机械密封技术
摘要：
石油化工行业因其高危险性，密封技术越来越受到重视。

其不仅可以减少资源浪费，保护了环境，也保障了安全生产。

在其发展过程中衍生了种类繁多的密封技术。

当前采用新材料和工艺的各种机械密封的新技术，进展较快。

本文则对密封技术中最为常见的机械密封技术从结构、原理、安装、维护等方面进行简单的分析和论述。

关键词：机械密封；旋转环；静止环；冲洗
1、机械密封的工作原理
机械密封又称端面密封，是一种旋转机械的轴封装置。

由于传动轴与设备之间有一圈间隙，当设备内介质压力与外界大气压力有差量时，会出现介质外泄或空气渗入。

轴封的作用就在于消除此现象，以保证设备正常工作。

机械密封作为轴封的一种，因其泄露量小、使用寿命长、无须经常维修等优点故被普遍采用。

机械密封是靠一对或几对垂直于轴线的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持接合并相对滑动配以辅助密封而达到的阻漏的轴封装置。

2、机械密封与软填料密封对比
优点：
（1）密封性能高，泄露量很小，对于长期运转的设备也能保证良好的密封效果。

（2）使用寿命长，在化工介质中一般能工作半年以上。

（3）摩擦功率消耗小，减小了轴功率的损耗，其摩擦功率约为软填料密封的10%～50%。

（4）维修周期长，补偿装置可再端面磨损后做微量的压紧，一般情况下不需经常维修。

（5）抗振性能好，对转动轴的振动以及轴的偏斜不敏感。

（6）适用范围广，机械密封能用于高温、低温、高压、真空工况，以及各种腐蚀介质和含磨粒介质。

缺点：
（1）结构较复杂，对加工精度和质量要求较高。

（2）因其复杂结构安装、拆卸不便。

（3）一次维修和保养成本较高。

（4）单件价格较高。

3、机械密封组成
（1）由旋转环和静止环组成的密封端面，又称摩擦副。

（2）由弹簧元件组成的补偿机构。

（3）辅助密封圈，包括动环密封圈和静环密封圈。

（4）使旋转环随轴一起旋转的传动元件。

4、机械密封的密封实现形式
轴带动旋转环转动，静止环固定在压盖上。

两者间的密封面通过介质压力和补偿机构紧密结合，达到防止介质泄露和空气渗入的目的。

为了防止介质通过旋转环和轴之间泄露出来，故安装动环密封圈，而静环密封圈则阻止了介质通过静止环与压盖之间泄露的可能。

静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。

当端面摩擦磨损后，旋转环仅能沿轴向作微量的移动，因此旋转环与轴之间的密封实际上也是一个静密封。

这些泄漏通道比较容易封堵。

静密封元件常用的有橡胶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，则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。

旋转环与静止环的端面则是做着相当运动的动密封。

因此它是整个机械密封装置中的主密封，同时也决定密封效果和机械密封的寿命。

机械密封在工作过程中，由于旋转环和静止环两个密封端面紧密配合，使密封端面之间形成一道微小间隙，当介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜也起到润滑和冷却的作用，使机械密封的寿命增长。

为了保证密封端面间必需的液膜，必须严格控制端面上的压力，若压力过大，则不易形成稳定的润滑液膜，从而导致端面的快速磨损；若压力过小，则影响密封效果导致泄漏量增加。

5、机械密封冲洗方案及其特点
机械密封的冲洗是一种控制机械密封温度、延长机械密封寿命的有效措施。

冲洗的目的在于带走热量、保持和改善润滑、防止液膜气化、防止杂质集积、防止气囊形成等。

根据冲洗形式可分为内冲洗和外冲洗，其中内冲洗时利用输送介质进行冲洗，而外冲洗则是通过引入外界物质进行冲洗。

（1）内冲洗
正冲洗
工作原理：由泵的出口端通过管路引被密封介质入密封腔。

实用范围：用于清洁介质，p1稍大于p进，若介质温度高或有杂质，则需在管路上设置冷却器、过滤器等设备对介质进行处理。

反冲洗
工作原理：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端引入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口。

实用范围：用于清洁介质，且p进<P1<P出，当温度高或有杂质时，可在管路上设置冷却器、过滤器等设备对介质进行处理。

全冲洗
工作原理：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔，冲洗后再经管路流回泵入口。

实用范围：用于清洁介质，且p1与p进和p出相接近，冷却效果优于前两种（2）外冲洗
工作原理：引入外系统的清洁流体至密封腔对机械密封进行冲洗。

实用范围：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05--0.1MPa，适用于高温介质或固体颗粒。

冲洗液的流量不仅要保障冷却效果，还需适当控制器流量，避免流量过大对密封件产生不必要的冲蚀，缩短其使用寿命。

为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s;对于含有颗粒的液体冲洗液流速应小于3m/s，为满足上述的流速，冲洗液与密封腔的压差应<0.5MPa，一般取0.05--0.1MPa，而对双端面机械密封则可以取0.1--0.2MP。

冲洗液进出口位置，应设置在靠近旋转环侧距离密封端面稍近的位置。

冲洗液采可用切向引入或多点冲洗，以避免机械密封被冲蚀或因受冷不均匀引起的变形。

特殊情况时，可以选用热水或蒸汽作为冲洗液。

6、机械密封的种类
（1）按照补偿机构的远动方式可分为旋转式机械密封和静止式机械密封。

旋转式机械密封的补偿机构会随轴一起做圆周运动，因此此密封会消耗轴功率，不得运用高速旋转的设备。

但是其安装方便，因而被经常选用。

相反，静止式机械密封不会随轴一起运动，此种密封可用于高速旋转的设备。

（2）按照静环安装位置可分为内装式机械密封和外装式机械密封。

内装式机械密
封即静环安装在压盖内侧的机械密封，可用于介质温度高、压力大的工况。

而外装式机械密封因其静环安装在压盖外侧，多用于介质低压或者具有腐蚀性的工况。

（3）按照介质在动静环密封端面间泄露的方向可以分为内流型机械密封和外流型机械密封。

外流型机械密封的介质泄露方向和旋转离心力的方向相同，因此泄露量较大。

内流型机械密封的泄露方向则与旋转离心力的方向相反，此种密封因其密封泄露量小，故被经常选用。

（4）按照补偿机构中弹簧的数量可分为单弹簧机械密封和多弹簧机械密封。

单弹簧机械密封即补偿机构中有一个弹簧，此种密封又被称为大弹簧密封，安装简单，不适合用于高转速的转动设备。

多弹簧密封则是补偿机构中有多个弹簧，此种密封又被称为小弹簧密封，此种密封可通过改变弹簧数量来控制弹力，轴向力较为均匀，实用与高速旋转的转动设备，但不实用与有腐蚀性的输送介质。

7、机械密封安装
（1）、安装前首先要检查机械密封各部件是齐全、完好，有无裂痕和缺失。

（2）、检查旋转环和静止环密封端面是否平整，有无划痕，有无杂质，有无锈蚀，端面间隙是否一致。

（3）、检查静密封圈是否有完好，大小选择是否合适。

（4）、动环是否正常安装，有无卡死。

（5）、检查补偿机构是否正常工作。

（6）、检查各部件间隙是否合适。

（7）、垂直安装，安装时避免碰击、敲打，避免摩擦，防止密封副损坏。

（8）、安装时在表面涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装。

（9）、安装压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，避免静环端面与轴心线产生偏差。

8、机械密封失效形式
主密封作为整套密封中唯一的动密封，主密封撕裂则成为机械密封失效的主要形式。

正常运转过程中，旋转环与静止环端面间会产生一层很薄的介质膜。

此膜在动静环高速运转状态下会产生阻力，阻止介质外泄，以达到密封效果。

首先，产品质量方面动静环的材质选择至关重要，两者端面间隙大小也决定了整套密封效果及其寿命。

被密封介质的洁净度、设备震动及基础下沉则会造成端面受力不均匀，造成撕裂。

9、机械密封维护
（1）在没有介质通过时禁止启动设备。

避免端面干摩。

（2）保证机封封液的洁净度，确保不含固体颗粒，减弱密封面的摩擦，延长机封
寿命。

（3）要注意冷却液的流量，不要断流，要定期检查冷却液温度变化。

（4）保证介质的洁净度，定期检查、清洗过滤网。

10、参考文献
[1] 宋学义、张尔正译，密封件与密封手册.国防工业
[2] 王显伟、宋巍，机械密封失效原因分析及预防［J］.辽宁化工。