机械密封原理

一 机械密封概述

       机械密封的本质是将径向密封转化为轴向密封(或叫端面密封)。

      在弹簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使垂直于旋转轴线的密封面始终保持贴合。由于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补偿，故机械密封比填料密封寿命长。

      机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。

      机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式，对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。 

       在国家标准中，机械密封的定义是由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作用下，以及辅助密封圈的配合下， 该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。

二 组成

      1、密封端面：动环、静环──摩擦副

      2、缓冲补偿机构：由弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等）构成。

      3、辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等。

三 密封机理

       4个密封点（亦称4个泄漏点，如图1-1）

泄漏点1

      端面相对旋转的密封点（动密封点,两个摩擦副之间有相对转动）

泄漏点2 

      动环与轴或轴套之间的密封点（静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动）

泄漏点3 

      静环与压盖端面之间的密封点（静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）

泄漏点4 

      压盖与泵壳或其它设备之间的密封点（静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）

四 辅助设施

     通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却和润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄漏量，延长使用寿命。应当把它看作机械密封的组成部分。

按结构分类的机械密封种类

1 旋转式和静止式机械密封

      根据补偿机构是否随轴旋转可分为：

    （1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生不平衡，而且消耗搅拌功率，所以不能用于高速。

    （2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。用于高速。

2 内装式和外装式机械密封

    （1）内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合。

    （2）外装式：静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。用于低压、腐蚀性强的场合。

3 内流式和外流式机械密封

      一般和内装式、外装式一致

    （1）内流式：密封流体在密封端面间的泄漏方向和离心力方向相反，泄漏方向朝向轴心。内流型机械密封多出现在内装式机械密封中一般密封都采用这种结构。

    （2）外流式：密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相同，泄漏方向朝向离心力方向。泄漏量大，只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用。

    石油化工流程泵大都选用内流型机械密封，只有在压力和温度不高的腐蚀性介质中才选用外流型机械密封。

4 多弹簧和单弹簧机械密封

    （1）多弹簧：又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均匀，宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。

    （2）单弹簧：又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不均匀，不宜用于高转速的场合。

5 平衡型和非平衡型机械密封

    （1）平衡型：密封流体作用在密封端面上的压力部分卸荷或全部卸荷，载荷系数K＜1.0 ，用于高压场合。

    （2）非平衡型：密封流体作用在密封端面的压力不卸荷，载荷系数K≥1.0，用于普通压力场合。

六 补偿机构形式

    磁力：系统压力较低时用

    波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧

    橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管 

七 机械密封的组合安装

1 双端面机械密封

      两套密封面对面或背对背安装在一起。

      用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。

      两套密封之间形成一个密封腔，在密封腔中引入密封液：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的密封液介质。

2 串联式机械密封

1-弹簧盒组件；2-轴套；3-动环Ⅰ；4-泵端盖；5-静环Ⅰ；6-静环座；7-压盖；8-传动环；9-转动圈；10-泵轴；11-静环Ⅱ；12-动环Ⅱ；13-弹簧；14-泵送环；15-O形圈

      两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低用于高压场合。 

      串联密封由机械密封本身和机械密封系统两端部分组成。对于机械密封本身，我们用的是两级密封集装在一起的串联密封。其中一级密封（介质侧）是内密封，二级密封（大气侧）是外密封，起安全环保作用。 

      当一级密封发生泄漏后，由于二级密封的作用，从一级密封泄漏的介质仍然不能泄漏到大气中去，二级密封保护了周围环境不受密封泄漏液的影响，增加了装置和人身安全。从一级密封泄漏的介质，通过密封系统贮油罐上的管道放入气柜回收或放入火炬燃烧，不对现场排放。

3 集装式机械密封

      集装式机械密封是把动环、静环、弹簧、辅助密封圈、轴套、压盖、静密封垫圈等7个主要零件组合成一起的一个集合体，也可称集装式机封．有时也称卡式密封。

      集装式机械密封一般都是平衡型机封，其结构特点是全部零件组合为一体，弹簧不与物料接触，平衡型、内流、定位块可以调节弹簧压缩量。考虑到当动／静环磨损时可以更容易补偿，设计有动环密封圈。

      集装式机械密封因已组装成一个集合体．因此在机体上安装更加方便。安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测） 

     集装式机械密封安装方便，快捷，密封可靠，排除了安装不良的影响。深受国内外用户的欢迎，是国内今后机械密封发展的方向。

1、3、12-O型密封圈 2-轴套 4-动环座 5-弹簧 6-密封垫 7-压盖 8、17-定位螺钉  9-定位块   10-动环 11-静环  13-防转销 14-同定环  15-传动销 16、17-紧定螺钉

4 波纹管机械密封

       去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处，补偿环追随性提高，而且避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。

      金属波纹管用于高温介质，聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。

      波纹管机械密封的优点：

      波纹管机械密封原理与弹簧式机械密封原理基本相同。     

      所不同的是，波纹管机械密封比弹簧式机械密封有更突出的优点，表现为：

     ① 结构简单，安装方便，适应性强，静止环具有浮动性；

     ② 可以更好的防止抽空；

     ③ 旋转环易于更换、修复；

     ④ 结构紧凑，抗震力强，承受作用力均匀，稳定性好；

     ⑤ 旋转环、静止环法兰连接、动泄漏点少。