1、2022-6-10第三章第三章 机械密封机械密封2022-6-10机械密封发展概况机械密封发展概况 一、国外n机械密封的第一个专利1885年出现于英国，1900年开始应用于轴承密封。n1913年出现了汽轮机上使用双端面密封的专利。1919年出现了单端面机械密封专利。n20世纪20年代，机械密封才开始在许多冷冻装置上得到较多的使用。n20世纪50年代后期，石化、宇航与核电等行业的迅速发展，推动了机械密封的快速发展。机械密封获得了广泛的使用。美国、西欧、日本、前苏联等国家都开始系列化生产机械密封。n20世纪60年代出现了非接触式机械密封。2022-6-10机械密封发展概况机械密封发展概况 n197
2、11974年由于宇航和核电方面的特殊要求，在结构上出现了多级密封，1977年出现了螺旋机械密封组合的密封、改进的中间浮动环密封、浮环机械密封组合密封等新结构，从而使机械密封达到新的水平。n20世纪80年代随着人们环境保护意识的提高，出现了新结构、新概念、新技术、新工艺和新材料的新型机械密封。如研制出了“零泄漏”机械密封，打破了非接触式密封总是泄漏的旧概念；开发出了上游泵送机械密封。 2022-6-10机械密封发展概况机械密封发展概况 二、国内n1956年兰州炼油厂、沈阳水泵厂等单位首先试制泵用机械密封。n1966年天津机械密封件厂开始生产机械密封。 n1970年出台了“泵用机械密封系列”标准。
3、n1973年出台了“釜用机械密封系列”标准。n20世纪末，在常规机械密封的设计、生产方面已基本达到国际水平，但在高参数、高性能材料和产品规格方面，仍有很大差距。2022-6-10一、机械密封的基本结构、作用原理和特点一、机械密封的基本结构、作用原理和特点 1.定义由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。2.基本结构机械密封一般主要由四大部分组成：由静止环（静环）和旋转环（动环）组成的一对密封端面，该密封端面有时也称为摩擦副，是机械密封的核心；以弹性元件（或磁性元件）为主的补偿缓冲机构；辅助密封机构；
4、使动环和轴一起旋转的传动机构。 第一节第一节 机械密封的基本原理机械密封的基本原理 2022-6-10机械密封结构图1紧定螺钉；2弹簧座；3弹簧；4动环辅助密封圈；5动环；6静环；7静环辅助密封圈；8防转销 2022-6-103.作用原理n（1）动环在弹簧力和介质压力的作用下，与静环的端面紧密贴合，并发生相对滑动，阻止了介质沿端面间的径向泄漏（泄漏点1） ；n（2）动环辅助密封圈阻止了介质可能沿动环与轴之间间隙的泄漏（泄漏点2） ； n（3）静环辅助密封圈阻止了介质可能沿静环与端盖之间间隙的泄漏（泄漏点3）； n（4）用O形圈或垫片来密封端盖与密封腔体连接处的泄漏（泄漏点4） 。机械密封的基本
5、结构、作用原理和特点机械密封的基本结构、作用原理和特点2022-6-10从结构上看，机械密封主要是将极易泄漏的轴向密封，改变为不易泄漏的端面密封。 由动环端面与静环端面相互贴合而构成的动密封，是决定机械密封性能和寿命的关键。据统计，机械密封的泄漏大约有80%95%是由于密封端面摩擦副造成的。对动环和静环的接触端面要求很高，我国机械行业标准JB/T 4127.12013 机械密封 第1部分：技术条件 中规定：密封端面平面度公差应不大于0.0009 mm；硬质材料密封端面粗糙度Ra值应不大于0.2 m，软质材料密封端面粗糙度Ra值不大于0.4 m。 2022-6-104.特点（1）密封性好。在长期
6、运转中密封状态很稳定，泄漏量很小，据统计约为软填料密封泄漏量的1%以下。（2）使用寿命长。机械密封端面由自润滑性及耐磨性较好的材料组成，还具有磨损补偿机构。因此，密封端面的磨损量在正常工作条件下很小，一般的可连续使用1 2年，特殊的可用到5 10年以上。（3）运转中不用调整。由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中即使摩擦副磨损后，密封端面也始终自动地保持贴合。因此，正确安装后，就不需要经常调整，使用方便，适合连续化、自动化生产。（4）功率损耗小。由于机械密封的端面接触面积小，摩擦功率损耗小，一般仅为填料密封的20% 30%。（5）轴或轴套表面不易磨损。由于机械密封与轴或轴套的接触
7、部位几乎没有相对运动，因此对轴或轴套的磨损较小。机械密封的基本结构、作用原理和特点机械密封的基本结构、作用原理和特点2022-6-104.特点（6）耐振性强。机械密封由于具有缓冲功能，因此当设备或转轴在一定范围内振动时，仍能保持良好的密封性能。 （7）密封参数高，适用范围广。当合理选择摩擦副材料及结构，加之设置适当的冲洗、冷却等辅助系统的情况下，机械密封可广泛适用于各种工况，尤其在高温、低温、强腐蚀、高速等恶劣工况下，更显示出其优越性。目前机械密封技术参数可达到如下水平：轴径5 1000mm；使用压力10 6 80MPa；使用温度 200 1000；机器转速可达50000r/min；密封流体压
8、力p与密封端面平均线速度v的乘积pv值可达1000MPam/s。（8）结构复杂、拆装不便。与其它密封比较，机械密封的零件数目多，要求精密，结构复杂。特别是在装配方面较困难，拆装时要从轴端抽出密封环，必须把机器部分（联轴器）或全部拆卸，要求工人有一定的技术水平。 机械密封的基本结构、作用原理和特点机械密封的基本结构、作用原理和特点2022-6-101. 按应用的主机分类 泵用机械密封、釜用机械密封、透平压缩机用机械密封、风机用机械密封、冷冻机用机械密封以及其它主机用机械密封。 二、机械密封的分类二、机械密封的分类2022-6-102.按使用工况和参数分类 二、机械密封的分类二、机械密封的分类20
9、22-6-103. 按作用原理和结构分类（1 1）按密封端面的按密封端面的对数分类对数分类 单端面 双端面 多端面 2022-6-102022-6-10双端面机械密封双端面机械密封 2022-6-103.按作用原理和结构分类（2）按密封流体所处按密封流体所处的压力状态分类的压力状态分类 单级密封单级密封 双级密封双级密封 多级密封多级密封 与单端面机与单端面机械密封相同械密封相同 两级密封两级密封串联布置串联布置 使密封流体使密封流体处于一种压处于一种压力状态力状态 2022-6-10双级串联机械密封 2022-6-103.按作用原理和结构分类按密封流体作用在按密封流体作用在密封端面上的压力密
10、封端面上的压力分类分类 （3）平衡式平衡式机械密封机械密封 ( (B1)1)非平衡非平衡式机械密封式机械密封(0(0 B 1)1)部分部分平衡式平衡式 ( (B0)0)过平衡式过平衡式 21222b22eddddAAB2022-6-10u非平衡型机械密封，其密封端面上的作用力随密封流体压力升高而增大，因此只适用于低压密封，对于一般液体可用于密封压力0.7MPa；对于润滑性差及腐蚀性液体可用于压力0.3 0.5MPa。u而平衡型机械密封能部分或全部平衡流体压力对端面的作用，其密封端面上的作用力随密封流体压力变化较小，能降低端面上的摩擦和磨损，减小摩擦热，承载能力大，因此它适用于压力较高的场合，对
11、于一般液体可用于0.7 4.0MPa，甚至可达10MPa；对于润滑性较差、黏度低、密度小于600kg/m3的液体（如液化气），可用于液体压力较高的场合。 2022-6-103.按作用原理和结构分类按静环与密封端盖按静环与密封端盖 的相对位置分类的相对位置分类 （4）内装式内装式机械密封机械密封 外装式外装式机械密封机械密封 2022-6-10内装（或内置）式机械密封可以利用密封腔内流体压力来密封，机械密封的元件均处于密封流体中，密封端面的受力状态以及冷却和润滑条件好，是常用的结构型式。外装（或外置）式机械密封的大部分零件不与密封流体接触，暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是，由于外装（或外置
12、）式结构的密封流体作用力与弹性元件的弹力方向相反，当流体压力有波动，而弹簧补偿量又不大时，会导致密封环不稳定甚至严重泄漏。外装（或外置）式机械密封仅用于强腐蚀、高黏度和易结晶介质以及介质压力较低的场合。 2022-6-103.按作用原理和结构分类按弹簧的个数分类按弹簧的个数分类 （5）单弹簧式单弹簧式机械密封机械密封 多弹簧式多弹簧式机械密封机械密封 多弹簧式多弹簧式单弹簧式单弹簧式2022-6-10单弹簧式机械密封端面上的弹簧压力，尤其在轴径较大时分布不均，而且高速下离心力使弹簧偏移或变形，弹簧力不易调节，一种轴径需用一种规格弹簧，弹簧规格多，轴向尺寸大，径向尺寸小，安装维修简单，因此，它多
13、用于较小轴径（不大于80 150mm）、低速密封 。多弹簧式机械密封的弹簧压力分布则相对较均匀，受离心力影响较小，弹簧力可通过改变弹簧个数来调节，不同轴径可用数量不同的小弹簧，使弹簧规格减少，轴向尺寸小，径向尺寸大，安装繁琐，适用于大轴径高速密封。但多弹簧的弹簧丝径细，在腐蚀性介质或有固体颗粒介质的场合下，易因腐蚀和堵塞而失效。 2022-6-103.按作用原理和结构分类按补偿环是否按补偿环是否随轴旋转分类随轴旋转分类 （6）旋转式旋转式机械密封机械密封 静止式静止式机械密封机械密封 旋转式旋转式静止式静止式2022-6-10旋转式机械密封的弹性元件装置简单，径向尺寸小，常用于一般机械密封，但
14、不宜用于高速。因高速情况下转动件的不平衡质量易引起振动和介质被强烈搅动。 由于静止式机械密封的弹性元件不受离心力影响，常用于高速机械密封。线速度大于30m/s时，宜采用静止式机械密封。 2022-6-103.按作用原理和结构分类按密封流体按密封流体 泄漏方向分类泄漏方向分类 （7）内流式内流式机械密封机械密封 外流式外流式机械密封机械密封 2022-6-10n由于内流式密封中离心力阻止泄漏流体，其泄漏量要比外流式小些。内流式机械密封应用较广，多用于内装式密封，密封可靠，适用于高压。n当转速极高时，为加强端面润滑采用外流式机械密封较合适，但介质压力不宜过高，最高压力为1 2MPa。 2022-6
15、-103.按作用原理和结构分类按补偿环上离密封端面按补偿环上离密封端面最远的背面是处于最远的背面是处于高压侧或低压侧分类高压侧或低压侧分类 （8）背面高压式背面高压式机械密封机械密封 背面低压式背面低压式机械密封机械密封 2022-6-103.按作用原理和结构分类背面高压式背面高压式 2022-6-103.按作用原理和结构分类背面低压式背面低压式 2022-6-103.按作用原理和结构分类按密封端面按密封端面接触状态分类接触状态分类 （9）非接触式非接触式机械密封机械密封 接触式接触式机械密封机械密封流体静压式流体静压式 流体动压流体动压式式 2022-6-10流体静压式机械密封，是指密封端面
16、设计成特殊的几何形状，应用外部引入的压力流体或被密封介质本身通过密封界面的压力降，产生流体静压效应的密封。流体动压式机械密封，是指密封端面设计成特殊的几何形状，利用端面相对旋转，自行产生流体动压效应的密封，如螺旋槽端面机械密封 。2022-6-102022-6-102022-6-102022-6-102022-6-102022-6-102022-6-102022-6-102022-6-102022-6-102022-6-103.按作用原理和结构分类（10）波纹管型机械密封按波纹管型机械密封按 波纹管材料不同分类波纹管材料不同分类 金属波纹管型机械密封金属波纹管型机械密封 聚四氟乙烯波纹管型机械
17、密封聚四氟乙烯波纹管型机械密封 橡胶波纹管型机械密封橡胶波纹管型机械密封 波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。波纹管型机械密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损，追随性好，适用范围广。追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。 2022-6-10金属波纹管耐蚀性好，可在高、低温下使用。聚四氟乙烯波纹管型机械密封由于聚四氟乙烯耐腐蚀性好，可用于各种腐蚀介质中。橡胶波纹管型机械密封结构简单紧凑，安装方便且价格便宜，适用于工作压力不大于1.5MPa、温度不大于100的低参数条件。 2022-6-10金属
18、波纹管型机械密封金属波纹管型机械密封 聚四氟乙烯波纹管型机械密封聚四氟乙烯波纹管型机械密封 橡胶波纹管型机械密封橡胶波纹管型机械密封 2022-6-10三、机械密封端面摩擦机理及摩擦状态三、机械密封端面摩擦机理及摩擦状态 1. 摩擦副密封端面特征 密封端面的特征真实几何形状是由表面形状误差、表面波度和表面粗糙度三部分组成。 2022-6-10n普通机械密封密封端面间的液膜极薄，基本上是与表面粗糙度处于同一数量级，因此表面形貌中的高频粗糙度、低频波度和整体形状误差都对机械密封的性能有很大影响。n表面形状误差是密封件在加工成形时所具有的宏观几何形状误差。对于机械密封其端面形状误差用平面度表示。此外
19、，由于压差和温差的作用，密封面具有径向表面锥度。 2022-6-10n表面波度是指密封表面形成较长而有规律的波浪形纹理，如加工时机床-工具-工件系统的低频振动所引起的密封件表面几何形状误差，具有一定的波高、波距和波数。此外，结构和受力不匀称也会产生表面波度。 n表面粗糙度是指加工时在表面波纹上形成较小的几何轮廓。它是微观形状误差，而表面形状误差是宏观形状误差，波度是介乎两者之间的形状误差。 2022-6-102. 机械密封端面摩擦机理n当闭合力较大时，微凸体尖峰处的表面膜将破裂而导致固体的直接接触，如图中的A部分。图中B部分为边界膜接触，C部分为微凸体之间形成的微观空腔。 n当h0较小时，各微
20、观空腔C之间基本上是不连续的，因而不充满液体或虽充满了液体但压力很小，密封闭合力主要由边界膜和固体直接接触来承受，此时对应于边界摩擦状态； 2022-6-102. 机械密封端面摩擦机理n随着h0的增加，微观空腔C将部分的连接起来，产生较大的流体静压力和流体动压力，密封闭合力由流体压力、边界膜和固体接触三部分承受，此时对应于混合摩擦状态； n当h0增大到一定值时，微观空腔C已连成一片，密封缝隙中的流体静压力和流体动压力足以承受密封闭合力，表面微凸体不再接触，此时对应于流体摩擦状态。2022-6-10n边界摩擦状态时摩擦力主要由固体摩擦力和边界膜摩擦力两部分组成；n混合摩擦状态时摩擦力由固体摩擦力
21、、边界膜摩擦力和流体内摩擦力三部分组成；n流体摩擦状态时摩擦力主要是流体内摩擦力。n因为在法向载荷一定时有：流体摩擦力边界摩擦力固体摩擦力，所以在密封端面闭合力Fc一定时摩擦系数有：f流 f混 f边，磨损量有：流混边。2022-6-103. 机械密封端面摩擦状态分析 n机械密封的工作状况首先取决于密封面间的摩擦状态。机械密封可能处于流体摩擦、混合摩擦、边界摩擦或干摩擦状态下工作。（1）干摩擦状态。在两密封端面间不存在润滑膜，摩擦主要取决于滑动面的固体相互作用。在一般工程条件下，密封面上还可能吸附有气体（或介质的蒸汽）或氧化层。此时固体与固体的接触磨损很大，并主要取决于载荷和配合材料。（2）边界
22、摩擦状态。两密封端面摩擦时，其表面吸附着一种流体分子的边界膜。此流体膜非常薄，使两端面处于被极薄的分子膜所隔开的状态。这种状态下的摩擦称为边界摩擦。 边界摩擦中起润滑作用的是边界膜，可是测不出任何液体压力来。一般来说，边界膜的分子有3 4层，其厚度为200（1=10 10m）左右，并且部分是不连续的，局部地方发生固体接触，载荷几乎都由表面的高峰承担。液膜介质的黏度对摩擦性质没有多大影响，摩擦性能主要取决于膜的润滑性和摩擦副材料。 2022-6-10 迈尔基于边界摩擦学说，建立了流体交换流动理论:液体主要通过单个的没有相互连通的细沟或者空隙渗入到密封面上。由于在密封面整个宽度上都存在粗糙不平的不
23、连续的迷宫形凹隙，所以当密封环旋转时，在残余压力和离心压力的作用下，液体在两个摩擦面上相互碰到的极小的空隙和沟槽间发生交换。密封端面间的各微观空隙彼此之间很少连通，当两个环中之一旋转时，可以像人通过旋转门或物体经由计量机器那样，液体从一个空隙转移到另一个空隙中去，一直到液体质点达到缝隙的终端，从而导致泄漏 。2022-6-10（3）流体摩擦状态。在理想的条件下，两密封端面由一层足够厚的润滑膜所隔开，滑动面之间不直接接触。此时摩擦仅由黏性流体的剪切产生，故其大小通常要比固体摩擦小得多，而且也不存在固体的磨损。这种润滑状态为流体润滑，这种状态下的摩擦称为流体摩擦。 在完全流体摩擦状态下，润滑剂的动
24、力黏度影响摩擦的性质。此时，润滑剂流体表现出它的体积特性，摩擦发生在润滑剂的内部，是属于润滑剂的内摩擦。 （4）混合摩擦状态。这是介于上述三种摩擦状态之间的一种摩擦状态，在密封端面间，能够形成局部中断的流体动压或流体静压的润滑膜，即接触表面间几种摩擦同时出现。 2022-6-10 密封端面的不同摩擦状态，对密封装置的泄漏和磨损有着不同的影响。 （1）密封端面处于干摩擦状态时，两端面间的固体直接接触，磨损很大。随着磨损的加剧泄漏量增大，所以机械密封应避免在干摩擦状态下工作。 （2）密封端面处于流体摩擦状态时，摩擦仅由黏性流体的剪切产生，故其大小通常要比固体摩擦小得多，而且也不存在固体的磨损，摩擦
25、发生在润滑剂的内部，是属于润滑剂的内摩擦。但流体液膜越厚，泄漏量越大，因此减少摩擦和磨损必须付出泄漏量增大的代价。普通的机械密封在流体摩擦状态下工作时泄漏量较大，将失去密封的意义，因此一般不采用。 4. 端面摩擦状态对机械密封性能的影响端面摩擦状态对机械密封性能的影响 2022-6-10（3）密封端面处于边界摩擦状态时，润滑膜的黏度对摩擦性质没有多大的影响。摩擦性能主要取决于边界膜的润滑性能和摩擦副的材料。边界摩擦下的泄漏量很小，磨损通常也不大，可是这种磨损与摩擦副是否合适以及润滑介质有密切的关系。 （4）密封端面处于混合摩擦状态时，在密封端面间能够形成局部中断的流体动压或流体静压的润滑膜。润
26、滑膜的动力黏度和摩擦副材料特性对摩擦过程有明显的影响。混合摩擦状态下存在轻微的磨损，摩擦系数较小，泄漏量不大。 对于普通机械密封而言，液膜太厚显然密封性能变差，而干摩擦会引起剧烈磨损，造成早期失效，考虑到密封性能以及摩擦、磨损特性，机械密封端面的最佳摩擦状态应该是混合摩擦状态，如密封性能要求很高，则应该是边界摩擦状态。 4. 端面摩擦状态对机械密封性能的影响端面摩擦状态对机械密封性能的影响 2022-6-10 （一）端面比压 作用在密封环带上单位面积上净剩的闭合力称为端面比压，以pc表示，单位为MPa。 端面比压大小是否合适，对密封性能和使用寿命影响很大。比压过大，会加剧密封端面的磨损，破坏流
27、体膜，降低寿命；比压过小会使泄漏量增加，降低密封性能。四、机械密封的主要性能参数四、机械密封的主要性能参数 2022-6-101. 端面比压的计算 FpFsFcFmFf（忽略）（忽略）以内流式单端面机械密封为例。对补偿环作受力分析以内流式单端面机械密封为例。对补偿环作受力分析 （1）弹簧力Fs （2）密封流体推力Fp （3）端面流体膜反力Fm （4）补偿环辅助密封的摩擦阻力Ff 2022-6-10需要说明的是，上述计算式是根据内流式单端面密封推导出来的，对其它情况仍然适用，但需作适当处理。（1）对于外流式单端面机械密封：上式仍可用，只是式中的B值应按下式计算pBppppAFpsmescc212
28、2212beddddAAB2022-6-10（2）双端面机械密封 轴向双端面密封，靠大气侧的密封端面受力情况与内流式一样 对于介质端，可以看作压力为pf的封液向压力为p1环境泄漏的内流单端面密封 fscpBpp1fsscppBppBpp2022-6-10（3）对于波纹管式机械密封 端面比压的计算和弹簧式机械密封完全相同，只是在计算平衡系数B时，采用波纹管的有效直径de代替弹簧式机械密封的平衡直径db。波纹管的有效直径de与波纹管的工作状态、波形、波数及材料等到有关，可近似按下列公式计算：矩形波（如车制的聚四氟乙烯波纹管）为 锯齿形波（如焊接金属波纹管）为 U形波（如挤压成型的金属波纹管）为 2
29、o2ie21ddd2o2i2o2ie31ddddd2o2i2o2ie23381ddddd2022-6-10四、机械密封的主要性能参数四、机械密封的主要性能参数（二）端面摩擦热及功率消耗（二）端面摩擦热及功率消耗 机械密封的功率消耗包括密封端面的摩擦功率Nf和旋转组件对流体的搅拌功率Ns。一般情况后者比前小得多，而且难以准确计算，通常可以忽略，但对于高速机械密封，则必须考虑搅拌功率及其可能造成的危害。 端面摩擦功率常用下式近似计算：端面摩擦功率常用下式近似计算： vAfpNcf2022-6-10四、机械密封的主要性能参数四、机械密封的主要性能参数（三）（三）pv值值 密封端面的摩擦功率同时取决于
30、压力和速度，因此，工程上常用两者的乘积表示，即pv值。pv值常被用作选择、使用和设计机械密封的重要参数。但实际中由于所取的压力不同，pv值的含义和数值就有所不同，即表达机械密封的功能特性不同。 1. 工况pv值 工况pv值是密封腔工作压力p与密封端面平均线速v的乘积，说明机械密封的使用条件、工况和工作难度。密封的工况pv值应小于该密封的最大允许工况pv值。产品样本或选用手册中所给出的pv值一般即为最大允许工况pv值，该值也是密封技术水平的体现。2022-6-102.工作pcv值 工作pcv值是端面比压pc与密封端面平均线速度v的乘积，表征密封端面实际工作状态。端面的发热量和摩擦功率直接与pcv
31、成正比，该值过大时会引起端面液膜的强烈汽化或者使边界膜失向（破坏了极性分子的定向排列）而造成吸附膜脱落，结果导致端面摩擦副直接接触产生急剧磨损。它是设计时考虑的一个重要指标，其值必须小于许用的pcv值。 3.许用pcv值 许用pcv 值是极限（pcv）除以安全系数获得的数值。所谓极限（pcv）是指密封失效时达到的pcv，它是密封技术发展水平的重要标志。不同材料组合具有不同的许用pcv值。 2022-6-10四、机械密封的主要性能参数四、机械密封的主要性能参数（四）泄漏率（四）泄漏率 机械密封的泄漏率是指单位时间内通过主密封和辅助密封泄漏的流体总量，是评定密封性能的主要参数。泄漏率的大小取决于许
32、多因素，其中主要的是密封运行时的摩擦状态。 为了保证密封具有足够寿命，密封面应处于良好的润滑状态。因此必然存在一定程的泄漏，其最小泄漏率等于密封面润滑所必须的流量，这种泄漏是为了在密封面间建立合理的润滑状态所付出的代价。所有正常运转的机械密封都有一定泄漏，所谓“零泄漏”是指用现有仪器测量不到的泄漏率，实际上也有微量的泄漏。 机械密封允许的泄漏率，实际使用主要取决于密封介质的特性以及密封运行的环境。2022-6-10四、机械密封的主要性能参数四、机械密封的主要性能参数 （五）磨损量（五）磨损量 磨损量是指机械密封运转一定时间后，密封端面在轴向长度上的磨损值。 磨损量的大小要满足机械密封使用寿命的
33、要求。GB/T 335092017机械密封通用规范规定：泵用机械密封，以清水为介质进行试验，运转100h软质材料的密封环磨损量不大于0.02mm；釜用机械密封，以清水或20号机油为介质进行试验，运转100h软质材料的密封环磨损量不大于0.03mm。2022-6-10四、机械密封的主要性能参数四、机械密封的主要性能参数（六）使用寿命（六）使用寿命 机械密封的使用寿命是指机械密封从开始工作到失效累积运行的时间。机械密封很少是由于长时间磨损而失效的，其它因素则往往能促使其过早地失效。因此，密封的寿命应视为一个统计学量，难以得到精确值。密封的有效工作时间在很大程度上取决于应用情况。GB/T 33509
34、2017机械密封通用规范规定：在选型合理、安装使用正确的情况下，被密封介质为清水、油类及类似介质时，机械密封的使用期不少于8000h；被密封介质为腐蚀性介质时，机械密封的使用期不少于4000h；但在使用条件苛刻时不受此限；泵用干气密封使用期不少于16000h。 美国石油学会制定的石油、化工类泵用机械密封标准API 6822014泵 离心泵和转子泵的轴封系统规定机械密封要连续运行25 000h不用更换。2022-6-10 为延长机械密封使用寿命应注意以下几点：在密封腔中建立适宜的工作环境，如有效地控制温度，排除固体颗粒，在密封端面间形成有效液膜（在必要时应采用双端面密封和封液）；满足密封的技术规
35、范要求；采用具有刚性壳体、刚性轴、高质量支撑系统的机泵。 2022-6-10一、主要零件的结构形式一、主要零件的结构形式 （一）密封环（一）密封环 密封环包括动环和静环，它们是机械密封中最主要的零件，密封环包括动环和静环，它们是机械密封中最主要的零件，其性能好坏直接关系到密封效果和寿命。其性能好坏直接关系到密封效果和寿命。 1. 动环的结构形式动环的结构形式 第二节第二节 机械密封的主要零件及材料机械密封的主要零件及材料 形式（形式（a）比较简单，省略了推环，）比较简单，省略了推环，适合采用橡胶适合采用橡胶O形辅助密封圈，形辅助密封圈，缺点是密封圈沟槽直径不易测量，缺点是密封圈沟槽直径不易测量
36、，使加工与维修不便使加工与维修不便 。2022-6-101.1.动环的结构形式动环的结构形式形式（形式（b）对于各种形状的辅助密封圈都）对于各种形状的辅助密封圈都能适应，装拆方便，且容易找出因密封能适应，装拆方便，且容易找出因密封圈尺寸不合适而发生泄漏的原因圈尺寸不合适而发生泄漏的原因 。形式（形式（c）只适合用）只适合用O形密封圈，对密封形密封圈，对密封圈尺寸精度要求低，容易密封，但密封圈尺寸精度要求低，容易密封，但密封圈易变形。圈易变形。 2022-6-101.1.动环的结构形式动环的结构形式形式（形式（d）和（）和（e）为镶嵌式结构，这种结构是将密封端面做成矩形）为镶嵌式结构，这种结构是
37、将密封端面做成矩形截面的环状零件（称为动环），镶嵌在金属环座内（称为动环座），截面的环状零件（称为动环），镶嵌在金属环座内（称为动环座），从而可节约贵重金属。从而可节约贵重金属。形式（形式（d）为采用压装和热装的刚性过盈镶嵌结构，加工简便，但由）为采用压装和热装的刚性过盈镶嵌结构，加工简便，但由于动环与动环座材料的线膨胀系数不同，高温时易脱落，一般使用于于动环与动环座材料的线膨胀系数不同，高温时易脱落，一般使用于轴径小于轴径小于100mm、使用压力小于、使用压力小于5MPa、密封端面平均线速度小于、密封端面平均线速度小于20m/s的场合。的场合。 形式（形式（e）为柔性过盈镶嵌结构，其径向不与
38、动环座接触，而是支承）为柔性过盈镶嵌结构，其径向不与动环座接触，而是支承在柔性的辅助密封圈上，并采用柱销连接，从而克服了形式（在柔性的辅助密封圈上，并采用柱销连接，从而克服了形式（d）的缺）的缺点，但加困难，在标准型机械密封中很少采用。点，但加困难，在标准型机械密封中很少采用。 2022-6-101.1.动环的结构形式动环的结构形式形式（形式（f f）为喷涂结构，是将硬质合）为喷涂结构，是将硬质合金粉或陶瓷粉等离子喷涂于环座上，金粉或陶瓷粉等离子喷涂于环座上，该结构特点是省料，但由于涂层往往该结构特点是省料，但由于涂层往往不致密，使用中存在涂层开裂及剥落不致密，使用中存在涂层开裂及剥落现象，因
39、此，粉料配方及喷涂工艺还现象，因此，粉料配方及喷涂工艺还有待改进。有待改进。 上述各种结构中，形式（上述各种结构中，形式（d d）是国）是国内目前采用最普遍的一种。内目前采用最普遍的一种。 2022-6-102. 2. 静环的结构形式静环的结构形式（a）为最常用的形式，）为最常用的形式，O形、形、V形辅形辅助密封圈均可使用。助密封圈均可使用。（b b）的尾部较长，安装两个）的尾部较长，安装两个O形密形密封圈，中间环隙可通水冷却。封圈，中间环隙可通水冷却。 形式（形式（c c）也是为了加强冷却。）也是为了加强冷却。 2022-6-102. 2. 静环的结构形式静环的结构形式（d d）形式的静环两
40、端均是工作面，一）形式的静环两端均是工作面，一端失效后可调头使用另一端。端失效后可调头使用另一端。 形式（形式（e e）为）为O形圈置于静环槽内，从而形圈置于静环槽内，从而简化了静环座的加工简化了静环座的加工 。 形式（形式（f f）为采用端盖及垫片固定在密）为采用端盖及垫片固定在密封腔体上，多用于外装式或轻载的简易封腔体上，多用于外装式或轻载的简易机械密封上机械密封上 。 2022-6-10 摩擦副的动、静环的结构形式往往取决于所采用的辅摩擦副的动、静环的结构形式往往取决于所采用的辅助密封元件的形式。辅助密封元件有两类：径向接触助密封元件的形式。辅助密封元件有两类：径向接触式辅助密封与波纹管
41、辅助密封。式辅助密封与波纹管辅助密封。 1. 径向接触式辅助密封径向接触式辅助密封 n径向接触式辅助密封包括动环密封圈和静环密封圈，径向接触式辅助密封包括动环密封圈和静环密封圈，它们分别构成动环与轴、静环与端盖之间的密封。它们分别构成动环与轴、静环与端盖之间的密封。 n同时，由于密封圈材料具有弹性，能对密封环起弹性同时，由于密封圈材料具有弹性，能对密封环起弹性支撑作用，并对密封端面的歪斜和轴的振动有一定的支撑作用，并对密封端面的歪斜和轴的振动有一定的补偿和吸振效果，可提高密封端面的贴合度。补偿和吸振效果，可提高密封端面的贴合度。 n当端面磨损后，在弹性力作用下，密封圈随补偿环沿当端面磨损后，在
42、弹性力作用下，密封圈随补偿环沿轴向作微小的补偿移动。轴向作微小的补偿移动。 （二）辅助密封（二）辅助密封 2022-6-10 用作动环及静环的辅助密封圈，最常用的有用作动环及静环的辅助密封圈，最常用的有O形和形和V形形两种，还有方形、楔形、矩形等几种。一般是根据使用条两种，还有方形、楔形、矩形等几种。一般是根据使用条件决定。如一般介质可以采用件决定。如一般介质可以采用O形，溶剂类、强氧化性介形，溶剂类、强氧化性介质可用聚四氟乙烯制的质可用聚四氟乙烯制的V形圈，高温下可用柔性石墨或氟形圈，高温下可用柔性石墨或氟塑料制的楔形环，矩形垫一般只用在图塑料制的楔形环，矩形垫一般只用在图3-17中（中（f
43、）形式。）形式。 图图3-18 3-18 几种密封圈断面形状几种密封圈断面形状 2022-6-10 氟塑料全包覆橡胶氟塑料全包覆橡胶O形圈形圈可应用在普通橡胶可应用在普通橡胶O形圈无形圈无法适应的某些化学介质环境中。它既有橡胶法适应的某些化学介质环境中。它既有橡胶O形圈所具有形圈所具有的低压缩永久变形性能，又具有氟塑料特有的耐热、耐寒、的低压缩永久变形性能，又具有氟塑料特有的耐热、耐寒、耐油、耐磨、耐天候老化、耐化学介质腐蚀等特性，可替耐油、耐磨、耐天候老化、耐化学介质腐蚀等特性，可替代部分传统的橡胶代部分传统的橡胶O形圈，广泛应用于形圈，广泛应用于-60200温度范温度范围内，除卤化物、熔融
44、碱金属、氟碳化合物外各种介质的围内，除卤化物、熔融碱金属、氟碳化合物外各种介质的密封场合。密封场合。 图图3-18 3-18 几种密封圈断面形状几种密封圈断面形状 2022-6-102. 波纹管辅助密封波纹管辅助密封 波纹管密封的特点就是摩擦副挠性安装环的所有相对波纹管密封的特点就是摩擦副挠性安装环的所有相对位移可以由弹性波纹管来补偿，这就允许安装摩擦副位移可以由弹性波纹管来补偿，这就允许安装摩擦副密封环有较大的偏差。不存在径向接触式辅助密封圈密封环有较大的偏差。不存在径向接触式辅助密封圈沿密封面滑移的问题。沿密封面滑移的问题。 （二）辅助密封（二）辅助密封 2022-6-10 动环需要随轴一
45、起旋转，为了考虑动环具有一定的浮动性，一动环需要随轴一起旋转，为了考虑动环具有一定的浮动性，一般它不直接固定在转轴上，通常在动环和轴之间，需要有一个转矩般它不直接固定在转轴上，通常在动环和轴之间，需要有一个转矩传递机构，带动动环旋转，并克服搅拌和端面的摩擦转矩。传递机构，带动动环旋转，并克服搅拌和端面的摩擦转矩。 1. 1. 弹簧传动弹簧传动 （三）传动形式（三）传动形式 弹簧传动中有并圈弹簧传动和带钩弹簧传动。弹簧传动结构简弹簧传动中有并圈弹簧传动和带钩弹簧传动。弹簧传动结构简单，但传动转矩一般较小，且只能单方向传动，其旋转方向与弹簧单，但传动转矩一般较小，且只能单方向传动，其旋转方向与弹簧
46、的旋向有关，应使弹簧越转越紧。并圈弹簧传动，弹簧两端过盈安的旋向有关，应使弹簧越转越紧。并圈弹簧传动，弹簧两端过盈安装在弹簧座和动环上，利用弹簧末圈的摩擦张紧来传递转矩；带钩装在弹簧座和动环上，利用弹簧末圈的摩擦张紧来传递转矩；带钩弹簧传动是将弹簧两端的钢丝头部弯成与弹簧轴线平行或垂直的钩弹簧传动是将弹簧两端的钢丝头部弯成与弹簧轴线平行或垂直的钩子，分别钩住弹簧座和动环来传动。子，分别钩住弹簧座和动环来传动。 2022-6-102.2.传动套传动传动套传动 （三）传动形式（三）传动形式 传动套传动结构简单，工作可靠，常与弹簧座组成传动套传动结构简单，工作可靠，常与弹簧座组成整体结构。传动套传动
47、包括带凹槽（亦称耳环）的套结整体结构。传动套传动包括带凹槽（亦称耳环）的套结构和带柱销的套结构，后者的传动套厚度比前者要厚一构和带柱销的套结构，后者的传动套厚度比前者要厚一些，以便过盈镶配柱销。些，以便过盈镶配柱销。 2022-6-103.3.传动螺钉传动传动螺钉传动 利用螺钉传动，结构简单，在利用螺钉传动，结构简单，在传递转矩时仅存在切向力，常传递转矩时仅存在切向力，常用于多弹簧的结构中。用于多弹簧的结构中。 拨叉传动结构简单，常与弹簧座拨叉传动结构简单，常与弹簧座组成冲压件整体结构。由于拨叉组成冲压件整体结构。由于拨叉径向尺寸小（较薄）、且冲压后径向尺寸小（较薄）、且冲压后冷作硬化，易断裂
48、，常用于中性冷作硬化，易断裂，常用于中性介质。介质。 4.4.拨叉传动拨叉传动 2022-6-105. 5. 波纹管传动波纹管传动 波纹管是集弹性元件、辅助密封和转矩传动机构于一波纹管是集弹性元件、辅助密封和转矩传动机构于一身的密封元件。其转矩的传动方式是波纹管机械密封所特身的密封元件。其转矩的传动方式是波纹管机械密封所特有的，波纹管的两端分别与传动座和动环联接、至于联接有的，波纹管的两端分别与传动座和动环联接、至于联接方式依波纹管材料而定。例如，对于金属波纹管，则采用方式依波纹管材料而定。例如，对于金属波纹管，则采用焊接；对于橡胶波纹管和聚四氟乙烯波纹管，则采用整体焊接；对于橡胶波纹管和聚四
49、氟乙烯波纹管，则采用整体或其它方法联接。转轴通过紧定螺钉、键等机构将转矩传或其它方法联接。转轴通过紧定螺钉、键等机构将转矩传递到传动座，传动座通过波纹管即把转矩传递到动环。递到传动座，传动座通过波纹管即把转矩传递到动环。 2022-6-10 静环一般由腔体支承。支承方式应使静环密封可靠，受力合理，静环一般由腔体支承。支承方式应使静环密封可靠，受力合理，尽量减少变形。尽量减少变形。 1.1.浮动式浮动式 （四）静环支承方式（四）静环支承方式 静环靠柔性件（如静环靠柔性件（如O O形圈等）的压缩变形支承在密封腔体上，形圈等）的压缩变形支承在密封腔体上，并允许轴向和径向略作浮动并允许轴向和径向略作浮
50、动 图（图（a a） 。密封要求严格时，可安装。密封要求严格时，可安装两道密封两道密封 图（图（b b） 。高黏度介质和高压、高速条件下应设置防转。高黏度介质和高压、高速条件下应设置防转销销 图（图（c c）、（）、（d d） 。 浮动式支承方式结构简单，拆装方便，能吸收部分轴和腔体的浮动式支承方式结构简单，拆装方便，能吸收部分轴和腔体的振动。但柔性体把静环隔离，不利于热传导。振动。但柔性体把静环隔离，不利于热传导。 2022-6-102.2.紧固式紧固式 （四）静环支承方式（四）静环支承方式 静环靠机械方法支承。结构简单，传静环靠机械方法支承。结构简单，传热好，但不能吸收腔体振动。热好，但不
