按流体性质考虑→ 蒸气压力高端面易开启 低粘度或夹杂空气干摩擦问题 →确定→
易燃、易爆、有毒、可能危及环 境安全、需用特殊结构
密封结构 密封材料 润滑方法 隔离措施 安全措施
6.新型密封 6.1干气密封 6.1.1螺旋槽干气密封结构 干气密封结构主要由加载弹簧、O 形圈、静环以及动环组成。静环 和加载弹簧被安装在静环座中，并依靠 O 形圈进行二次密封。静环一般 用较软的、有自润滑作用的材料 如石墨制造，在弹簧等载荷的作用下， 可沿轴向自由移动。动环依靠轴套固定在旋转轴上并随轴旋转。动环由 硬度高、刚性好且耐磨的材料如碳化钨、碳化硅制造。螺旋槽干气密封 设计的特别之处是在动环表面加工出一系列螺旋状沟槽，深度一般为 2.5～10μ m。 6.1.2 螺旋槽干气密封工作原理 缓冲气体（可以是经过滤后的压缩机出口气、氮气或惰性气体）注 入到密封装置，动、静环在流体静压力和弹簧力的作用下保持贴合，起 到密封的作用。当动环旋转时将被密封气体周向吸入（泵吸作用）槽 内，气体沿槽向槽根部运动，由于受到密封堰的阻碍，气体作减速流动 并被逐渐压缩。在此过程中，气体的压力升高，即产生了流体动压力。 当压力达到一定数值时，具有挠性支承的静环将从动环表面被推开，这 样密封面之间始终保持一层 极薄的气膜（厚度 3～5μ m），所形成的气 膜一方面能有效地使端面分开，保持非接触，另一方面又使相对运转的 两端面得到冷却。同时，密封面间极小的气膜间隙有效地控制泄漏到最 低的水平。
3.3弹簧 机械密封中采用弹簧以保证动环与静环的良好贴合，以及自 动补偿二环端而的磨损。要求弹簧材料耐介质腐蚀，长期工作仍 能保持一定的弹性。常用的有磷青铜、碳素弹簧钢（65Mn、 60Si2Mn、50CrV等）、铬钢（3Cr13、4Cr13等）、不锈钢 （1Cr18Ni9Ti，Cr18Ni12Mo2Ti，0Cr20Ni29Cu4 Mo2）、特殊合金 （Ni66Cu31 Fe）等。 磷青铜弹簧在海水、油类介质中使用良好，60Si2 Mn及65Mn 可用于常温无腐蚀性介质中，50CrV高温油泵中使用较多，3Cr13、 4Cr13弹簧适用弱腐蚀介质，1Cr18Ni9Ti等不锈钢弹簧用于稀硝酸 等介质，强腐蚀介质中一般采用保护涂层予以防腐。 3.4其他零部件 机械密封其它零件如弹簧座、固定环、动环座、静环座、螺 钉、传动销等，这些零件虽非关键部件，其设计选用也不能忽视。 通常这些零件要选择性能良好的材料，常用的有不锈钢、铬钢 等，如腐蚀性不强、使用参数又低可选用碳钢。
4.机械密封辅助装置 1）润滑 目的：减小动静环摩擦。 润滑介质一般选用工作介质，如工作介质本身润滑性能差，则需要外引润滑 液；此外，如果介质泄漏要求严格，也需要外引润滑液。 2）冲洗 目的：防止颗粒或结晶物进入动静环摩擦端面。 ①内冲洗 i正冲洗 利用工作介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔。 ii反冲洗 利用工作介质，由泵的出口端引入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口。 ②外冲洗 引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔进行冲洗。外冲洗液压 力应比被密封介质大0.05--0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场合。 3）冷却 目的：冷却机封动静环。 方法：夹套冷却、直接冷却 4）过滤 目的：过滤冲洗液、冷却液、密封液 设备：普通过滤器、磁性过滤器、旋液分离器
3.2.2.2聚四氟乙烯 性能特点：化学稳定性好、耐油耐溶剂、耐温、耐腐蚀、摩擦系数低、 抗老化。 3.2.3技术要求 1）密封圈内径： D≤60mm，公差：-1.0～-0.8mm D＞60mm，偏差：-1.5～-0.8mm 2）密封圈截面直径： d=4mm，偏差：+0.15～+0.25mm d=5mm，偏差：+0.20～+0.30mm d=6mm，偏差：+0.24～+0.26mm 3）硬度要求： 高压选较高硬度，低压选较低硬度，一般硬度选择邵氏65±5
压力均匀性
压力变化程度 腐蚀影响 脏物、结晶影响 弹簧力调节 空间 制造
要求不严，二端甚至可不磨，各弹簧高度 要求相等
3.机械密封零部件 3.1密封环（动环和和静环） 3.1.1功能 动、静环配合使用，对介质进行密封。 3.1.2材质 3.1.2.1动静环选材原则：硬—硬、硬—软 3.1.2.2密封环主要用材 1）碳-石墨（浸树脂或金属） 性能特点：化学稳定性好，适用范围广，属于软材料，根据石墨量的多少可 分为软、中、硬三种。 2）氧化铝陶瓷（硬材料） 性能特点：硬度高、耐腐蚀、耐磨、脆性大，主要有99瓷和95瓷。 3）氮化硅陶瓷（硬材料） 性能特点：硬度高、耐腐蚀（除HF外）、耐磨损、抗氧化、抗温度剧变、抗 蠕变。 4）碳化硅陶瓷（硬材料） 性能特点：自润滑性能好、耐腐蚀、耐磨损、抗粘着。 5）喷涂陶瓷（硬材料） 性能特点：硬度高、耐磨。
6）硬质合金（WC+Co或TiC、TaC） （硬材料） 性能特点：硬度高、加工困难、脆性大、耐磨损、选择性耐腐蚀，热导率高。 7）钢结硬质合金（硬材料） 性能特点：硬度高、易加工、脆性大、耐磨损、耐腐蚀性差，热导率高。 8）高硅铸铁（硬材料） 性能特点：硬度高、韧性很差、不耐温度剧变、耐腐蚀性差，加工困难。 9）铬钢（硬材料） 性能特点：硬度高、耐腐蚀。 10）铬镍钢（硬材料） 性能特点：硬度低、韧性好、耐腐蚀，耐磨性差。 11）堆焊硬质合金（硬材料） 性能特点：硬度高、耐酸性好、耐高温。 12）填充聚四氟乙烯 性能特点：耐腐蚀、很高的耐热性和耐寒性、自润滑性能好。 3.1.3动静环技术要求 1）表面粗糙度：Ra0.1（μ m） 2）垂直度：0.02 3）平面度：0.0009 4）气密性：试验获取。
5.机械密封选型 5.1机封的pv值 1）p—介质压力；v—机封旋转线速度 2）pv值与端面摩擦产生的热量及磨损率成正比，因此pv值可视作耐热性 和耐磨性指标。对于一组摩擦副，在某种介质中有一许用pv值。 5.2选型 5.2.1主要选型参数 1）p-密封腔体压力（MPa） 2）t-流体温度（℃） 3）v-工作速度 4）流体的特性以及安装密封的有效空间（D与L） 5.2.2选型参数与项目的关系 1）按p值确定—（非平衡型、平衡型、单端面、双端面、多端面）； 2）按v确定—（旋转式、静止式、流体动压式、非接触式） 3）D与L影响 安装密封有效空间 D与L值的影响→ 可能限制密封结构型式 →确定→ 多弹簧型 单弹簧型 波形弹簧 内装 外装
2.机械密封分类 1）按密封端面对数数分：单端面、双端面、多端面； 2）按弹性元件种类分：波纹管式、非波纹管式； 3）按密封腔温度分：高温、中温、常温、低温； 4）按密封腔压力分：超高压、高压、中压、低压； 5）按介质压力平衡程度分：平衡型（β≥1）、部分平衡型（1>β>0） 、 非平衡型（β≤0）；β =0.75，机封性能最佳；注： β—平衡系数； 6）按弹簧数分：单弹簧、多弹簧；
4）温度影响
端面间液膜闪蒸 温度波动时耐热冲击性能 随温升降低粘度和润滑性 按温度考虑→ 脆化 温度降低物料聚合或析出结晶 →确定→ 密封的结构 摩擦副及密封圈材料 润滑冷却方法 冲洗保温措施 保冷措施
5）流体性质影响
腐蚀降低使用寿命
磨粒存在加速密封件磨损
6.2.2端面微孔机械密封工作原理 密封副的静环或动环上加工出来的每一个微孔像一个微 动力润滑轴承，当两密封端面相对运动时，在孔和孔周围区 域则产生类似油楔的动压效应；当液体动压力与介质压力共 同作用时，密封端间的摩擦为纯液体摩擦，使密封副的摩擦 状态得到很大改善，从而达到优化密封性能的作用。 6.2.3发展趋势 密封技术的研究从根本上来讲是为了制造出先进的密封 装置，以满足现代化工业生产迅速发展的要求。作为一种新 型密封，与普通机械密封相比，端面微孔机械密封能够实现 非接触，具有良好的润滑性能和密封性能。然而，目前对端 面微孔机械密封的研究和报道较少。端面微孔机械密封是一 种新的机械密封结构形式，该技术在国外起步不久，国内尚 不完善，需要在研究、设计、生产和应用等各个方面继续研 究和发展，为完善这一技术和实际应用提供部分理论和实验 依据。
机 械 密 封
授课人：王建军
1.机械密封工作原理 1.1结构
图1
机械密封结构图
1）旋转轴和装在轴上的动密封环一起旋转，静环安装在壳体上。轴旋转时，动、 静环形成了摩擦副。 2）在机械密封的总体装置中，还有三个泄漏点，属于静密封点。
1.2工作原理： 1）主密封面。如上述的动环和静环形成摩擦副的 面，密封流体介质 的压力和弹性元件(弹簧、波纹管)的弹力对这一密封面产生一压 紧力，使之紧密贴合在一起。在摩擦副两端面之间存在一层很薄 的润滑膜，离心泵使用的机械密封，润滑膜处于全液体湿润摩擦 状态，端面之间流体润滑膜的压力在不同程度上平衡了端面的预 紧力。一般机械密封的端面是镜面光洁度，使比压均匀，贴合紧 密，达到无泄漏的目的。 2）静环与压盖之间的密封面。这密封面属静密封面，通常按流体的 特性选用相应的O形圈进行辅助密封，防止流体从静环与压盖之 间泄漏。 3）动环与轴或轴套之间的密封，这也是静密封面。对于动环为补偿 环的旋转式密封来讲，在端面跳动不同步及磨损时，该辅助密封 可做较小的轴向移动，一般用作弹簧和波纹管来作为辅助密封元 件。 4）压盖与壳体之间的密封，这也是静密封，通常用O形环进行密 封，但在安装时，要保证端盖和装静环的端面对轴线的垂直度。
6）三元乙丙橡胶 性能特点：优良的耐老化性，耐热性(可在120℃环境中长期使用)、 耐化学性(如醇，酸，强碱，氧化剂)、耐蒸汽性能， 但不 耐脂肪族和芳香族类溶剂侵蚀。 7）聚氨脂橡胶 性能特点：优异的耐磨性和良好的不透气性，中等耐油，耐氧化特 性，但不耐酸碱、水、蒸汽和酮类等。使用温度范围为 -20～80℃。 8）氯醚橡胶 性能特点：氯醚橡胶兼有丁腈橡胶，氯丁橡胶，丙烯酸酯橡胶的优 点，其耐油、耐热、耐燃、耐碱、耐水及耐有机溶剂性能 都很好，并有良好的工艺性能，其耐寒性较差。 9）丙烯酸酯橡胶 性能特点：耐热油(矿物油，润滑油和燃料油)，特别是在高温下的耐 油稳定性能，一般可达175℃，间隙使用或短时间可耐温 200℃。它的缺点是耐寒性差。