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1、2022/6/3第三章第三章 机械密封机械密封2022/6/3机械密封发展概况机械密封发展概况 一、国外n机械密封的第一个专利1885年出现于英国，1900年开始应用于轴承密封。n1913年出现了汽轮机上使用双端面密封的专利。1919年出现了单端面机械密封专利。n20世纪20年代，机械密封才开始在许多冷冻装置上得到较多的使用。n20世纪50年代后期，石化、宇航与核电等行业的迅速发展，推动了机械密封的快速发展。机械密封获得了广泛的使用。美国、西欧、日本、前苏联等国家都开始系列化生产机械密封。n20世纪60年代出现了非接触式机械密封。2022/6/3机械密封发展概况机械密封发展概况 n197119
2、74年由于宇航和核电方面的特殊要求，在结构上出现了多级密封，1977年出现了螺旋机械密封组合的密封、改进的中间浮动环密封、浮环机械密封组合密封等新结构，从而使机械密封达到新的水平。n20世纪80年代随着人们环境保护意识的提高，出现了新结构、新概念、新技术、新工艺和新材料的新型机械密封。如研制出了“零泄漏”机械密封，打破了非接触式密封总是泄漏的旧概念；开发出了上游泵送机械密封。 2022/6/3机械密封发展概况机械密封发展概况 二、国内n1956年兰州炼油厂、沈阳水泵厂等单位首先试制泵用机械密封。n1966年天津机械密封件厂开始生产机械密封。 n1970年出台了“泵用机械密封系列”标准。n197
3、3年出台了“釜用机械密封系列”标准。n20世纪末，在常规机械密封的设计、生产方面已基本达到国际水平，但在高参数、高性能材料和产品规格方面，仍有很大差距。2022/6/3一、机械密封的基本结构、作用原理和特点一、机械密封的基本结构、作用原理和特点 1.定义由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。2.基本结构机械密封一般主要由四大部分组成：由静止环（静环）和旋转环（动环）组成的一对密封端面，该密封端面有时也称为摩擦副，是机械密封的核心；以弹性元件（或磁性元件）为主的补偿缓冲机构；辅助密封机构；使动环和轴
4、一起旋转的传动机构。 第一节第一节 机械密封的基本原理机械密封的基本原理 2022/6/3机械密封结构图1紧定螺钉；2弹簧座；3弹簧；4动环辅助密封圈；5动环；6静环；7静环辅助密封圈；8防转销 2022/6/33.作用原理n（1）动环在弹簧力和介质压力的作用下，与静环的端面紧密贴合，并发生相对滑动，阻止了介质沿端面间的径向泄漏（泄漏点1） ；n（2）动环辅助密封圈阻止了介质可能沿动环与轴之间间隙的泄漏（泄漏点2） ； n（3）静环辅助密封圈阻止了介质可能沿静环与端盖之间间隙的泄漏（泄漏点3）； n（4）用O形圈或垫片来密封端盖与密封腔体连接处的泄漏（泄漏点4） 。机械密封的基本结构、作用原理
5、和特点机械密封的基本结构、作用原理和特点2022/6/3从结构上看，机械密封主要是将极易泄漏的轴向密封，改变为不易泄漏的端面密封。 由动环端面与静环端面相互贴合而构成的动密封，是决定机械密封性能和寿命的关键。据统计，机械密封的泄漏大约有80%95%是由于密封端面摩擦副造成的。对动环和静环的接触端面要求很高，我国机械行业标准JB/T 4127.12013 机械密封 第1部分：技术条件 中规定：密封端面平面度公差应不大于0.0009 mm；硬质材料密封端面粗糙度Ra值应不大于0.2 m，软质材料密封端面粗糙度Ra值不大于0.4 m。 2022/6/34.特点（1）密封性好。在长期运转中密封状态很稳
6、定，泄漏量很小，据统计约为软填料密封泄漏量的1%以下。（2）使用寿命长。机械密封端面由自润滑性及耐磨性较好的材料组成，还具有磨损补偿机构。因此，密封端面的磨损量在正常工作条件下很小，一般的可连续使用1 2年，特殊的可用到5 10年以上。（3）运转中不用调整。由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中即使摩擦副磨损后，密封端面也始终自动地保持贴合。因此，正确安装后，就不需要经常调整，使用方便，适合连续化、自动化生产。（4）功率损耗小。由于机械密封的端面接触面积小，摩擦功率损耗小，一般仅为填料密封的20% 30%。（5）轴或轴套表面不易磨损。由于机械密封与轴或轴套的接触部位几乎没有相对运
7、动，因此对轴或轴套的磨损较小。机械密封的基本结构、作用原理和特点机械密封的基本结构、作用原理和特点2022/6/34.特点（6）耐振性强。机械密封由于具有缓冲功能，因此当设备或转轴在一定范围内振动时，仍能保持良好的密封性能。 （7）密封参数高，适用范围广。当合理选择摩擦副材料及结构，加之设置适当的冲洗、冷却等辅助系统的情况下，机械密封可广泛适用于各种工况，尤其在高温、低温、强腐蚀、高速等恶劣工况下，更显示出其优越性。目前机械密封技术参数可达到如下水平：轴径5 1000mm；使用压力10 6 80MPa；使用温度 200 1000；机器转速可达50000r/min；密封流体压力p与密封端面平均线
8、速度v的乘积pv值可达1000MPam/s。（8）结构复杂、拆装不便。与其它密封比较，机械密封的零件数目多，要求精密，结构复杂。特别是在装配方面较困难，拆装时要从轴端抽出密封环，必须把机器部分（联轴器）或全部拆卸，要求工人有一定的技术水平。 机械密封的基本结构、作用原理和特点机械密封的基本结构、作用原理和特点2022/6/31. 按应用的主机分类 泵用机械密封、釜用机械密封、透平压缩机用机械密封、风机用机械密封、冷冻机用机械密封以及其它主机用机械密封。 二、机械密封的分类二、机械密封的分类2022/6/32.按使用工况和参数分类 二、机械密封的分类二、机械密封的分类2022/6/33. 按作用
9、原理和结构分类（1 1）按密封端面的按密封端面的对数分类对数分类 单端面 双端面 多端面 2022/6/32022/6/3双端面机械密封双端面机械密封 2022/6/33.按作用原理和结构分类（2）按密封流体所处按密封流体所处的压力状态分类的压力状态分类 单级密封单级密封 双级密封双级密封 多级密封多级密封 与单端面机与单端面机械密封相同械密封相同 两级密封两级密封串联布置串联布置 使密封流体使密封流体处于一种压处于一种压力状态力状态 2022/6/3双级串联机械密封 2022/6/33.按作用原理和结构分类按密封流体作用在按密封流体作用在密封端面上的压力密封端面上的压力分类分类 （3）平衡式
10、平衡式机械密封机械密封 ( (B1)1)非平衡非平衡式机械密封式机械密封(0(0 B 1)1)部分部分平衡式平衡式 ( (B0)0)过平衡式过平衡式 2022/6/3u非平衡型机械密封，其密封端面上的作用力随密封流体压力升高而增大，因此只适用于低压密封，对于一般液体可用于密封压力0.7MPa；对于润滑性差及腐蚀性液体可用于压力0.3 0.5MPa。u而平衡型机械密封能部分或全部平衡流体压力对端面的作用，其密封端面上的作用力随密封流体压力变化较小，能降低端面上的摩擦和磨损，减小摩擦热，承载能力大，因此它适用于压力较高的场合，对于一般液体可用于0.7 4.0MPa，甚至可达10MPa；对于润滑性较
11、差、黏度低、密度小于600kg/m3的液体（如液化气），可用于液体压力较高的场合。 2022/6/33.按作用原理和结构分类按静环与密封端盖按静环与密封端盖 的相对位置分类的相对位置分类 （4）内装式内装式机械密封机械密封 外装式外装式机械密封机械密封 2022/6/3内装（或内置）式机械密封可以利用密封腔内流体压力来密封，机械密封的元件均处于密封流体中，密封端面的受力状态以及冷却和润滑条件好，是常用的结构型式。外装（或外置）式机械密封的大部分零件不与密封流体接触，暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是，由于外装（或外置）式结构的密封流体作用力与弹性元件的弹力方向相反，当流体压力有波动，而弹簧
12、补偿量又不大时，会导致密封环不稳定甚至严重泄漏。外装（或外置）式机械密封仅用于强腐蚀、高黏度和易结晶介质以及介质压力较低的场合。 2022/6/33.按作用原理和结构分类按弹簧的个数分类按弹簧的个数分类 （5）单弹簧式单弹簧式机械密封机械密封 多弹簧式多弹簧式机械密封机械密封 多弹簧式多弹簧式单弹簧式单弹簧式2022/6/3单弹簧式机械密封端面上的弹簧压力，尤其在轴径较大时分布不均，而且高速下离心力使弹簧偏移或变形，弹簧力不易调节，一种轴径需用一种规格弹簧，弹簧规格多，轴向尺寸大，径向尺寸小，安装维修简单，因此，它多用于较小轴径（不大于80 150mm）、低速密封 。多弹簧式机械密封的弹簧压力
13、分布则相对较均匀，受离心力影响较小，弹簧力可通过改变弹簧个数来调节，不同轴径可用数量不同的小弹簧，使弹簧规格减少，轴向尺寸小，径向尺寸大，安装繁琐，适用于大轴径高速密封。但多弹簧的弹簧丝径细，在腐蚀性介质或有固体颗粒介质的场合下，易因腐蚀和堵塞而失效。 2022/6/33.按作用原理和结构分类按补偿环是否按补偿环是否随轴旋转分类随轴旋转分类 （6）旋转式旋转式机械密封机械密封 静止式静止式机械密封机械密封 旋转式旋转式静止式静止式2022/6/3旋转式机械密封的弹性元件装置简单，径向尺寸小，常用于一般机械密封，但不宜用于高速。因高速情况下转动件的不平衡质量易引起振动和介质被强烈搅动。 由于静止
14、式机械密封的弹性元件不受离心力影响，常用于高速机械密封。线速度大于30m/s时，宜采用静止式机械密封。 2022/6/33.按作用原理和结构分类按密封流体按密封流体 泄漏方向分类泄漏方向分类 （7）内流式内流式机械密封机械密封 外流式外流式机械密封机械密封 2022/6/3n由于内流式密封中离心力阻止泄漏流体，其泄漏量要比外流式小些。内流式机械密封应用较广，多用于内装式密封，密封可靠，适用于高压。n当转速极高时，为加强端面润滑采用外流式机械密封较合适，但介质压力不宜过高，最高压力为1 2MPa。 2022/6/33.按作用原理和结构分类按补偿环上离密封端面按补偿环上离密封端面最远的背面是处于最
15、远的背面是处于高压侧或低压侧分类高压侧或低压侧分类 （8）背面高压式背面高压式机械密封机械密封 背面低压式背面低压式机械密封机械密封 2022/6/33.按作用原理和结构分类背面高压式背面高压式 2022/6/33.按作用原理和结构分类背面低压式背面低压式 2022/6/33.按作用原理和结构分类按密封端面按密封端面接触状态分类接触状态分类 （9）非接触式非接触式机械密封机械密封 接触式接触式机械密封机械密封流体静压式流体静压式 流体动压流体动压式式 2022/6/3流体静压式机械密封，是指密封端面设计成特殊的几何形状，应用外部引入的压力流体或被密封介质本身通过密封界面的压力降，产生流体静压效
16、应的密封。流体动压式机械密封，是指密封端面设计成特殊的几何形状，利用端面相对旋转，自行产生流体动压效应的密封，如螺旋槽端面机械密封 。2022/6/32022/6/32022/6/32022/6/32022/6/32022/6/32022/6/32022/6/32022/6/32022/6/32022/6/33.按作用原理和结构分类（10）波纹管型机械密封按波纹管型机械密封按 波纹管材料不同分类波纹管材料不同分类 金属波纹管型机械密封金属波纹管型机械密封 聚四氟乙烯波纹管型机械密封聚四氟乙烯波纹管型机械密封 橡胶波纹管型机械密封橡胶波纹管型机械密封 波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。波纹管型机械密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损，追随性好，适用范围广。追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。 2022/6/3金属波纹管耐蚀性好，可在高、低温下使用。聚四氟乙烯波纹管型机械密封由于聚四氟乙烯耐腐蚀性好，可用于各种腐蚀介质中。橡胶波纹管型机械密封结构简单紧凑，安装方便且价格便宜，适用于工
