式合理，反之，力和泄漏方向比外装式合理，反之，力和泄漏方向比外装式合理，反之，力和泄漏方向比外装式合理，反之，选选选选用外用外用外用外装式。外装外流式介装式。外装外流式介装式。外装外流式介装式。外装外流式介质压质压质压质压力不起自力不起自力不起自力不起自紧紧紧紧作用，作用，作用，作用，故适用于故适用于故适用于故适用于压压压压力力力力较较较较低的情况（低的情况（低的情况（低的情况（0.20.3MPa0.20.3MPa）2 2）温度温度温度温度超出超出超出超出120120是高温。是高温。是高温。是高温。27一、密封环端面发热一、密封环端面发热机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。如果摩擦产生的热量越多，密封的工作如果摩擦产生的热量越多，密封的工作PV值就越值就越大。当然摩擦热除与大。当然摩擦热除与PV值有关外，还与摩擦系数值有关外，还与摩擦系数及端面面积有关。及端面面积有关。假设端面比压是均布的，则摩擦热假设端面比压是均布的，则摩擦热第三节第三节 冷却、冲洗与安装、使用冷却、冲洗与安装、使用28热量的传递有三种方式：对流、间壁导热、辐射。热量的传递有三种方式：对流、间壁导热、辐射。显然机械密封端面的摩擦热就是以这三种方式传递显然机械密封端面的摩擦热就是以这三种方式传递出去的。如果密封环向周围散失的热量与产生的摩出去的。如果密封环向周围散失的热量与产生的摩擦热相平衡，则可得到一个稳定的温度值。擦热相平衡，则可得到一个稳定的温度值。对于普通机械密封，泄漏量较小，它带走的热量可对于普通机械密封，泄漏量较小，它带走的热量可以忽略，那么摩擦热主要是由轴导入动静环，再由以忽略，那么摩擦热主要是由轴导入动静环，再由动静环传给周围介质，即：动静环传给周围介质，即：T-环端面温度与周围介质温度差环端面温度与周围介质温度差l-温度降方向的壁厚，轴向为环厚温度降方向的壁厚，轴向为环厚h，径向为端面宽度，径向为端面宽度b。显然，显然，越小，传出的热量就少，温升越高，越小，传出的热量就少，温升越高，PV值就越大；值就越大；反之，反之，越大，传出的热量就多，温升越低，越大，传出的热量就多，温升越低，PV值就越小。值就越小。因此要选择导热系数大的材料。因此要选择导热系数大的材料。29二、冷却、冲洗方法及系统设计二、冷却、冲洗方法及系统设计如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或PVPV值比较高的情况下，端面间的大量热量不能及值比较高的情况下，端面间的大量热量不能及时导出，必然引起端面温度急剧上升。其结果可时导出，必然引起端面温度急剧上升。其结果可能造成端面间液膜汽化，恶化润滑条件，甚至完能造成端面间液膜汽化，恶化润滑条件，甚至完全处于干摩擦状态，这不仅使磨损加剧，还会导全处于干摩擦状态，这不仅使磨损加剧，还会导致密封环的热裂、变形等等。因此只是依靠选择致密封环的热裂、变形等等。因此只是依靠选择耐高温、导热性好的密封环材料或仅从结构上考耐高温、导热性好的密封环材料或仅从结构上考虑，都很难达到预期的效果。合理的方法就是强虑，都很难达到预期的效果。合理的方法就是强化冷却，使端面摩擦热及时导出。化冷却，使端面摩擦热及时导出。使端面冷却的方式主要有三种：使端面冷却的方式主要有三种：301、端面直接冷却、端面直接冷却将密封介质从系统中高于密封将密封介质从系统中高于密封将密封介质从系统中高于密封将密封介质从系统中高于密封腔压力处引出，通过接管引入腔压力处引出，通过接管引入腔压力处引出，通过接管引入腔压力处引出，通过接管引入密封腔，对于密封介质的温度密封腔，对于密封介质的温度密封腔，对于密封介质的温度密封腔，对于密封介质的温度高或含固体粒子的场合，可在高或含固体粒子的场合，可在高或含固体粒子的场合，可在高或含固体粒子的场合，可在管路上设置冷却器或过滤器，管路上设置冷却器或过滤器，管路上设置冷却器或过滤器，管路上设置冷却器或过滤器，使进入密封腔内的介质净化并使进入密封腔内的介质净化并使进入密封腔内的介质净化并使进入密封腔内的介质净化并降低温度。降低温度。降低温度。降低温度。(1)闭路自冲洗（图闭路自冲洗（图3-24，a）311、端面直接冷却、端面直接冷却将密封腔内的介质引入将密封腔内的介质引入将密封腔内的介质引入将密封腔内的介质引入主机低压侧，使介质通过密主机低压侧，使介质通过密主机低压侧，使介质通过密主机低压侧，使介质通过密封腔进行自循环而带走摩擦封腔进行自循环而带走摩擦封腔进行自循环而带走摩擦封腔进行自循环而带走摩擦热（图热（图热（图热（图3-243-24，b b），这种方法），这种方法），这种方法），这种方法适用于密封腔压力与主机工适用于密封腔压力与主机工适用于密封腔压力与主机工适用于密封腔压力与主机工作压力比较接近的场合。作压力比较接近的场合。作压力比较接近的场合。作压力比较接近的场合。(2)反向自冲洗反向自冲洗321、端面直接冷却、端面直接冷却将介质从高压侧引出，将介质从高压侧引出，将介质从高压侧引出，将介质从高压侧引出，流经密封腔进行冲洗后流回流经密封腔进行冲洗后流回流经密封腔进行冲洗后流回流经密封腔进行冲洗后流回主机吸入侧（图主机吸入侧（图主机吸入侧（图主机吸入侧（图3-24,c3-24,c），这），这），这），这种冲洗冷却效果优于前两种。种冲洗冷却效果优于前两种。种冲洗冷却效果优于前两种。种冲洗冷却效果优于前两种。(3)贯通自冲洗贯通自冲洗331、端面直接冷却、端面直接冷却利用其它压力源将冲洗冷却液利用其它压力源将冲洗冷却液利用其它压力源将冲洗冷却液利用其它压力源将冲洗冷却液注入密封腔内（图注入密封腔内（图注入密封腔内（图注入密封腔内（图3-243-24，d d）。）。）。）。冲洗液应为低温、清洁液体，冲洗液应为低温、清洁液体，冲洗液应为低温、清洁液体，冲洗液应为低温、清洁液体，并且少量内漏与密封介质相混并且少量内漏与密封介质相混并且少量内漏与密封介质相混并且少量内漏与密封介质相混在工艺上必须是允许的，冲洗在工艺上必须是允许的，冲洗在工艺上必须是允许的，冲洗在工艺上必须是允许的，冲洗液压力应比密封介质压力大液压力应比密封介质压力大液压力应比密封介质压力大液压力应比密封介质压力大0.050.1Mpa0.050.1Mpa。对于高温或含固。对于高温或含固。对于高温或含固。对于高温或含固体颗粒的介质，效果较好。体颗粒的介质，效果较好。体颗粒的介质，效果较好。体颗粒的介质，效果较好。(4)内冲洗内冲洗 341、端面直接冷却、端面直接冷却在密封腔内的一段轴上装上小型动力元件（图在密封腔内的一段轴上装上小型动力元件（图在密封腔内的一段轴上装上小型动力元件（图在密封腔内的一段轴上装上小型动力元件（图3-3-2525），使密封腔内介质进行局部循环，或在旋转环），使密封腔内介质进行局部循环，或在旋转环），使密封腔内介质进行局部循环，或在旋转环），使密封腔内介质进行局部循环，或在旋转环外周开槽同样能直到泵送作用。外周开槽同样能直到泵送作用。外周开槽同样能直到泵送作用。外周开槽同样能直到泵送作用。(5)局部循环冲洗局部循环冲洗352、静环背部冷却、静环背部冷却从静止环背部将清水、油等冷从静止环背部将清水、油等冷从静止环背部将清水、油等冷从静止环背部将清水、油等冷却液直接引入密封环内表面的却液直接引入密封环内表面的却液直接引入密封环内表面的却液直接引入密封环内表面的一种冷却方法（图一种冷却方法（图一种冷却方法（图一种冷却方法（图3-263-26），又），又），又），又称为急冷法、外冲洗法。冷却称为急冷法、外冲洗法。冷却称为急冷法、外冲洗法。冷却称为急冷法、外冲洗法。冷却效果好，但冷却水硬度高时产效果好，但冷却水硬度高时产效果好，但冷却水硬度高时产效果好，但冷却水硬度高时产生的无机物水垢在轴上沉生的无机物水垢在轴上沉生的无机物水垢在轴上沉生的无机物水垢在轴上沉积，会影响动环密封圈的浮动积，会影响动环密封圈的浮动积，会影响动环密封圈的浮动积，会影响动环密封圈的浮动性，可能会引起密封失效。性，可能会引起密封失效。性，可能会引起密封失效。性，可能会引起密封失效。363、间接冷却、间接冷却冷却液不直接与密封面接触，其效果没有直接冷却效果好，冷却液不直接与密封面接触，其效果没有直接冷却效果好，冷却液不直接与密封面接触，其效果没有直接冷却效果好，冷却液不直接与密封面接触，其效果没有直接冷却效果好，但对冷却液要求不高。常用但对冷却液要求不高。常用但对冷却液要求不高。常用但对冷却液要求不高。常用 静环外周冷却（图静环外周冷却（图3-27，b）夹套冷却（图）夹套冷却（图3-27，a）轴套冷却（图轴套冷却（图3-27，c）蛇管冷却（图）蛇管冷却（图3-28）37三、机械密封的安装三、机械密封的安装1、安装前的准备及注意事项、安装前的准备及注意事项检查机械密封的型号、规格是否符合设计图检查机械