【正文】 2022/2/2 第三章 機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 機械密封發(fā)展概況 一、國外 ? 機械密封的第一個 專利 1885年 出現(xiàn)于英國， 1900年開始應用于 軸承密封 。 ? 1913年出現(xiàn)了汽輪機上使用 雙端面密封 的專利。 1919年出現(xiàn)了 單端面 機械密封專利。 ? 20世紀 20年代 ，機械密封才開始在許多 冷凍裝置 上得到較多的使用。 ? 20世紀 50年代后期 ，石化、宇航與核電等行業(yè)的迅速發(fā)展，推動了機械密封的快速發(fā)展。機械密封獲得了廣泛的使用。美國、西歐、日本、前蘇聯(lián)等國家都開始系列化生產(chǎn)機械密封。 ? 20世紀 60年代 出現(xiàn)了非接觸式機械密封 。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 機械密封發(fā)展概況 ? 1971?1974年 由于宇航和核電方面的特殊要求，在結構上出現(xiàn)了多級密封， 1977年 出現(xiàn)了螺旋 — 機械密封組合的密封、改進的中間浮動環(huán)密封、浮環(huán) — 機械密封組合密封等新結構，從而使機械密封達到新的水平。 ? 20世紀 80年代 隨著人們環(huán)境保護意識的提高，出現(xiàn)了新結構、新概念、新技術、新工藝和新材料的新型機械密封。如研制出了 “ 零泄漏 ” 機械密封，打破了非接觸式密封總是泄漏的舊概念；開發(fā)出了上游泵送機械密封。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 機械密封發(fā)展概況 二、國內(nèi) ? 1956年 蘭州煉油廠、沈陽水泵廠等單位首先試制泵用機械密封。 ? 1966年 天津機械密封件廠開始生產(chǎn)機械密封。 ? 1970年 出臺了 “ 泵用機械密封系列 ” 標準。 ? 1973年 出臺了 “ 釜用機械密封系列 ” 標準。 ? 20世紀末 ，在常規(guī)機械密封的設計、生產(chǎn)方面已基本達到國際水平，但在高參數(shù)、高性能材料和產(chǎn)品規(guī)格方面，仍有很大差距。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 一、機械密封的基本結構、作用原理和特點 由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。 機械密封一般主要由四大部分組成： ①由靜止環(huán)（ 靜環(huán) ）和旋轉環(huán)（ 動環(huán) ）組成的一對密封端面，該密封端面有時也稱為摩擦副，是機械密封的核心； ②以彈性元件（或磁性元件）為主的 補償緩沖機構 ； ③ 輔助密封機構 ； ④使動環(huán)和軸一起旋轉的 傳動機構 。 第一節(jié) 機械密封的基本原理 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 機械密封結構圖 1— 緊定螺釘； 2— 彈簧座； 3— 彈簧；4— 動環(huán)輔助密封圈； 5— 動環(huán)； 6— 靜環(huán)； 7— 靜環(huán)輔助密封圈； 8— 防轉銷 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ? （ 1）動環(huán)在彈簧力和介質(zhì)壓力的作用下，與靜環(huán)的端面緊密貼合，并發(fā)生相對滑動，阻止了介質(zhì)沿端面間的徑向泄漏（ 泄漏點 1） ； ? （ 2）動環(huán)輔助密封圈阻止了介質(zhì)可能沿動環(huán)與軸之間間隙的泄漏（ 泄漏點 2） ； ? （ 3）靜環(huán)輔助密封圈阻止了介質(zhì)可能沿靜環(huán)與端蓋之間間隙的泄漏（ 泄漏點 3）； ? （ 4）用 O形圈或墊片來密封端蓋與密封腔體連接處的泄漏（ 泄漏點4） 。 機械密封的基本結構、作用原理和特點 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 從結構上看，機械密封主要是將極易泄漏的軸向密封，改變?yōu)椴灰仔孤┑亩嗣婷芊狻? 由動環(huán)端面與靜環(huán)端面相互貼合而構成的動密封，是決定機械密封性能和壽命的關鍵。據(jù)統(tǒng)計，機械密封的泄漏大約有 80%~95%是由于密封端面摩擦副造成的。 對動環(huán)和靜環(huán)的接觸端面要求很高，我國機械行業(yè)標準JB/T — 1999《 機械密封技術條件 》 中規(guī)定：密封端面平面度不大于 mm；金屬材料密封端面粗糙度 Ra值應不大于 ?m，非金屬材料密封端面粗糙度 Ra值不大于 ?m。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 1）密封性好。 在長期運轉中密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，據(jù)統(tǒng)計約為軟填料密封泄漏量的 1%以下。 （ 2）使用壽命長。 機械密封端面由自潤滑性及耐磨性較好的材料組成，還具有磨損補償機構。因此，密封端面的磨損量在正常工作條件下很小，一般的可連續(xù)使用 1?2年，特殊的可用到 5?10年以上。 （ 3）運轉中不用調(diào)整。 由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉中即使摩擦副磨損后，密封端面也始終自動地保持貼合。因此，正確安裝后，就不需要經(jīng)常調(diào)整，使用方便，適合連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。 （ 4）功率損耗小。 由于機械密封的端面接觸面積小，摩擦功率損耗小，一般僅為填料密封的 20%?30%。 （ 5）軸或軸套表面不易磨損。 由于機械密封與軸或軸套的接觸部位幾乎沒有相對運動，因此對軸或軸套的磨損較小。 機械密封的基本結構、作用原理和特點 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 6）耐振性強。 機械密封由于具有緩沖功能，因此當設備或轉軸在一定范圍內(nèi)振動時，仍能保持良好的密封性能。 （ 7）密封參數(shù)高，適用范圍廣。 當合理選擇摩擦副材料及結構，加之設置適當?shù)臎_洗、冷卻等輔助系統(tǒng)的情況下，機械密封可廣泛適用于各種工況，尤其在高溫、低溫、強腐蝕、高速等惡劣工況下，更顯示出其優(yōu)越性。目前機械密封技術參數(shù)可達到如下水平：軸徑5?1000mm；使用壓力 10?6?42MPa；使用溫度 ?200?1000℃ ；機器轉速可達 50000r/min；密封流體壓力 p與密封端面平均線速度 v的乘積pv值可達 1000MPam/s。 （ 8）結構復雜、拆裝不便。 與其它密封比較，機械密封的零件數(shù)目多，要求精密，結構復雜。特別是在裝配方面較困難，拆裝時要從軸端抽出密封環(huán)，必須把機器部分（聯(lián)軸器）或全部拆卸，要求工人有一定的技術水平。 機械密封的基本結構、作用原理和特點 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 1. 按應用的主機分類 泵用機械密封、釜用機械密封、透平壓縮機用機械密封、風機用機械密封、潛水電機用機械密封、冷凍機用機械密封以及其它主機用機械密封。 二、機械密封的分類 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 二、機械密封的分類 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 二、機械密封的分類 參數(shù)和軸徑分類 重型機械密封 中型機械密封 輕型機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 1）重型機械密封 ：通常指滿足下列參數(shù)和軸徑之一的機械密封。 ? 密封腔壓力大于 3MPa； ? 密封腔溫度小于 ?20℃ 或大于 150℃ ； ? 密封端面平均線速度不小于 25m/s； ? 密封軸徑大于 120mm。 （ 2）輕型機械密封 ：通常指滿足下列參數(shù)和軸徑的機械密封。 ? 密封腔壓力小于 ； ? 密封腔溫度大于 0℃ 、小于 80℃ ； ? 密封端面平均線速度小于 10m/s； ? 密封軸徑不大于 40mm。 （ 3）中型機械密封 ：通常指不滿足重型和輕型的其它機械密封。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 4. 按作用原理和結構分類 （ 1） 按密封端面的 對數(shù)分類 單端面 雙端面 多端面 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 雙端面機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 2） 按密封流體所處 的壓力狀態(tài)分類 單級密封 雙級密封 多級密封 與單端面機械密封相同 兩級密封串聯(lián)布置 使密封流體處于一種壓力狀態(tài) 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 雙級串聯(lián)機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 按密封流體壓力 卸荷程度分類 （ 3） 平衡式 機械密封 (?≥1) 非平衡 式機械密封 (0???1)部分 平衡式 (?≤0) 過平衡式 212222ddddAA be?????化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ?非平衡式機械密封，其密封端面上的作用力隨密封流體壓力升高而增大，因此只適用于低壓密封，對于一般液體可用于密封壓力 ≤ ；對于潤滑性差及腐蝕性液體可用于壓力 ≤ ?。 ?而平衡式機械密封能部分或全部平衡流體壓力對端面的作用，其密封端面上的作用力隨密封流體壓力變化較小，能降低端面上的摩擦和磨損，減小摩擦熱，承載能力大，因此它適用于壓力較高的場合，對于一般液體可用于 ?，甚至可達 10MPa；對于潤滑性較差、黏度低、密度小于 600kg/m3的液體（如液化氣），可用于液體壓力較高的場合。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 按靜環(huán)與密封端蓋 的相對位置分類 （ 4） 內(nèi)裝式 機械密封 外裝式 機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ?內(nèi)裝（或內(nèi)置）式機械密封可以利用密封腔內(nèi)流體壓力來密封，機械密封的元件均處于密封流體中，密封端面的受力狀態(tài)以及冷卻和潤滑條件好，是常用的結構型式。 ?外裝（或外置）式機械密封的大部分零件不與密封流體接觸，暴露在設備外，便于觀察及維修安裝。但是，由于外裝（或外置）式結構的密封流體作用力與彈性元件的彈力方向相反，當流體壓力有波動，而彈簧補償量又不大時，會導致密封環(huán)不穩(wěn)定甚至嚴重泄漏。外裝（或外置）式機械密封僅用于強腐蝕、高黏度和易結晶介質(zhì)以及介質(zhì)壓力較低的場合。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 按彈簧的個數(shù)分類 （ 5） 單彈簧式 機械密封 多彈簧式 機械密封 多彈簧式 單彈簧式 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ?單彈簧式機械密封端面上的彈簧壓力，尤其在軸徑較大時分布不均，而且高速下離心力使彈簧偏移或變形，彈簧力不易調(diào)節(jié)，一種軸徑需用一種規(guī)格彈簧，彈簧規(guī)格多，軸向尺寸大，徑向尺寸小，安裝維修簡單，因此，它多用于較小軸徑（不大于 80?150mm）、低速密封 。 ?多彈簧式機械密封的彈簧壓力分布則相對較均勻，受離心力影響較小，彈簧力可通過改變彈簧個數(shù)來調(diào)節(jié)，不同軸徑可用數(shù)量不同的小彈簧，使彈簧規(guī)格減少，軸向尺寸小，徑向尺寸大，安裝繁瑣，適用于大軸徑高速密封。但多彈簧的彈簧絲徑細，在腐蝕性介質(zhì)或有固體顆粒介質(zhì)的場合下，易因腐蝕和堵塞而失效。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 按補償環(huán)是否 隨軸旋轉分類 （ 6） 旋轉式 機械密封 靜止式 機械密封 旋轉式 靜止式 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ?旋轉式機械密封的彈性元件裝置簡單，徑向尺寸小，常用于一般機械密封，但不宜用于高速。因高速情況下轉動件的不平衡質(zhì)量易引起振動和介質(zhì)被強烈攪動。 ?由于靜止式機械密封的彈性元件不受離心力影響，常用于高速機械密封。線速度大于 30m/s時，宜采用靜止式機械密封。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 按密封流體 泄漏方向分類 （ 7） 內(nèi)流式 機械密封 外流式 機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ?由于內(nèi)流式密封中離心力阻止泄漏流體，其泄漏量要比外流式小些。內(nèi)流式機械密封應用較廣，多用于內(nèi)裝式密封，密封可靠，適用于高壓。 ?當轉速極高時，為加強端面潤滑采用外流式機械密封較合適，但介質(zhì)壓力不宜過高，最高壓力為 1?2MPa。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 按補償環(huán)上離密封端面 最遠的背面是處于 高壓側或低壓側分類 （ 8） 背面高壓式 機械密封 背面低壓式 機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 背面高壓式 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 背面低壓式 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 按密封端面是否 直接接觸分類 （ 9） 非接觸式 機械密封 接觸式 機械密封 流體靜壓式 流體動壓 式 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 流體靜壓式機械密封 ，是指密封端面設計成特殊的幾何形狀，應用外部引入的壓力流體或被密封介質(zhì)本身通過密封界面的壓力降，產(chǎn)生流體靜壓效應的密封。 流體動壓式機械密封 ，是指密封端面設計成特殊的幾何形狀，利用端面相對旋轉，自行產(chǎn)生流體動壓效應的密封，如螺旋槽端面機械密封 。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 10） 波紋管型機械密封按 波紋管材料不同分類 金屬波紋管型機械密封 聚四氟乙烯波紋管型機械密封 橡膠波紋管型機械密封 ?波紋管 是指在補償環(huán)組件中能在外力或自身彈力作用下伸縮并起補償環(huán)輔助密封作用的波紋狀管