常用机械密封结构

　　机械密封一般由静止环(静环)、旋转环(动环)、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈、静止环、辅助密封圈等元件组成，防转销固定在压盖上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。

　　机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。

　　C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。

　　A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。

机械密封的优点：

　　机械密封与软填料密封比较，有如下优点：

　　1、机械密封可靠，在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；

　　2、机械密封使用寿命长，在油、水类介质中一般可达1～2年或更长时间，在化工介质中机械密封通常也能达半年以上；

　　3、机械密封摩擦功率消耗小，机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；

　　4、轴或轴套基本上不受磨损；

　　5、机械密封维修周期长，端面磨损后可自行补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；

　　6、机械密封抗震性好，对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；

　　7、机械密封适用范围广，机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速以及各种腐蚀性介质和含磨介质等的密封。

　　但机械密封的缺点有：

　　1、机械密封结构较复杂，对制造加工要求高；

　　2、机械密封安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平；

　　3、发生偶然性事故时，机械密封处理较困难；

　　4、机械密封一次性投资高。

　机械密封的种类及其特点分析

　　1、 推压型机械密封和非推压型机械密封

　　推压型机械密封指辅助密封沿轴或轴套机械推压来补偿密封面磨损的机械密封，通常就是指弹簧压紧式机械密封。

　　非推压型机械密封用于辅助密封固定在轴上的机械密封，通常为波纹管机械密封。

　　推压型机械密封和非推压型机械密封特点的比较见下表。

表 推压型机械密封和非推压型机械密封特点

推压型机械密封
非推压型机械密封

压缩单元
单弹簧或多弹簧
金属波纹管或橡胶波纹管

轴的辅助密封
动态
静态

商业用尺寸范围
13～508mm
18～305mm

温度范围
-268℃～232℃
-268℃～427℃

压力范围
20.69MPa
2.41MPa

特点
尺寸范围大
高压
适宜于特殊设计
适宜于采用特殊金属
零部件少
固有的平衡型结构
静环磨损后，动环能自由前移
高温

价格
一般较低
一般较高

　　2、平衡型机械密封和非平衡型机械密封

　　机械密封密封腔中的压力作用在动环上形成了闭合力，端面间的液膜形成开启力。载荷系数K>1，密封为非平衡型机械密封。一般非平衡型机械密封只能用于低压。当压力大于一定的限度，密封面间的液膜就会被挤出。在丧失液膜润滑及高负荷的作用下，机械密封的密封端面会很快损坏。非平衡型机械密封不能平衡液体对端面的作用，端面比压随流体压力的上升而上升。

　　载荷系数K<1，密封为平衡型机械密封。平衡型机械密封内装式密封轴上的台阶使密封端面延径向内移但不减少密封面的宽度。密封的开启力不变，但由于动环有较大的面积暴露在液体中，因此，闭合力被平衡了相当一部分。平衡型机械密封外装式密封的平衡方法除作用力方向恰好相反外，其余与内装式机械密封相同。在这种情况下，要增加闭合力中的液压的份额，以抵销机械密封端面间液膜的开启力。平衡型机械密封能部分平衡液体对端面的作用，端面比压随流体压力的上升而缓慢上升。一般非平衡型机械密封只能用于低压，但对润滑性能差，低沸点，易汽化介质及高速工况，即使在低压下，也应选用平衡型机械密封。因为对于非平衡型机械密封， 当机械密封腔压力上升时，会将密封端面间的液膜挤出，使机械密封的密封面很快损坏。平衡型机械密封能用于各种压力场合。

　　3、单端面机械密封、无压双重机械密封和有压双重机械密封

　　单端面机械密封是只有一对摩擦副，结构简单，制造、拆装容易，一般只需设置冲洗系统，不需要外供封液系统。

　　有压双重机械密封(原称为双端面机械密封)指有两对摩擦副，结构复杂，需要外供封液系统，有压双重机械密封密封腔内通入比介质压力高0.5~1.5bar的隔离液，起封堵、润滑等作用，隔离液对内侧密封起到润滑作用。无压双重密封(原称为串联密封)指有两对摩擦副，结构复杂，需要外供封液系统，无压双重密封密封腔内的缓冲液不加压，工艺介质对内侧密封起到润滑作用。

　　一般情况下，应优先选用单端面机械密封，因为单端面机械密封结构简单，使用方便，价格低。但在以下场合，优先选用双重机械密封。

　　(1) 有毒及有危险性介质。

　　(2) 高浓度的H2S。

　　(3) 易挥发的低温介质(如液化石油气等)。

　　随着社会对健康、安全和环境保护的愈来愈重视，无压双重机械密封的使用量逐年上升，该无压双重机械密封密封可广泛用于氯乙烯、一氧化碳、轻烃等有毒、易挥发、危险的介质。无压双重机械密封的内侧密封(第一道密封)是主密封，相当于一个单端面内装式机械密封，单端面机械密封润滑由被密封的介质担当。密封腔内注满来至封液罐的液体，未加压。无压双重机械密封内侧密封一旦失效，导致密封腔的压力提高，即能由封液罐的压力表显示、记录或报警。同时无压双重机械密封外侧密封就能在维修前起到密封和容纳泄漏液体的作用。

　　对一些有毒、含颗粒介质(或腐蚀性相当厉害的介质)，一般可考虑以下方法：

　　(1) 采用合适的环境控制措施，如外冲洗+带旋风分离器的管路冲洗系统。

　　(2) 采用有压双重机械密封。

　　有压双重机械密封隔离液的压力高于介质压力，因而泵送介质不会进入密封腔。有压双重机械密封内侧密封起到阻止隔离液进入泵腔的作用。因此当输送诸如粘性、磨蚀性及高温介质时，有压双重机械密封内侧密封由于没有暴露在介质中，因此可以不用昂贵的合金制作。有压双重机械密封外侧密封仅仅起到不使隔离液漏入大气的作用。

　　4、内装式机械密封和外装式机械密封

　　内装式机械密封：指机械密封安装在密封腔内。

　　外装式机械密封：指机械密封安装在密封腔外。

　　由于内装式机械密封的受力情况好，比压随介质压力的增加而增加，内装式机械密封的泄漏方向与离心力方向相反，因此一般情况均选用内装式机械密封。只有当介质腐蚀性极强时，且又不想考虑用有压双重机械密封时，才考虑选用外装式机械密封。

　　5、旋转式机械密封和静止式机械密封

　　旋转式机械密封指补偿环随轴一起转动的机械密封。

　　静止式机械密封指补偿环不随轴一起转动的机械密封。

　　一般情况下均选用旋转式机械密封，但在轴径较大，转速较高(密封圆周速度?25m/s)，由于弹簧及其它旋转元件产生的离心力较大，动平衡要求高，消耗的搅拌功率也大，应选用静止式机械密封。此外如果介质受强烈搅动易结晶时，也推荐采用静止式机械密封。

　　6、单弹簧机械密封和多弹簧机械密封

　　单弹簧机械密封，结构简单，弹簧可兼起传动作用，但端面比压不均匀，不适用于高速运转。

　　多弹簧机械密封，结构复杂，弹簧不能兼起传动作用，但端面比压均匀，适用于高速运转。

　　一般情况下，推荐选用多弹簧机械密封。

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