ch3 机械密封

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1、1 第三章 机械密封 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 。 2 一、密封原理和特点 1.结构 第一节 机械密封原理和基本结构型式 （ 1）组成 1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉3 1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密

2、封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉（ 2）固定 紧定螺钉把弹簧固定在轴上 静环的周向固定： 静环上开槽，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。 4 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的端面密封。如图 3-1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触的环形密封面阻止了介质的泄漏。 1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧

3、 8-弹簧座9-紧定螺钉5 机械密封一般有四个密封处： A、动环与静环之间的密封 动密封 B、动环与轴或轴套之间的密封 相对静密封 C、静环与静环座之间的密封 静密封 D、静环座（压盖）与设备之间的密封 静密封 1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉机械密封的主要特点主是密封面为垂直于旋转轴线的端面。 A B C D 6 3.基本构件 （ 1）动环和静环 材料 较好的耐磨性，能有减摩作用（即 f要小） 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透。 动、静环是一对摩擦副，

4、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。 7 配对方法： 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 介质粘度较大时，采用金属与金属配对。 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 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， JB4127-85 机械密封技术条 件规定较高。 8 （ 2）弹簧加荷装置 （ 3）辅助密封

5、元件 型式： O形、 V形、矩形等 作用： 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上的压紧力称为弹簧比压 ps，那么 ps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比压；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。 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封端面进行密封的装置。 9 优点 密封可靠，在一个较长的使用期中，不会泄漏或很少泄漏； 使用寿命长，正确选择摩擦副材料和比压的机械密封可用 2

6、 5年，最长的达 9年； 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； 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； 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。 4.机械密封的优缺点：（与软填料密封比较） 缺点 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； 发生偶然事故时，处理比较困难； 一次性投资高。 10 比较 软填料密封 机械密封 泄漏量 180 450ml/h 一般为软填料密封的 摩擦功率损失 机械密封为软填料密封的 10 50 轴磨损 有磨损，用久后要更换 几乎

7、无磨损 维护及寿命 要经常维护，更换填料，个别情况每班换一次 寿命很长，很少需要维修 高参数 高压、高温、高真空、高转速、大直径密封不能解决 可以 加工及安装 加苛求一般，填料更换方便 动、静环表面粗糙度及平直度要求高，不易加工，成本高，装拆不便 对材料要求 一般 动、静环要求较高 表 3-1机械密封与填料密封的比较 11 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

8、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） 12 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） 13 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。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。

9、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。 14 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： KPPPddddPPsbsc )()(2122222式中： Pc 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介质压力。

10、 P 介质压力 Pn 弹簧比压（弹簧施加到密封环带单位面积上的压紧力） 15 AAKdddd eb 2122222其中： Ae 流体介质作用的有效载荷面积 A 接触面积（密封环带面积） K 载荷系数，动环的轴向受压面积与端面接触面积之比。 d1、 d2 密封环带内、外径 db 平衡直径（介质压力在补偿环辅助密封处的有效作用直径） 减小动环的轴向受压面积，可将流体压力施加在摩擦副端面上的载荷部分甚至全部卸除。这一方法称为卸荷。 因此 K表示的是介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程度。 根据 d1、 d2 和 db的不同， K有不同的值。（图 3-4） A AA PA PAAA PK= 0 K 1K

11、 0 0 K 1图 3- 416 AAA PA PAAA PK= 0 K 1K 0 0 K 1图 3- 417 K1非平衡型 ：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， K=1.1 1.2 0K1部分平衡型 : 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， K=0.6 0.9 K=0全平衡型：介质对密封面无轴向力 K0过平衡型：介质对密封面为推开力 令 =1-K，称 为平衡系数， 它表示介质产生的比压在摩擦副上的卸荷程度。 由前面 Pc公式可知， 愈大， K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；反之 愈小， K愈大，端面磨损加剧并的热，甚

12、至有咬坏的危险，那密封就失效了。因此根据经验与试验， 不宜超过 0.5。 18 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 19 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。 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。 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。 4、 单弹簧与多弹簧 20 按摩擦面对数分为单端面、双

13、端面和多端面。 单端面：指在密封机构中仅有一对摩擦副。 双端面：指在密封机构中有两对摩擦副，且两对摩擦副处于相同封液压力下（图 3-5）。 密封机构中有两对以上的摩擦副且密封腔的压力逐渐降低，根据摩擦副的对数分别称为双端面、三端面和多端面。 4、 单端面、双端面和多端面 21 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）至密封腔内起 “ 封堵 ” 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内

14、漏的情况。 22 三、常用机械密封标准结构简介 1、泵用机械密封标准结构 2、釜用机械密封标准结构 23 三、常用机械密封标准结构简介 1、泵用机械密封标准结构 1） 103、 109型机械密封 103和 109型均为单端面、单弹簧、旋转式结构，靠并圈弹簧及带耳环的推环传动， 103为非平衡型， 109为平衡型，通常按内流内装式设计，为国内使用最为普遍的一种结构。 24 2） 104、 110型机械密封 104为非平衡型， 110为平衡型，也按内流骨装式设计，与前两种不同之处在于它们是靠带耳环的传动套传动。 25 3） 105、 111型机械密封 105型为非平衡型， 111型为平衡型，与和第

15、一种型式比较，不同的是弹性元件为多个沿周向均匀布置的小弹簧，传动方式是靠传动螺钉，通常也按内流内装式设计。 26 4） 114型机械密封 114型机械密封为单端面、单弹簧、非平衡结构，旋转环是靠推环的拨叉带动耳环传动，按外流外装式设计，主要用于化工腐蚀泵上。 27 2、釜用机械密封标准结构 釜用机械密封标准（ HG-、 5-751-78至 HG5-756-78）列出了化工反应釜搅拌轴用机械密封六种型式共108种规格，并规定了密封件的材料级别及主要技术要求。 28 29 30 31 一、密封特性 1.轴承润滑理论 第二节 密封特性与端面液膜承载能力 （ 1）两平行平板 yuAF 此式也称为牛顿粘性液摩擦定律 式中， A 移动板的面积 比例常数，即