机械密封的结构形式

机械密封端面比压的确定润滑油作业部许松涛2007年11月2日机械密封端面比压的确定摘要：泵是石油化工企业最主要和常见的机械设备，由于工艺条件的要求，以及人们经济意识和环保意识的提高，近年来泵密封的泄漏越来越受到关注。

泵的密封是防止介质从泵轴周围的间隙处泄漏，或空气从间隙处侵入泵体。

机械密封作为石化企业泵最常见的密封形式，占重要地位，机械密封的端面比压是影响密封性能和使用寿命的最主要因素之一。

文章结合实际工作中机械密封的安装及维修情况，对密封的端面比压在计算、校核中的一些问题进行分析，以便于确定压缩量，能对机械密封的使用情况有所改善。

关键词：机械密封端面比压分析1.机械密封工作原理及常见结构型式机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

1、静止环（静环）2、旋转环（动环）3、弹性元件4、弹簧座5、紧定螺钉6、旋转环辅助密封圈7、防转销8、静止环辅助密封圈9、固定压盖图1——机械密封结构示意图常用机械密封结构如图1所示。

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环。

机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的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，必须严格控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。

水泵机封的样式有很多种，以下是一些常见的样式：单端面机械密封：单端面机械密封只有一个密封面，通常安装在泵的出口端或入口端。

这种密封结构简单，易于安装和维护，适用于介质温度不高、压力较低的场合。

双端面机械密封：双端面机械密封有两个密封面，通常安装在泵的两个端面之间。

这种密封结构能够承受较高的压力和温度，适用于介质温度较高、压力较大的场合。

集装式机械密封：集装式机械密封是一种整体式的密封结构，通常由多个组件组成，如动环、静环、密封圈等。

这种密封结构能够减少安装和维护的工作量，适用于大型泵和高速泵。

金属波纹管机械密封：金属波纹管机械密封是一种新型的密封结构，由金属波纹管和石墨等材料组成。

这种密封结构能够承受极高的压力和温度，适用于高温、高压、腐蚀性介质等特殊场合。

除了以上常见的样式，还有各种类型的机械密封，如焊接式机械密封、粘结式机械密封等。

不同的样式适用于不同的场合和工况，需要根据实际情况选择合适的机械密封。

关于机械密封的简单介绍1机械密封的定义机械密封是一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和偿机构的弹力作用下保持贴和并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

机械密封通常由四个部分组成：静环；动环；弹簧加载装置（由弹簧；弹簧座；驱动元件）；辅助密封圈（静环密封圈；动环密封圈；端盖密封圈），销子固定在端盖上，用以防止静环转动。

通常机械密封一般有四个密封点。

密封点1—摩擦端面密封点，依靠弹力和介质压力保持贴（动密封点,两个摩擦副之间有相对转动）密封点2—补偿环密封圈，静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动;密封点3—非补偿环密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止;密封点4—压盖与腔体间的密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止.相对旋转密封点在弹簧和流体压力的作用下，使具有相对运动的动环和静环接触端面紧密配合，从而实现对流体密封的目的。

在机械密封工作的过程中，要求密封端面之间保持一层液膜，这样会使密封效果好，使用寿命长；静环和压盖之间的密封点通常采用各种形式的辅助密封圈，我厂的设备此处密封主要用“O”环，其作用防止流体从静环与压盖之间流出，这是一种静密封；动环和轴套之间的密封是一种相对静止的密封，要求在动、静环工作一段时间磨损后能后做微量的轴向移动，压盖上的密封点是一种静密封通常用垫片或“O”环处理，通常不会失效。

2.机械密封的分类由于生产实践所提出的要求不同，因此便产生了不同结构形式的机械密封，虽然它们结构上有些区别，但是密封原理却大同小异。

机械密封的分类方法很多，大致分类如下：（1）、平衡型与非平衡型这是按照介质压力在动静环端面上所引起的比压的卸载情况来分类的，由于密封装置的结构形式不同，所以介质的压力在动静环端面上所引起的作用也就不同。

内装非平衡型机械密封。

在这种结构形式下，介质的压力就会使端面压紧，并且在端面上产生的比压要大于介质压力，由于这种形式的机械密封不产生卸荷作用，故称为非平衡型，由于它没有卸荷作用，所以当工艺参数波动，介质压力升高时，密封面的比压也会随着增加，从而促使密封端面的液膜被破坏，造成端面过度磨损或烧伤，致使密封作用失效，因此一般非平衡型密封，一般多用在介质压力在0.3—0.5MPa的情况下。

双端面机械密封和单端面机械密封
双端面机械密封，也叫双端法兰，是液压高压及其他介质，如油、水、气等，特别是油压高压系统中，在法兰端面重叠部位采用的一种结构形式。

它具有密封性极强、密封究极充分的优点，是液压高压及其他介质的阀门
密封的最佳形式，被广泛应用于石油、冶金、电力、煤矿、火力发电厂、
轻工机械、汽车、矿山机械、环保设备等行业。

单端面机械密封，也叫单端法兰，是液压高压及其他介质，如油、水、气等，特别是油压高压系统中，在法兰端面采用的一种结构形式。

它与双
端面机械密封相比，在某些方面存在有限的密封要求，但可以更加安全可
靠的完成某些能量的转移，可以在高压环境下使用，是否的优点是它拆装
比较简单且损耗小，因此被广泛应用于石油、冶金、电力、煤矿、火力发
电厂、轻工机械、汽车、矿山机械、环保设备等行业。

三级动压机械密封的结构分析摘要：随着机械密封技术的成熟，轴封主泵机组的效率可以达到79%以上。

综合密封技术的特点及其成本，目前机械轴封泵已经成为大流量主泵的首选泵型。

轴封泵由于其在设计上的独特优势和易维护的特性，将长期占据国际核电市场。

关键词：三级动压机械;密封;结构三级动压机械密封采用三级结构相同并串联在一起的水润滑流体动压机械密封的结构形式（见图1）。

现通过对主泵工作原理、结构特点及功能部件三个方面进行简要介绍，从而间接说明其密封结构的优越性。

1、工作原理主泵三级串联机械密封是主泵的关键部件，其性能好坏直接关系到泵的安全运行。

因此，保证其正常工作至关重要。

主泵正常运行工况下，系统压力通过三级串联机械密封降低到大气压力。

通常，由核电站rcv系统的离心式上充泵提供的流量为2000l/h、压力为159bar的高压轴密封注水进入轴密封系统后，由于轴密封注入水的压力高于一回路系统压力，导致注入水分成三个流向：一个流向以注量800l/h流至水润滑径向轴承进入到一回路系统内；另外两个流向分别以流量600l/h进入第二级机械密封和第三级机械密封（见图2，工作原理图），其压力分别为106bar和53bar。

该分向流是由节流器1、2、3、4来完成。

注入水经过节流器1压力降为106bar时，第一级轴密封前后端的压力差为53bar，其主要供密封面的润滑和散热作用。

这5l/h的泄漏量流到第二密封前，压力已降为106bar。

同样原理，经过2、3级密封和节流器的共同作用，压力为159bar的高压密封注入水的压力也降到2-3bar，分别注入核电站rcv系统，且从第三级轴密封密封面泄漏出来的5l/h泄漏流量流入低泄漏系统。

解析工作原理可看出轴封有以下特点：①三级流体动压密封几乎每级承受三分之一的系统压力（约53bar）；②流经每级流体动压密封密封面的低压泄漏量均为5l/h，因为这是考虑到如果低压泄漏量太小，对流体密封面的散热和润滑不利，会影响密封寿命；如果低压泄漏流量太大，会增加对核电站低压泄漏系统的的排液量。

第一章 机械密封概述机械密封（Mechanical Seal ）又称端面密封，是旋转轴用动密封。

机械密封性能可靠，泄露量小，使用寿命长，功耗低，毋须经常维修，且能适应于生产过程自动化和高温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。

一、机械密封的定义及结构机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合 并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装臵。

图1-1是常见机 械密封的结构。

二、机械密封的工作原理机械密封的工作原理如图1-2所示。

它是靠弹性构件（如弹簧或波纹管，或波纹管及弹簧组合构件）和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合，端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。

这层液体膜具有流体动压力与静压力，起着润滑和平衡压力的作用。

当旋转轴9旋转时，通过紧定螺钉10和弹簧2带动动环3旋转。

防转销6固定在静止的压盖4上，防止静环7转动。

当密封端面磨损时，动环3连同动环密封圈8在弹簧2推动下，沿轴向产生微小移动，达到一定的补偿能力，所以称补偿环。

静环不具有补偿能力，所以称非补偿环。

通过不同的结构设计，补偿环可由动环承担，也可由静环承担。

由补偿环、弹性元件和副密封等构成的组件称补偿环组件。

机械密封一般有四个密封部位（通道），如图1-2中所示A 、B 、C 、D 。

A 通道是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装臵中的主密封，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，必须严格控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，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。

B 处为静环7与压盖4端面之间的密封；C 处为动环3与轴（或轴套）9配合面之间的密封，因能随补偿环轴向移动并起密封作用，所以又称副密封；D 处为压盖与泵壳端面之间的密封。

机械密封的工作原理机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

常用机械密封结构机械密封一般由静止环（静环）1．旋转环（动环）2．弹性元件3．弹簧座4．紧定螺钉5．旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9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。

机械密封与软填料密封比较，有如下优点：①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，在化工介质中通常也能达半年以上；③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摩损；⑤维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；⑥抗振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粒介质等的密封。