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1、第一章 机械密封培训 教学重点： （1）机械密封结构、原理； （2）机械密封与软填料密封比较时的优缺点； （3）内（外）流式单端面机械密封的端面比压计算。 教学难点： （1）机械密封的设计计算； （2）机械密封的冷却、冲洗与安装； （3）特殊工况下机械密封的设计要点。 （4）密封技术与润滑的关系 。 1 一、密封原理和特点 1.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 2 （2 2）固定）固定 紧定螺钉把弹簧固定在轴上紧定螺钉把弹簧固定在轴上 静环的周向固定：静环的周向固定：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
2、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。 3 2.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。如图的端面密封。如图3-13-1所示，当轴转动时，带动了弹簧所示，当轴转动时，带动了弹簧 座、弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的座、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，动环与轴一作用使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 与静环相接触的环形密封面阻止了介
3、质的泄漏。与静环相接触的环形密封面阻止了介质的泄漏。 4 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密封静密封 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 为垂直于旋转轴为垂直于旋转轴 线的端面。线的端面。 A AB B C C D D 5 3.基本构件 （1 1）动环和静环）动环和静环
4、 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f f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 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。 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 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
5、 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。 6 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 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。 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 互滑动摩擦，故端面的加工精度影响着密封
6、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。因此，和使用寿命。因此，JB4127-85JB4127-85机械密封技术条机械密封技术条 件规定较高。件规定较高。 7 （2 2）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 型式：型式：OO形、形、V V形、矩形等形、矩形等 作用：作用：产生压紧力，保持动、静环端而后紧密接触，产生压紧力，保持动、静环端而后紧密接触， 且是一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而且是一个缓冲元件，可以补偿轴的跳动及加工误差而 引起的摩擦面不贴合。引起的摩擦面不贴合。 再进一步，如果我们把弹簧施加到密封环带单位面积再进一步，如
7、果我们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上的压紧力称为弹簧比压p p s s ，那么，那么p p s s 的作用有两点：的作用有两点： 起动停车或介质压力波动时，使密封面维持足够的起动停车或介质压力波动时，使密封面维持足够的 比压；比压；克服密封圈与轴的摩擦力，保持动环沿轴向克服密封圈与轴的摩擦力，保持动环沿轴向 移动，以补偿端面的磨损。移动，以补偿端面的磨损。 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 冲机构，并通过与旋转轴大体垂直并做相对转动的密冲机构，并通过与旋转轴大体垂直并做相对转动的密 封端面进行密封的装置。封端面
8、进行密封的装置。 8 优优 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 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 可用可用2525年，最长的达年，最长的达9 9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； 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； 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
9、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 。 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） 缺缺 点点 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； 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； 一次性投资高。一次性投资高。 9 比较软填料密封机械密封 泄漏量180450ml/h一般为软为软 填料密封的 摩擦功率损损失机械密封为软为软 填料密封的
10、1050 轴轴磨损损有磨损损，用久后要更换换几乎无磨损损 维护维护 及寿命 要经经常维护维护 ，更换换填料，个别别情 况每班换换一次 寿命很长长，很少需要维维修 高参数 高压压、高温、高真空、高转转速、 大直径密封不能解决 可以 加工及安装加苛求一般，填料更换换方便 动动、静环环表面粗糙度及平直度 要求高，不易加工，成本高，装 拆不便 对对材料要求一般动动、静环环要求较较高 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 10 二、结构类型 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者称为内流式。 外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄者称为外
11、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 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 擦面。 1、内流式和外流式（图3-2） 11 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 质之外。 2、内装式和外装式（如图3-3） 12 外装式特点：一般来说大部分机械密封零件不与介质接触， 且暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是由于外装式结 构的介质作用与弹簧力相反（指常用结构）。当介质压力有 波动或升高的情况下，弹簧力余量又不大时，会出现密封不 稳定的情况以致产生泄漏
12、。当介质压力降低时，因弹簧力不 变，在摩擦面上受负荷增大，特别在低压起动时，摩擦副的 表面间尚未构成液膜，此时比压又是最大，容易擦伤端面。 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 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。 一般情况下内装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，应尽可能采用内装式 结构。 13 主要按介质作用在端面的载荷程度分。 3、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 的比压为： 式中：
13、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 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。 PP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 压紧力）压紧力） 14 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 AA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 之比。之比。 d1d1、d2d2密封
14、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 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 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 度。度。 根据根据d1d1、d2 d2 和和dbdb的不同，的不同，KK有不同的值。（图有不同的值。（图3-43-4） 15 16 K1K1非平衡型非平衡型 ：
15、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，K=1.1K=1.11.21.2 0K10K1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 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=0.60.90.9 K=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 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 令令=1-K=1-K，称，称 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 摩擦副上的卸荷
16、程度。摩擦副上的卸荷程度。 由前面由前面PcPc公式可知，公式可知， 愈大，愈大，KK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 之之 愈小，愈小，KK愈大，端面磨损加剧并的热，甚至有咬坏愈大，端面磨损加剧并的热，甚至有咬坏 的危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验，的危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验， 不不 宜超过宜超过0.50.5。 17 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。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 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。 4、旋转式与静止式旋转
