【正文】 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。 （ 8）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拆裝不便。 （ 7）密封參數(shù)高，適用范圍廣。 （ 5）軸或軸套表面不易磨損。 由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉(zhuǎn)中即使摩擦副磨損后，密封端面也始終自動地保持貼合。 （ 2）使用壽命長。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。 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(zhuǎn)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(gòu) ； ③ 輔助密封機構(gòu) ； ④使動環(huán)和軸一起旋轉(zhuǎn)的 傳動機構(gòu) 。 ? 1970年 出臺了 “ 泵用機械密封系列 ” 標(biāo)準(zhǔn)。 ? 20世紀(jì) 80年代 隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的提高，出現(xiàn)了新結(jié)構(gòu)、新概念、新技術(shù)、新工藝和新材料的新型機械密封。機械密封獲得了廣泛的使用。 ? 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。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。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。 ? 1973年 出臺了 “ 釜用機械密封系列 ” 標(biāo)準(zhǔn)。 第一節(jié) 機械密封的基本原理 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 機械密封結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)銷 化學(xué)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） 。 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(biāo)準(zhǔn)JB/T — 1999《 機械密封技術(shù)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(yīng)不大于 ?m，非金屬材料密封端面粗糙度 Ra值不大于 ?m。 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(gòu)。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)。 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。 當(dāng)合理選擇摩擦副材料及結(jié)構(gòu)，加之設(shè)置適當(dāng)?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。 與其它密封比較，機械密封的零件數(shù)目多，要求精密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 ? 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。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 4. 按作用原理和結(jié)構(gòu)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(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 雙端面機械密封 化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 雙級串聯(lián)機械密封 化學(xué)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(xué)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 ≤ ?。但是，由于外裝（或外置）式結(jié)構(gòu)的密封流體作用力與彈性元件的彈力方向相反，當(dāng)流體壓力有波動，而彈簧補償量又不大時，會導(dǎo)致密封環(huán)不穩(wěn)定甚至嚴(yán)重泄漏。但多彈簧的彈簧絲徑細(xì)，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。線速度大于 30m/s時，宜采用靜止式機械密封。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 按補償環(huán)上離密封端面 最遠(yuǎn)的背面是處于 高壓側(cè)或低壓側(cè)分類 （ 8） 背面高壓式 機械密封 背面低壓式 機械密封 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 背面高壓式 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 背面低壓式 化學(xué)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(xué)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(shè)計成特殊的幾何形狀，應(yīng)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(yīng)的密封。 ?追隨性 是指當(dāng)機械密封存在跳動、振動和轉(zhuǎn)軸的竄動時，補償環(huán)對于非補償環(huán)保持貼合的性能。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 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 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 三、機械密封端面摩擦機理及摩擦狀態(tài) 1. 摩擦副密封端面特征 密封端面的特征 ?? 真實幾何形狀是由 表面形狀誤差 、表面波度 和 表面粗糙度 三部分組成。此外，由于壓差和溫差的作用，密封面具有徑向表面錐度。它是微觀形狀誤差，而表面形狀誤差是宏觀形狀誤差，波度是介乎兩者之間的形狀誤差。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 ? 邊界摩擦狀態(tài)時摩擦力主要由固體摩擦力和邊界膜摩擦力兩部分組成； ? 混合摩擦狀態(tài)時摩擦力由固體摩擦力、邊界膜摩擦力和流體內(nèi)摩擦力三部分組成； ? 流體摩擦狀態(tài)時摩擦力主要是流體內(nèi)摩擦力。 （ 1）干摩擦狀態(tài) 。 （ 2）邊界摩擦狀態(tài)。 邊界摩擦中起潤滑作用的是邊界膜，可是測不出任何液體壓力來。液膜介質(zhì)的黏度對摩擦性質(zhì)沒有多大影響，摩擦性能主要取決于膜的潤滑性和摩擦副材料。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 3）流體摩擦狀態(tài)。 在完全流體摩擦狀態(tài)下， 潤滑劑的動力黏度影響摩擦的性質(zhì)。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 密封端面的不同摩擦狀態(tài)，對密封裝置的泄漏和磨損有著不同的影響。但流體液膜越厚，泄漏量越大，因此減少摩擦和磨損必須付出泄漏量增大的代價。邊界摩擦下的泄漏量很小，磨損通常也不大，可是這種磨損與摩擦副是否合適以及潤滑介質(zhì)有密切的關(guān)系。 對于 普通機械密封 而言，液膜太厚顯然密封性能變差，而干摩擦?xí)饎×夷p，造成早期失效，考慮到密封性能以及摩擦、磨損特性，機械密封端面的最佳摩擦狀態(tài)應(yīng)該是混合摩擦狀態(tài)，如密封性能要求很高，則應(yīng)該是邊界摩擦狀態(tài)。 四、機械密封的主要性能參數(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 1. 端面比壓的計算 Fp Fs F39。 波紋管的有效直徑 de與波紋管的工作狀態(tài)、波形、波數(shù)及材料等到有關(guān)，可近似按下列公式計算： 矩形波 （如車制的聚四氟乙烯波紋管）為 鋸齒形波 （如焊接金屬波紋管）為 U形波 （如擠壓成型的金屬波紋管）為 ? ?2o2ie 21 ddd ??? ?2o2i2o2ie 31 ddddd ???? ?2o2i2o2ie 23381 ddddd ???化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 四、機械密封的主要性能參數(shù) （二）端面摩擦熱及功率消耗 機械密封的功率消耗包括密封端面的摩擦功率 Nf和旋轉(zhuǎn)組件對流體的攪拌功率 Ns。但實際中由于所取的壓力不同， pv值的含義和數(shù)值就有所不同，即表達(dá)機械密封的功能特性不同。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 pcv值 工作 pcv值是端面比壓 pc與密封端面平均線速度 v的乘積，表征密封端面實際工作狀態(tài)。所謂極限（ pcv）是指密封失效時達(dá)到的 pcv，它是密封技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 ? 為了保證密封具有足夠壽命，密封面應(yīng)處于良好的潤滑狀態(tài)。我國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T —1999《 機械密封技術(shù)條件 》 規(guī)定：當(dāng)被密封介質(zhì)為液體時，平均泄漏率，在軸（或軸套）外徑大于 50mm時，不大于 5mL/h；而當(dāng)軸（或軸套）外徑不大于 50mm時，不大于 3mL/h；對于特殊條件及被密封介質(zhì)為氣體時不受此限。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 四、機械密封的主要性能參數(shù) （六）使用壽命 ? 機械密封的使用壽命是指機械密封從開始工作到失效累積運行的時間。 ? JB/T — 1999《 機械密封技術(shù)條件 》 規(guī)定：選型合理、安裝使用正確的情況下，被密封介質(zhì)為清水、油類及類似介質(zhì)時，機械密封的使用期一般不少于 1年；被密封介質(zhì)為腐蝕性介質(zhì)時，機械密封的使用期一般為六個月到 1年；但在使用條件苛刻時不受此限。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 一、主要零件的結(jié)構(gòu)形式 （一）密封環(huán) 密封環(huán)包括動環(huán)和靜環(huán)，它們是機械密封中最主要的零件，其性能好壞直接關(guān)系到密封效果和壽命。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 ?形式（ d）和（ e）為鑲嵌式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是將密封端面做成矩形截面的環(huán)狀零件（稱為動環(huán)），鑲嵌在金屬環(huán)座內(nèi)（稱為動環(huán)座），從而可節(jié)約貴重金屬。 上述各種結(jié)構(gòu)中，形式（ d）是國內(nèi)目前采用最普遍的一種。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 2. 靜環(huán)的結(jié)構(gòu)形式 （ d）形式的靜環(huán)兩端均是工作面，一端失效后可調(diào)頭使用另一端。輔助密封元件有兩類：徑向接觸式輔助密封與波紋管輔助密封。 （二）輔助密封 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 用作動環(huán)及靜環(huán)的輔助密封圈，最常用的有 O形和 V形兩種，還有方形、楔形、矩形等幾種。它既有橡膠 O形圈所具有的低壓縮永久變形性能，又具有氟塑料特有的耐熱、耐寒、耐油、耐磨、耐天候老化、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕等特性，可替代部分傳統(tǒng)的橡膠 O形圈，廣泛應(yīng)用于 60～ 200℃ 溫度范圍內(nèi)，除鹵化物、熔融堿金屬、氟碳化合物外各種介質(zhì)的密封場合。 1. 彈簧傳動 （三）傳動形式 彈簧傳動中有并圈彈簧傳動和帶鉤彈簧傳動。傳動套傳動包括帶凹槽（亦稱耳環(huán)）的套結(jié)構(gòu)和帶柱銷的套結(jié)構(gòu)，后者的傳動套厚度比前者要厚一些，以便過盈鑲配柱銷。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 5. 波紋管傳動 波紋管是集彈性元件、輔助密封和轉(zhuǎn)矩傳動機構(gòu)于一身的密封元件。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 靜環(huán)一般由腔體支承。高黏度介質(zhì)和高壓、高速條件下應(yīng)設(shè)置防轉(zhuǎn)銷 [圖（ c）、（ d） ]。結(jié)構(gòu)簡單，傳熱好，但不能吸收腔體振動。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 （四）靜環(huán)支承方式 靜環(huán)由密封腔體定位，靠柔性件的壓縮變形支承 [圖（ g） ]。 化學(xué)工業(yè)出版社 2022/2/2 二、主要零件尺寸確定 1. 密封環(huán)的主要尺寸 密封環(huán)的主要尺寸有密封端面寬度 b、端面內(nèi)直徑 d外直徑 d2，以及窄環(huán)高度 h和密封環(huán)與軸配合間隙。在強度、剛度允許的前提下，端面寬度 b應(yīng)盡可能取小值，寬度太大，會導(dǎo)致冷卻、潤滑效果降低，端面磨損增大，摩擦功率增加。 窄系列 一般用于摩擦副材料摩擦性能較差的情況，如硬質(zhì)合金 /硬質(zhì)合金、青銅 /硬質(zhì)合金，以及飽和蒸氣壓高，易于揮發(fā)的密封介質(zhì)，顆粒介質(zhì)。 ?窄環(huán)高度 h取決于材料的強度、剛度及耐磨性，一般取 2?3 mm。如圖（ a） 所示，壓縮率為 ， 一般取 6%?10%。 ? 波紋管常用于高溫、低溫、強腐蝕等特殊條件。正確合理地選擇各種材料，特別是端面摩擦副材料，對保證機械密封工作的穩(wěn)定性，延長其使用壽命、降低成本等有著重要意義。在選擇摩擦副材料組對時，應(yīng)意以下幾點基本要求。 耐腐蝕性好，抗溶脹、老化。相容性差的兩種材料組成摩擦副時，易發(fā)生粘著磨損。 （ 1）