機械密封基礎知識講課資料課件

2022/12/11序言

機械密封廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、醫(yī)療、電力、紡織、環(huán)保等諸多領域。機械密封具有性能好、使用壽命長、運轉(zhuǎn)可靠等特點，是現(xiàn)代企業(yè)流體輸送機械應用最廣、最有前途的密封形式，對于減少環(huán)境污染、節(jié)約能源具有重大意義。

2022/12/11序言機械密12022/12/12

一、機械密封原理

二、機械密封的基本零件

三、機械密封用材料

四、機械密封輔助系統(tǒng)

五、機械密封性能的影響因素

六、機械密封安裝和故障分析

2022/12/12

一、機械密封原理

二、機械密封22022/12/13一、機械密封原理（一）定義（圖1-1）2022/12/13一、機械密封原理（一）定義（圖1-1）32022/12/14

機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流體機械的軸封裝置。（用于離心泵、離心機、反應釜、壓縮機等設備，軸和設備腔體間存在一個圓周間隙，設備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設一道阻漏裝置。因機械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點，成為了主要的軸密封方式，又叫端面密封。）在國家有關標準中的定義：由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面組成，在流體壓力及補償機構(gòu)彈力(或磁力)共同作用下，以及輔助密封圈的配合下，該對端面保持貼合并相對滑動，而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。

2022/12/14機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流42022/12/151、

密封端面：動環(huán)、靜環(huán)───摩擦副2、

緩沖補償機構(gòu)：由彈性元件（圓柱彈簧、圓錐彈簧、波片彈簧、波紋管等）構(gòu)成。3、輔助密封圈：包括動環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈等，有各種形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等（二）組成2022/12/151、

密封端面：動環(huán)、靜環(huán)───摩擦52022/12/16

1、

4個密封點（亦稱4個泄漏點，如圖1-1）泄漏點1─端面相對旋轉(zhuǎn)的密封點（動密封點,兩個摩擦副之間有相對轉(zhuǎn)動）泄漏點2─動環(huán)與軸或軸套之間的密封點（靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動）泄漏點3─靜環(huán)與壓蓋端面之間的密封點（靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止）泄漏點4─壓蓋與泵殼或其它設備之間的密封點（靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止）（三）密封機理2022/12/161、4個密封點（亦62022/12/172、

原理

通過一系列零件將軸向密封轉(zhuǎn)化為徑向密封，在彈簧和介質(zhì)壓力共同作用下，對由于設備運行所造成的軸向磨損可以及時補償，使垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的密封面始終保持貼合。由于機械密封（軸向密封）在運行中可以對軸向磨損進行補償，而填料密封（徑向密封）不能對徑向磨損進行補償，故機械密封比填料密封壽命長。

2022/12/172、原理72022/12/18

通過沖洗、冷卻、過濾、分離等方式進行冷卻和潤滑，從而改善密封的工作環(huán)境，減少密封的泄漏量，延長使用壽命。應當把它看作機械密封的組成部分。

（四）輔助設施2022/12/18通過沖洗、冷卻、過濾、分82022/12/191、

按使用條件分類（1）高速密封和普通密封（2）高壓和低壓密封（3）高溫、常溫和低溫密封（4）泵用、釜用和壓縮機用密封（5）耐腐蝕、抗顆粒機械密封2、通常按結(jié)構(gòu)分類

1)旋轉(zhuǎn)式、靜止式密封2)內(nèi)裝式、外裝式密封3)內(nèi)流式、外流式密封4)單彈簧、多彈簧密封（五）機械密封的種類2022/12/191、按使用條件分類（五）機械密封的種類92022/12/110按補償機構(gòu)是否隨軸旋轉(zhuǎn)分為：（1）旋轉(zhuǎn)式：補償機構(gòu)（彈性元件）隨軸旋轉(zhuǎn)。（由于安裝方便，普通密封大多采用，但易產(chǎn)生不平衡，而且消耗攪拌功率，所以不能用于高速）（2）靜止式：補償機構(gòu)（彈性元件）不隨軸旋轉(zhuǎn)。（用于高速）

（六）旋轉(zhuǎn)式和靜止式機械密封（圖1-2）

2022/12/110按補償機構(gòu)是否隨軸旋轉(zhuǎn)分為：（六）旋轉(zhuǎn)102022/12/1112022/12/11111（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3）（1）內(nèi)裝式：靜環(huán)裝在壓蓋內(nèi)側(cè)，靜環(huán)端面面向工作腔。（用于溫度、壓力較高，腐蝕性不強的場合）（2）外裝式：靜環(huán)裝在壓蓋外側(cè)，靜環(huán)端面背向工作腔。（用于低壓、腐蝕性強的場合）

（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3）（1）內(nèi)裝式：靜環(huán)裝122022/12/1132022/12/113132022/12/114（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致）

（1）內(nèi)流式：泄漏方向朝向軸心。（一般密封都采用這種結(jié)構(gòu)）（2）外流式：泄漏方向朝向離心力方向。（泄漏量大，只有在壓力、溫度都不高的腐蝕性介質(zhì)中用）

（八）內(nèi)流式和外流式機械密封2022/12/114（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致）（142022/12/115（1）多彈簧：（又叫小彈簧，軸向尺寸小，軸向彈力均勻）宜用于高速，不宜用于腐蝕性介質(zhì)。（2）單彈簧：（又叫大彈簧，軸向尺寸大，軸向彈力不均勻）不宜用于高轉(zhuǎn)速的場合。

（九）多彈簧和單彈簧機械密封2022/12/115（1）多彈簧：（又叫小彈簧，軸向尺寸小152022/12/116（1）平衡型：密封流體作用在密封端面上的壓力部分卸荷或全部卸荷載荷系數(shù)K＜1.0（用于高壓場合）（2）非平衡型：密封流體作用在密封端面的壓力不卸荷載荷系數(shù)K≥1.0（用于普通壓力場合）

（十）平衡型和非平衡型機械密封

2022/12/116（1）平衡型：密封流體作用在密封端面上162022/12/117（1）磁力：系統(tǒng)壓力較低時用（2）波片彈簧、錐形彈簧、螺旋圓柱大彈簧、小彈簧

（3）橡膠波紋管、聚四氟乙烯波紋管、金屬波紋管

（十一）補償機構(gòu)形式2022/12/117（1）磁力：系統(tǒng)壓力較低時用（十一）補172022/12/118兩套密封面對面或背對背安裝在一起。用于工作介質(zhì)有毒、易燃、易爆、易揮發(fā)、易結(jié)晶、高溫、低溫，或氣體、高真空度等場合。

兩套密封之間形成一個密封腔，在密封腔中引入密封液：堵封、潤滑、冷卻，選潔凈、潤滑性好的密封液介質(zhì)。

（十二）雙端面機械密封（圖1-4）2022/12/118兩套密封面對面或背對背安182022/12/1191-彈簧盒組件；2-軸套；3-動環(huán)Ⅰ；4-泵端蓋；5-靜環(huán)Ⅰ；6-靜環(huán)座；7-壓蓋；8-傳動環(huán)；9-轉(zhuǎn)動圈；10-泵軸；11-靜環(huán)Ⅱ；12-動環(huán)Ⅱ；13-彈簧；14-泵送環(huán)；15-O形圈兩套密封沿同一方向布置，密封腔壓力逐級降低用于高壓場合。

（十三）串聯(lián)式機械密封（圖1-5）2022/12/1191-彈簧盒組件；2-軸套；3-動環(huán)Ⅰ；19

串聯(lián)密封由機械密封本身和機械密封系統(tǒng)兩端部分組成。對于機械密封本身，我們用的是兩級密封集裝在一起的串聯(lián)密封。其中一級密封（介質(zhì)側(cè)）是內(nèi)密封，二級密封（大氣側(cè)）是外密封，起安全環(huán)保作用。當一級密封發(fā)生泄漏后，由于二級密封的作用，從一級密封泄漏的介質(zhì)仍然不能泄漏到大氣中去，二級密封保護了周圍環(huán)境不受密封泄漏液的影響，增加了裝置和人身安全。從一級密封泄漏的介質(zhì)，通過密封系統(tǒng)貯油罐上的管道放入氣柜回收或放入火炬燃燒，不對現(xiàn)場排放。

202022/12/121

（十四）集裝式機械密封（圖1-6）集裝式機械密封是把動環(huán)、靜環(huán)、彈簧、輔助密封圈、軸套、壓蓋、靜密封墊圈等7個主要零件組合成一起的一個集合體，也可稱集裝式機封．有時也稱卡式密封。2022/12/121（十四）集裝式機械密封（21

集裝式機械密封一般都是平衡型機封，其結(jié)構(gòu)特點是全部零件組合為一體，彈簧不與物料接觸，平衡型、內(nèi)流、定位塊可以調(diào)節(jié)彈簧壓縮量?？紤]到當動／靜環(huán)磨損時可以更容易補償，設計有動環(huán)密封圈。

集裝式機械密封因已組裝成一個集合體．因此在機體上安裝更加方便。安裝時只需固定壓蓋、軸套，取下定位擋塊即可。（一般擋塊厚度為彈簧壓縮量，從外部易于觀測）

安裝方便，快捷，密封可靠，排除了安裝不良的影響。深受國內(nèi)外用戶的歡迎，是國內(nèi)今后機械密封發(fā)展的方向。

機械密封基礎知識講課資料課件221、3、12-O型密封圈2一軸套4一動環(huán)座5彈簧6一密封墊7一壓蓋8、17一定位螺釘9一定位塊1O一動環(huán)11一靜環(huán)13一防轉(zhuǎn)銷14一同定環(huán)l5一傳動銷16、17一緊定螺釘1、3、12-O型密封圈2一軸套4一動環(huán)座5彈簧6一密封墊23

（十五）波紋管機械密封

去掉了補償環(huán)密封圈及其摩擦阻力，補償環(huán)密封圈改至彈簧座處，補償環(huán)追隨性提高，而且避免了補償環(huán)密封圈因軸串、振動所產(chǎn)生的磨損。

（十五）波紋管機械密封24金屬波紋管用于高溫介質(zhì)，聚四氟乙烯波紋管用于腐蝕性介質(zhì)。波紋管機械密封的優(yōu)點：波紋管機械密封原理與彈簧式機械密封原理基本相同。所不同的是，波紋管機械密封比彈簧式機械密封有更突出的優(yōu)點，表現(xiàn)為：①結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適應性強，靜止環(huán)具有浮動性；②可以更好的防止抽空；③旋轉(zhuǎn)環(huán)易于更換、修復；④結(jié)構(gòu)緊湊，抗震力強，承受作用力均勻，穩(wěn)定性好；⑤旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)法蘭連接、動泄漏點少。金屬波紋管用于高溫介質(zhì)，聚四氟乙烯波紋252022/12/126二、機械密封的基本零件（一）對摩擦副密封環(huán)的要求摩擦副密封環(huán)是機械密封的主要元件，它在很大程度上決定了機械密封的性能和壽命。因此，對它有一些基本要求。

（1）足夠的強度和剛度保證在工作條件（如壓力，溫度，滑動速度等）下不損壞，變形小，工作條件波動時影響小。（2）端面有足夠的硬度、耐腐蝕性能確保使用壽命。2022/12/126二、機械密封的基本零件（一）對摩擦副密262022/12/127

（3）耐熱沖擊力高的導熱系數(shù)，低的線膨脹系數(shù)。（4）較小的摩擦系數(shù)，良好的自潤滑性，材料與介質(zhì)有很好的浸潤性，短時間干摩擦，不損傷端面。（5）易加工，材料成本低2022/12/127（3）耐熱沖擊力272022/12/128（1）一般選擇一軟一硬的材料配對，軟環(huán)作窄環(huán)，只有介質(zhì)含固體顆粒、易結(jié)晶、粘度高時才選用硬對硬。（2）盡量采用內(nèi)裝、內(nèi)流式結(jié)構(gòu)，防止機械雜質(zhì)進入密封端面，減少泄漏量。（3）選導熱性良好材料作動環(huán)。以利散熱，降低端面溫度。（4）環(huán)的壁厚不可太薄，以保證整體強度、剛度，也利散熱（導熱欠佳的材料，可薄一些）。（5）動環(huán)和軸（軸套）間隙A11（0.4~0.6）以利補償。靜環(huán)和軸（軸套）間隙1~3mm以免摩擦。（二）摩擦副匹配要考慮的因素2022/12/128（1）一般選擇一軟一硬的材料配對，軟環(huán)282022/12/129（１）密封端面平面度偏差不大于0.9um，金屬材料密封端面粗糙度Ｒａ≤0.2um，非金屬材料端面粗糙度Ｒａ≤0.4um，表面不應有裂紋、劃傷、氣孔、疏松等缺陷。（２）密封環(huán)端面與安裝輔助密封圈處的平行度、垂直度按ＧＢ１１８４－８０的７級精度要求。（３）安裝輔助密封圈處粗糙度：Ｒａ≤3.2um，徑向尺寸公差Ｈ８或ｈ８。（4）彈簧內(nèi)徑、外徑、自由高度、工作壓力、彈簧中心線與端面垂直度等公差值，均按國家有關彈簧的一級精度標準要求。對于多彈簧式機械密封，同一套機封各彈簧之間的自由高度差不大于0.5mm。上述要求是對普通機械密封而言，對轉(zhuǎn)速較低的釜用機械密封可適當放寬標準，對高速機封要求更高。

（三）密封環(huán)的主要技術要求2022/12/129（１）密封端面平面度偏差不大于0.9u292022/12/130非補償動環(huán)（只旋轉(zhuǎn)，不能補償，其后無彈性元件。)補償動環(huán)（既旋轉(zhuǎn)，又作軸向補償，其后有彈性元件。)（1）輔助密封圈受軸向力，軸向、徑向都起密封作用，這種密封方式較為可靠。（2）波紋管：無作軸向補償?shù)妮o助密封圈，因此，浮動

性好，密封圈不易失效。

（四）動環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)）

2022/12/130非補償動環(huán)（只旋轉(zhuǎn)，不能補償，其后無彈302022/12/131

非補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補償）：主要有三種安裝方式：浮裝式、托裝式、夾固式。補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)只補償）：其輔助密封圈情況和補償動環(huán)基本一致。

（五）靜環(huán)(不旋轉(zhuǎn))2022/12/131非補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補償312022/12/132整體式（用同一種材料制造）、組合式（如鑲嵌）

1）整體式密封環(huán)各個部位性能均勻一致，最常用的有：石墨、SiC、鈷基硬質(zhì)合金、鎳基硬質(zhì)合金、陶瓷等。2）組合式整體環(huán)價格高，加工困難，因此出現(xiàn)組合式密封環(huán)。組合式包括：

（1）熱裝式它是靠硬質(zhì)合金環(huán)和環(huán)座之間的過盈配合來傳遞扭矩并實現(xiàn)密封，是目前應用最多的一種密封環(huán)。（2）帶密封圈式（無組合應力、無應力變形；開槽、打孔麻煩，多一泄漏點）

（六）密封環(huán)的種類2022/12/132整體式（用同一種材料制造）、組合式（如322022/12/133優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異，價格較低，運用較多。缺點：（?。┮蜻^盈接觸不均勻，而產(chǎn)生機械變形。（ⅱ）兩種材料線膨脹系數(shù)不一致，當溫度變化

時，過盈量變化，會產(chǎn)生應力變形。

a熱裝式密封環(huán)的優(yōu)缺點2022/12/133優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異，價格較低，運332022/12/134（1）材料要求：（a）在工作溫度下耐介質(zhì)腐蝕（b）足夠的彈性（c）有一定強度(柔性石墨因強度差，使用場合受到限制)（d）耐磨（e）易加工、價格低（2）種類按材料分：合成橡膠、聚四氟乙烯、柔性石墨等；按截面形狀分：矩形、V形、楔形、包四氟形等；

（七）輔助密封圈2022/12/134（1）材料要求：（七）輔助密封圈342022/12/135把軸或軸套的運動方式(旋轉(zhuǎn))傳遞給動環(huán)，一般是通過鍵、緊定螺釘、傳動螺釘、銷、R槽、撥叉、彈簧、波紋管等的組合來傳遞運動。傳遞類型：（1）緊定螺釘（頂絲）傳動：在軸表面劃凹坑，否則易打滑失效，特別當直徑較大和溫度較高時。（2）鍵＋臺階傳動（3）撥叉?zhèn)鲃樱ㄒ贿呴_槽一邊伸爪）（4）并圈彈簧傳動（彈簧旋向必須和軸旋向一致）（八）傳動機構(gòu)的作用2022/12/135把軸或軸套的運動方式(352022/12/136（5）銷釘傳動（6）凸耳傳動（7）勾圈彈簧傳動（8）波紋管傳動（9）螺帽固定2022/12/136（5）銷釘傳動362022/12/137（1）浮裝式（可以在軸向、徑向設計防轉(zhuǎn)銷）（2）托裝式(一般小扭矩可不用銷，要注意端面垂直度)（3）夾固式(浮動性差，注意端面垂直度)（4）防抽空(前加卡環(huán))（九）靜環(huán)防轉(zhuǎn)方式

2022/12/137（1）浮裝式（可以在軸向、徑向設計防轉(zhuǎn)372022/12/138螺旋壓縮彈簧錐形彈簧：軸向尺寸較小碟形彈簧：軸向尺寸小波片彈簧：軸向尺寸小并圈彈簧、帶勾彈簧：雙功能(彈力、傳動)波紋管：三功能(彈力、傳動、密封)（十）機械密封的彈性元件2022/12/138螺旋壓縮彈簧（十）機械密封的彈性元件382022/12/139橡膠波紋管：用于中性介質(zhì)：水、油，壓力、溫度都不高的場合；聚四氟乙烯波紋管：用于腐蝕性介質(zhì)，酸、堿；金屬波紋管：用于高溫、高速(追隨性好)。

(十一)波紋管種類2022/12/139橡膠波紋管：用于中性介質(zhì)：水、油，壓力392022/12/140三、機械密封用材料（一）摩擦副材料要求摩擦副是機械密封的主要零件，其性能好壞在很大程度上決定密封性能，因此對材料有一定的要求：（1）耐蝕性：有良好的化學穩(wěn)定性，能抵抗介質(zhì)的腐蝕、磨蝕、溶解和溶脹。（2）物理機械性能：較高的彈性模量、強度及許用［PV］值，低的摩擦系數(shù)和線膨脹系數(shù)，優(yōu)良的耐磨性、自潤滑性以及良好的不滲透性等。（3）熱力性能：很好的導熱性、耐熱性、耐寒性和耐溫度的急變性。（4）材料來源方便，易加工，成本低廉。

2022/12/140三、機械密封用材料（一）摩擦副材料要求402022/12/1411、

鑄鐵類（1）普通灰口鑄鐵（HT200、HT250）：耐磨性、導熱性優(yōu)于堆焊硬質(zhì)合金；耐蝕性差，只能用于中性介質(zhì)和PV值不高的場合。（2）球墨鑄鐵（QT600-3、QT700-2：）耐磨性、導熱性優(yōu)于堆焊硬質(zhì)合金；耐蝕性差，只能用于中性介質(zhì)和PV值不高的場合。（3）高硅耐蝕鑄鐵：表面有SiO2保護膜，是優(yōu)良耐酸材料。耐各種濃度H2SO4、HNO3、有機酸、酸性鹽，不耐強堿、鹽酸、氫氟酸、FeCl3熱溶液。（4）高鎳鑄鐵Ni-Resist：（同上）

（二）作摩擦副的金屬材料

2022/12/1411、

鑄鐵類（二）作摩擦副的金屬材412022/12/1422、

合金鋼（用于弱腐蝕介質(zhì)）3、

銅合金青銅SQSn6-6-3、SQSn10-1：具有良好的導熱性、耐磨性、加工性、對硬質(zhì)材料的相溶性，但質(zhì)軟，耐腐蝕性差。適用于油、鹽類、醇、脂肪酸、海水中介質(zhì)。不適用于乙烯、芳烴等介質(zhì)。

2022/12/1422、

合金鋼（用于弱腐蝕介質(zhì)）422022/12/1431、良好的彈性，硬度合適且壓縮永久變形小。2、耐高低溫的老化性能好。3、耐介質(zhì)腐蝕、溶解、熔脹、溶縮、硬化。4、較小的摩擦系數(shù)，耐磨耗，有一定的抗撕裂強度。5、來源方便，成本低廉。

（三）輔助密封圈材料要求2022/12/1431、良好的彈性，硬度合適且壓縮永久變形432022/12/1441、彈簧材料要有足夠的強度，耐介質(zhì)腐蝕，在工作溫度下長期使用剛度不衰減或衰減很少。一般根據(jù)《腐蝕手冊》選取。（四）彈性元件材料2022/12/1441、彈簧材料（四）彈性元件材料442022/12/145四、機械密封輔助系統(tǒng)（一）為什么機械密封要采用輔助系統(tǒng)1、機封工作條件的苛刻性在流體機械中（如泵、壓縮機、攪拌釜、離心機等），工作條件最苛刻的部件要算機械密封。（1）像推力軸承那樣承受軸向力（2）像散熱器那樣把產(chǎn)生的熱量導出（3）在高溫高壓易腐蝕情況下，靜密封已經(jīng)很困難，還要在高速旋轉(zhuǎn)中，在幾毫米寬的密封面上實現(xiàn)動密封就更加困難。

2022/12/145四、機械密封輔助系統(tǒng)（一）為什么機械密452022/12/1462、輔助系統(tǒng)可以改善密封工作環(huán)境（1）無輔助系統(tǒng)，就只能改進密封結(jié)構(gòu)，提高材質(zhì)。（代價高，不能從根本上解決問題。）（2）實際工作中，不用任何輔助設施的機械密封幾乎沒有。如高壓使用的串聯(lián)機械密封、高溫泵機械密封都必須采用相應輔助設施。（3）（通過輔助系統(tǒng)）苛刻工況變?yōu)槊芊饪山邮芄r。（機械密封效果大大提高，使用范圍更加廣泛，對密封本身材料要求降低，機械密封成本下降。）2022/12/1462、輔助系統(tǒng)可以改善密封工作環(huán)462022/12/1473、機械密封端面摩擦熱（會導致端面溫度升高），得以控制，端面摩擦熱過高有下列危害：（1）液膜汽化磨損加劇密封失效；（2）端面熱變形加大泄漏和磨損；（3）加劇腐蝕；（4）輔助密封圈老化變質(zhì)從而失效；（5）石墨浸漬物碳化或熔化而產(chǎn)生泄漏。

所以端面溫升是機械密封的大敵。2022/12/1473、機械密封端面摩擦熱（會導致端面溫度472022/12/1484、機械密封采用輔助系統(tǒng)的目的（1）減小溫升，保持端面良好潤滑（使機械密封各零件良好、正常地工作）。（2）（在易汽化介質(zhì)中）保持密封腔壓力高于飽和蒸氣壓，使之不汽化。（3）在低溫泵中保溫和供熱。（4）對于有固體顆粒出現(xiàn)的結(jié)晶和強腐蝕介質(zhì)的密封，能保持密封不受損壞。2022/12/1484、機械密封采用輔助系統(tǒng)的目的482022/12/149（5）較好工況下，采用輔助系統(tǒng)，會提高密封穩(wěn)定性和使用壽命。（有的密封工作溫度、壓力、轉(zhuǎn)速不太高。不用輔助系統(tǒng)也可以工作。）（6）輔助系統(tǒng)屬于機械密封的組成部分。（根據(jù)不同工況采用不同的輔助系統(tǒng)。國際上通用的美國石油學會標準（離心泵API682）對此都作了具體規(guī)定）2022/12/149（5）較好工況下，采用輔助系統(tǒng)，會提高492022/12/1501、定義

為改善密封工作環(huán)境，采用許多元件和設施組成一個系統(tǒng)，通過沖洗、冷卻、過濾、分離和保溫的方式，實現(xiàn)對密封的潤滑、冷卻或調(diào)溫、沖洗、凈化，稀釋和沖掉泄漏介質(zhì)，改善密封的工作環(huán)境。這種用來改善機械密封工作條件的輔助設施被稱為機械密封的輔助系統(tǒng)。它由許多元件組成，包括過濾器、旋液分離器、限流孔板、冷卻器、壓力罐、增壓罐、各種監(jiān)測儀表、管路、管件等組成。實際工作中可用一種或幾種，根據(jù)工作條件而定。（二）什么是輔助系統(tǒng)2022/12/1501、定義（二）什么是輔助系統(tǒng)502022/12/1512、輔助系統(tǒng)的主要功能（1）主要作用是沖洗將沖洗流體注入到密封腔中，完成潤滑、冷卻、凈化等功能，將不利的環(huán)境改變?yōu)槊芊饽芙邮艿沫h(huán)境。沖洗的種類很多，按沖洗方式和沖洗流體的不同可分為三種：1）自沖洗（或介質(zhì)沖洗）依靠泵本身產(chǎn)生的壓差（或密封腔內(nèi)的泵送裝置產(chǎn)生的壓差）使密封介質(zhì)通過密封腔形成閉合回路，介質(zhì)在當中循環(huán)實現(xiàn)沖洗。2）循環(huán)沖洗通過產(chǎn)生壓差的設施（泵送環(huán)、外加油站、熱虹吸）使外加封液進行循環(huán)，達到?jīng)_洗的目的。

2022/12/1512、輔助系統(tǒng)的主要功能512022/12/1523）注入式?jīng)_洗被密封介質(zhì)不宜作沖洗流體時，從外部注入另一種液體到密封腔內(nèi)，改善密封工作條件。（2）溫度調(diào)節(jié)（冷卻、保溫）用溫度適當?shù)牧黧w，對密封腔、靜環(huán)及其他零部件進行冷卻或保溫（或加熱），以提高密封穩(wěn)定性，延長使用壽命。（這些設施不與被密封流體接觸（或混和），沖洗也具有冷卻作用。）（3）過濾和分離在沖洗管路中，用過濾器和旋液分離器將沖洗液中雜質(zhì)濾掉，以保證密封面不受損傷。

2022/12/1523）注入式?jīng)_洗522022/12/1531、按壓差種類分：（1）利用泵本身壓差實現(xiàn)的沖洗（2）利用密封腔中的升壓裝置（小葉輪、漩渦葉輪和泵送螺旋等）使密封流體循環(huán)。（三）自沖洗的形式

2022/12/1531、按壓差種類分：（三）自沖洗的形式532022/12/154（1）正向沖洗：從泵出口經(jīng)限流孔板到密封腔中。（2）反向沖洗：從密封腔經(jīng)節(jié)流孔板到泵入口。2、按密封流體的流動方向分：2022/12/154（1）正向沖洗：從泵出口經(jīng)限流孔板到密542022/12/155（3）（對雙支承泵采用）兩向沖洗（圖5-14）：出口端密封腔壓力高于入口端，將兩端密封腔用管線連接起來。對出口端是反向沖洗，對入口端是正向沖洗，故稱為兩向沖洗。（4）貫穿沖洗（圖5-15）：沖洗液從泵出口經(jīng)孔板引入密封腔中，沖洗后流向泵入口。這種方式多用在低沸點液體的密封上。要求位于葉輪和密封之間的底套間隙較小。圖5-14兩向沖洗

圖5-15貫穿沖洗

2022/12/155（3）（對雙支承泵采用）兩向沖洗（圖5552022/12/156上述各種沖洗用于溫度不高的清潔流體。溫度高的管路中加冷卻器，流體不清潔管路中加過濾器。（圖5-16、圖5-17）圖5-16帶冷卻的自沖洗

圖5-17帶過濾器的自沖洗

2022/12/156上述各種沖洗用于溫度不高的清潔流體。圖562022/12/157沖洗流體用外加流體（隔離流體），而不是泵送介質(zhì)，通過一個泵送裝置使外加的密封流體進行循環(huán)，這個泵送裝置既可以是外加的油站，也可以是密封腔中的泵效環(huán)或利用熱虹吸原理，這種方式用于雙端面或串聯(lián)式機械密封上。（1）隔離流體循環(huán)沖洗

1儲罐內(nèi)循環(huán)2平衡罐內(nèi)循環(huán)3加壓罐內(nèi)循環(huán)4增壓罐內(nèi)循環(huán)5隔離流體外循環(huán)（雙端面）

（四）循環(huán)沖洗2022/12/157沖洗流體用外加流體（隔572022/12/158使用流體供給站提供的隔離流體，并依靠它維持隔離流體與密封介質(zhì)的壓差，以及控制隔離流體的流量。

（2）隔離流體熱對流沖洗

1儲罐熱虹吸（串聯(lián)式）2平衡罐熱虹吸（釜用雙端面）3加壓罐熱虹吸（雙端面）4增壓罐（活塞）熱虹吸（釜用雙端面）虹吸現(xiàn)象是液態(tài)分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升后再流到低處.由於管口水面承受不同的大氣壓力,水會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內(nèi)的水面變成相同的高度，水就會停止流動利用紅吸現(xiàn)象很快就可將容器內(nèi)的水抽出。2022/12/158使用流體供給站提供的隔離流體，并依靠它582022/12/159對于內(nèi)裝單端面機械密封，當被密封介質(zhì)不宜作沖洗液時（如含固體顆粒，比如煉油廠催化裂化裝置中的油漿泵）或溫度高、粘度大（如煉油廠常減壓裝置中的塔底泵），需從外部引入密封流體（煉油廠常用蠟油和柴油餾分）注入到密封腔中，改善密封工作環(huán)境。適用于單端面密封的高溫泵，易結(jié)晶、含固體顆?；蚋g性介質(zhì)泵。

沖洗流體內(nèi)沖洗沖洗流體外沖洗

（五）注入式?jīng)_洗2022/12/159對于內(nèi)裝單端面機械密封，當被592022/12/160沖洗液進入方式分為兩種：1、單點沖洗：沖洗液由一個入口進入密封腔中沖洗密封。（1）徑向沖洗

密封流體沿徑向垂直沖洗摩擦副，結(jié)構(gòu)簡單，應用較多，但沖洗量不可過大，以防沖壞石墨環(huán)。（2）切向沖洗

沖洗液沿切向沖洗摩擦副，是單點沖洗中較好的方式。（3）軸向沖洗

密封流體沿軸向進入密封腔，避免沖蝕石墨，可用于腐蝕性介質(zhì)機械密封。（六）沖洗液進入密封腔的方式

2022/12/160沖洗液進入方式分為兩種：（六）沖洗液進602022/12/161單點沖洗的特點：結(jié)構(gòu)簡單，但密封周圍溫度分布不均。為避免沖蝕石墨環(huán)，徑向沖洗流速不超過3m/s，沖洗孔直徑不小于5mm，為此需控制沖洗流量。2022/12/161單點沖洗的特點：612022/12/1622、多點沖洗

沖洗液沿圓周多個小孔同時進入密封腔,并起沖洗作用。特點：摩擦副周圍溫度較均勻，但結(jié)構(gòu)復雜，需增加一個沖洗環(huán)，內(nèi)設6-8個小孔，孔徑3-4mm。適用于易汽化介質(zhì)，或產(chǎn)生摩擦熱較多的高PV值場合。沖洗孔位置應盡量開設在摩擦副處，以便更好地把熱量導走。單點沖洗不能直接對準石墨環(huán)，也不能遠離摩擦副。

2022/12/1622、多點沖洗622022/12/163（七）沖洗量的控制

沖洗量可以用節(jié)流閥來調(diào)整，也可以用限流孔板來控制。由于節(jié)流閥沒有量的概念，所以現(xiàn)在大多用限流孔板。按需要的沖洗量和孔板前后的壓差來確定孔板直徑。通常，對于不作冷卻的沖洗量控制不是很嚴，對于冷卻后再作沖洗的，量要求較準確，這涉及到冷卻水量和冷卻后的溫度。如果沖洗量很少，孔板直徑又不能太?。ㄌ∪菀锥氯刹捎脙蓚€孔板串聯(lián)的方法。采用自沖洗時，泵出口裝一孔板，經(jīng)冷卻器后再裝一孔板，通過兩個串聯(lián)孔板的流量約等于一個孔板流量的70﹪。

2022/12/163（七）沖洗量的控制沖632022/12/164（八）沖洗壓力的確定

沖洗壓力要適當，壓力太小，沖洗液無法進入密封腔；沖洗壓力太大，注入沖洗量過多，浪費能量。如果是注入式?jīng)_洗，注入量過多，大量的密封液進入泵內(nèi)，對生產(chǎn)不利。因此，對沖洗壓力要提出要求。

沖洗壓力與沖洗的方式、介質(zhì)壓力及壓力變化情況有關。對于泵用機械密封，工作壓力在2Mpa以下，壓力變化不大而又較為準確的情況下，沖洗壓力比密封腔內(nèi)壓力大0.05~0.2Mpa。壓力變化較大時，其差值取0.1~0.2Mpa。可用手動閥人工調(diào)節(jié)，如果用調(diào)節(jié)閥來自動控制更好，這是對循環(huán)沖洗和注入式?jīng)_洗而言。

對于用限流孔板的自沖洗，孔板前后分別為泵出口壓力和密封腔壓力，因此，不再另行規(guī)定。

2022/12/164（八）沖洗壓力的確定642022/12/165（九）對沖洗流體的要求

對沖洗流體有如下一些要求：（1）清潔、無腐蝕性，與泵介質(zhì)相容，工作溫度下有較好潤滑性。（2）進入泵內(nèi)不影響產(chǎn)品質(zhì)量，泄漏出來不污染環(huán)境，無其他不良影響。（3）進入泵內(nèi)不影響泵的運轉(zhuǎn)，如不引進抽空，汽蝕。（4）導熱性好，溫度合乎要求。（5）價格低廉。

2022/12/165（九）對沖洗流體的要求對沖洗流體有如652022/12/166（十）機械密封的冷卻方式

（沖洗的作用是潤滑、冷卻、凈化）冷卻的作用是及時導出端面的摩擦熱和減小高溫介質(zhì)的影響?？煞譃閮煞N方式：1、直接冷卻：（冷卻液體直接和密封端面接觸達到冷卻的目的）。（1）冷卻流體注到密封腔中，冷卻密封端面（即前面談的各種沖洗）（2）在壓蓋的大氣端通以冷卻水主要冷卻靜環(huán)的內(nèi)圈，這種方法一般稱為“急冷”（或背冷）。冷卻水不能回收，冷卻后放掉。這種冷卻兼有稀釋和沖洗泄漏介質(zhì)的功能。2、間接冷卻（冷卻液不和端面接觸，通過冷卻水套、壓蓋夾套或其他方法（如冷卻靜環(huán)）達到冷卻的目的。）2022/12/166（十）機械密封的冷卻方式（沖洗的作用662022/12/167（十一）輔助設施在何種工況下必須選用

1．

工作溫度超過密封件允許溫度2．

高粘度、低粘度及易揮發(fā)介質(zhì)3．

有毒及有害介質(zhì)4．

含有機械雜質(zhì)及結(jié)晶介質(zhì)5．

重型機械密封

2022/12/167（十一）輔助設施在何種工況下必須選用672022/12/168五、機械密封性能的影響因素

(一)密封性的影響因素

1、密封件本身方面：結(jié)構(gòu)、材料、制造等。2、使用條件方面：安裝、介質(zhì)性質(zhì)、操作使用等。這里只討論密封件本身的影響因素。

2022/12/168五、機械密封性能的影響因素(一)密封682022/12/169（二）機械密封端面的摩擦狀態(tài)

1、液體摩擦兩端面被具有一定壓力和一定厚度的液膜隔開。液膜厚度ho=3~10цm，遠大于密封表面的粗糙度Ra，兩平面不接觸，不磨損。摩擦系數(shù)取決于介質(zhì)的性質(zhì)（如粘度等），與摩擦副材料無關，因泄漏量大，普通機械密封不予采用。2、混合摩擦兩端面高點接觸，其間仍存在局部中斷的液膜，液膜厚度ho和端面縫隙高度處于同一數(shù)量級。載荷由液膜及端面高點共同承擔。因此，端面存在輕微磨損。摩擦系數(shù)取決于介質(zhì)性質(zhì)和摩擦副材料，泄漏量不多。普通機械密封大多處于混合摩擦狀態(tài)。2022/12/169（二）機械密封端面的摩擦狀態(tài)1、液體692022/12/1703、邊界摩擦（1）隨著端面比壓的增大，液膜厚度ho進一步減小，摩擦副表面的高峰接觸及相互作用的數(shù)目增多，液膜厚度只有幾個分子厚，并且不連續(xù)，液膜壓力趨近于零，載荷幾乎全由表面的高峰承擔。摩擦系數(shù)與液膜介質(zhì)粘度沒多大關系，主要取決于膜的潤滑性能和摩擦副材料。存在磨損，磨損量不大，泄漏量很小，是機械密封理想的摩擦狀態(tài)。

（2）邊界摩擦的特點：

摩擦系數(shù)只與端面材質(zhì)、粗糙度有關，與介質(zhì)載荷系數(shù)、滑動速度無關。2022/12/1703、邊界摩擦702022/12/1714、干或半干摩擦狀態(tài)兩端面直接接觸，中間無液膜，端面吸附有氣體（或介質(zhì)的蒸汽）或氧化層。摩擦主要取決于兩表面的固體作用，磨損嚴重，并且與摩擦副材料及載荷有很大關系。隨著磨損的加劇泄漏量增大，機械密封應盡量避免干或半干摩擦。以上幾種摩擦狀態(tài)，在機械密封中都可能存在，在某種條件下可以互相轉(zhuǎn)化。實際工作中以混合摩擦狀態(tài)居多數(shù)。對于壓力較高和速度較低的機械密封（如攪拌釜）。當制造精度和安裝水平較高時，則多數(shù)呈邊界摩擦。

2022/12/1714、干或半干摩擦狀態(tài)712022/12/172（三）彈簧比壓對密封性能的影響

當泵停車或啟動時，介質(zhì)壓力較低，當介質(zhì)正常工作壓力較低或有較大波動時，彈簧比壓成為端面比壓的主要組成部分。彈簧比壓要根據(jù)密封結(jié)構(gòu)、工作條件、介質(zhì)性質(zhì)和載荷系數(shù)等綜合考慮。

彈簧比壓大，端面貼合性、追隨性、穩(wěn)定性都好。

但比壓過大時，摩擦熱量大、功耗大、磨損量大，使用壽命縮短。

比壓過小，泄漏量大，密封穩(wěn)定性差。2022/12/172（三）彈簧比壓對密封性能的影響722022/12/173（四）端面粗糙度對密封性能的影響

通常說的兩端面貼合，從微觀角度來看實際上是高點接觸，大部分表面并沒有接觸，仍有一定縫隙。平均縫隙高度h可用下式計算：h=3/4（RY1+RY2）

RY1、

RY2分別為兩表面“輪廓最大高度”，表面越粗糙，h越大，泄漏量越大。因此，對密封面的粗糙度有一定的要求。國產(chǎn)機械密封：一般硬環(huán)Ra0.04-0.10um石墨環(huán)Ra0.16-0.32um2022/12/173（四）端面粗糙度對密封性能的影響732022/12/174（五）產(chǎn)生端面不平行的原因

1、研磨平板不平，端面外緣低，內(nèi)緣高，石墨環(huán)易出現(xiàn)光圈，多個同心圓。2、靜環(huán)輔助密封圈過盈量太大。3、熱裝過盈量過大。4、密封環(huán)各點溫度不均，產(chǎn)生熱變形。5、密封環(huán)內(nèi)外壓差太大，產(chǎn)生機械變形。

2022/12/174（五）產(chǎn)生端面不平行的原因742022/12/175（六）密封端面的機械變形

由于靜環(huán)各點受力大小不一樣，在力的作用下產(chǎn)生的變形也不一致。作用點不同，使靜環(huán)承受彎矩，產(chǎn)生形狀的變形。

變形大小與材料的彈性模量成反比，與介質(zhì)壓力成正比，鋼鐵的彈性模量比石墨大一個數(shù)量級。故在同樣力作用下，變形量：石墨>鋼鐵2022/12/175（六）密封端面的機械變形752022/12/176（七）密封端面的熱變形

密封環(huán)的結(jié)構(gòu)，材料的熱力性能(導熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)等)差異，各點溫度不均勻是產(chǎn)生熱變形的根本原因。以一簡單的圓筒形密封環(huán)為例，由于軸向溫度差異，產(chǎn)生變形。端面徑向溫度也存在差異，也產(chǎn)生變形，使端面外緣低，呈收斂形縫隙。

熱變形還與端面溫度梯度、端面寬度有關。如高溫泵機械密封，帶急冷水，由于溫度梯度大，變形也大。轉(zhuǎn)速大，摩擦熱多，也會增大熱變形。變形越大，泄漏量也越大。

2022/12/176（七）密封端面的熱變形762022/12/177（八）影響機械密封性能的其他因素

1、介質(zhì)粘度（1）物理量介紹在邊界摩擦范圍，粘度對泄漏量沒有影響。但在液體摩擦和混合摩擦時，其影響不容忽視。高粘度介質(zhì)密封采取的措施和易揮發(fā)介質(zhì)相反，固定環(huán)加固防轉(zhuǎn)機構(gòu)，動環(huán)用撥叉?zhèn)鲃?，采用靜止式密封，載荷系數(shù)取大些，端面比壓取大值。2022/12/177（八）影響機械密封性能的其他因素1、772022/12/178

2、端面寬度寬度越大，發(fā)熱越大，變形越大。故在滿足強度和剛度的情況下，寬度越小越好。3、離心力外流式機械密封，離心力促使泄漏量增大。內(nèi)流式機械密封，離心力阻止泄漏。當兩種密封參數(shù)相同時，外流式泄漏量為內(nèi)流式的十倍，所以一般不選用外流式。

2022/12/1782、端面寬度782022/12/179六、機械密封的安裝和故障分析（一）安裝密封前要了解泵及介質(zhì)情況

1、泵型號及結(jié)構(gòu)、支承方式(懸臂或雙支承)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向及泵安裝方面的情況。2、泵內(nèi)介質(zhì)性質(zhì)：如粘度、潤滑性、汽化壓力、腐蝕性以及是否含機械雜質(zhì)、出現(xiàn)結(jié)晶等。3、泵的工作情況：工作溫度、進出口壓力，密封箱中的壓力、溫度，采取何種輔助設施，泵運轉(zhuǎn)中的振動，泵是連續(xù)還是間斷運轉(zhuǎn)等。了解上述情況后，再檢查配備的密封型式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、零件材料以及輔助設施是否合適。一旦密封失效，對分析原因也是必須的。

2022/12/179六、機械密封的安裝和故障分析792022/12/180（二）機械密封的安裝

安裝步驟

（1）裝配要干凈光潔。機械密封的零件、有關的機器設備的零部件、工具器、潤滑油（脂）、擦拭材料（棉紗、白布、綢子等）要十分干凈。動靜環(huán)的密封端面要用白綢或柔軟的紗布擦拭。（2）修整倒角倒圓。軸、密封端蓋等倒角要修整光滑，軸和端蓋的有關圓角要砂光擦亮。（3）安裝中，要在動環(huán)和靜環(huán)（尤其是密封端面上），輔助密封圈、軸和端蓋上抹透平油或10號機油，減小摩擦力，以免破壞動、靜環(huán)的密封端面及輔助密封圈。（4）裝配輔助密封圈。1）橡膠輔助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗滌，以免脹大變形，過早老化。2022/12/180（二）機械密封的安裝安裝步驟802022/12/1812）O型密封圈裝于動環(huán)組件或靜環(huán)組件上后，要順理，不讓其扭曲，使毛邊處于自由狀態(tài)時的橫斷面上。對毛邊稍微粗大的O型圈，如果毛邊位置為45度的，尚可以使用。但毛邊位置應注意，推進組件時，O型圈的一側(cè)與被密封件（壓蓋或密封腔）相對滑動，邊側(cè)的毛邊應在滑動方向的后方，否則，毛邊翻起而處于密封位置上，影響密封效果。3）推進組件時，要防止O型圈損傷。主要損傷有掉塊、裂口、碰傷、卷邊和扭曲。（5）按技術要求調(diào)整機封壓縮量，其值參考產(chǎn)品說明書。否則，壓縮量過大，增加了端面比壓，加速端面磨損；過小則動靜環(huán)端面比壓不足，密封失效。（6）應使用壓力機或鉆床把靜環(huán)組件裝入壓蓋（密封腔），任何情況下都不得將機械密封零件或部件施加沖擊力。被壓面應墊上干凈的紙或布，以免損傷密封端。2022/12/1812）O型密封圈裝于動環(huán)組件或靜環(huán)組件上81（7）組裝成動環(huán)或靜環(huán)組件后，用手按動補償環(huán)，檢查是否裝到位，是否靈活；彈性開口環(huán)是否定位可靠。（8）檢查密封端與軸（或軸套）中心的垂直度是否符合要求。（9）靜環(huán)組件的防轉(zhuǎn)銷引線要準確，推進靜環(huán)組件時，組件的銷槽要對準銷子，推進到位后，要測量組件端面至密封腔末端的距離，判斷是否安裝到位。（10）擰螺栓壓緊端蓋時，要用力均勻、對稱、小心，分幾次緊完，不可一次緊定，以免偏斜甚至壓碎靜環(huán)。（11）動環(huán)安裝后，必須保證它在軸上軸向移動靈活（用動環(huán)壓彈簧，然后能自由地彈回來）。（7）組裝成動環(huán)或靜環(huán)組件后，用手按動補償環(huán)，檢查是否裝到位822022/12/183機械密封故障分析（一）摩擦痕跡大于端面寬度

1、泵運轉(zhuǎn)時振動太大（使動環(huán)運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生徑向和軸向振擺，液膜厚度變化大，有時密封面被推開，造成泄漏量增大）。2、窄環(huán)與軸不同心（靜環(huán)壓蓋止口間隙太大，因自重下沉）。

2022/12/183機械密封故障分析（一）摩擦痕跡大于端面832022/12/184（二）硬環(huán)上無摩擦痕跡

1、傳動裝置和軸（或軸套）打滑（如頂絲在高溫下松動）2、端面未貼和，安裝失誤3、鑲嵌環(huán)在高溫下松脫

（三）石墨內(nèi)緣磨損

高溫泵密封，壓蓋通冷卻水，高溫下冷卻水結(jié)垢，磨掉石墨內(nèi)緣，同時動環(huán)堵塞，無補償性。（改用軟化水或低壓水蒸氣）

2022/12/184（二）硬環(huán)上無摩擦痕跡1、傳動裝置和842022/12/185（四）石墨端面中間產(chǎn)生環(huán)狀深溝

端面過熱過載（易發(fā)生在溫度較高的柴油泵非平衡機械密封上），石墨撕裂附在硬環(huán)上磨損石墨，發(fā)生粘著磨損。

2022/12/185（四）石墨端面中間產(chǎn)生環(huán)狀深溝852022/12/186（五）石墨環(huán)臺階過早全磨掉

1、介質(zhì)潤滑性差（如丁烯等），非平衡型機械密封，無沖洗、冷卻。2、石墨質(zhì)量差，質(zhì)地粗，不耐磨。

（六）石墨環(huán)外緣出現(xiàn)缺口

沖洗量過大，沖洗孔正對著石墨，石墨環(huán)被沖蝕出現(xiàn)缺口。2022/12/186（五）石墨環(huán)臺階過早全磨掉1、介質(zhì)潤862022/12/187（七）傳動機構(gòu)失效

密封的傳動件常常是緊定螺釘、傳動螺釘、傳動銷、凸緣、拔叉，甚至是單只大彈簧，造成他們的失效常常是：（1）高溫使其松動；（2）泵的汽蝕或非補償環(huán)安裝傾斜，造成振動沖擊磨損；（3）端面比壓過高或頻繁大幅波動；（4）組對不當（易咬合）使摩擦系數(shù)高，潤滑性不好；（5）開、停車頻繁或受力過大。

2022/12/187（七）傳動機構(gòu)失效872022/12/188（八）、彈簧斷裂（1）設計不當（彈簧指數(shù)過小，c=D/d應≥4（5~8））、

材料缺陷、制造不良、疲勞裂紋擴展造成。（2）應力，腐蝕斷裂。（3）過載斷裂。（九）軸套（靠補償環(huán)密封圈處）出現(xiàn)麻坑（1）泵內(nèi)介質(zhì)汽蝕。（2）非補償環(huán)安裝傾斜。這兩種原因會導致振動，密封圈軸向振動頻率過高使軸套產(chǎn)生麻坑。

2022/12/188（八）、彈簧斷裂882022/12/189（十）泵振動過大的失效現(xiàn)象

泵振動過大沒有明顯失效現(xiàn)象，但對密封的可靠性和使用壽命有很大的影響，其程度取決于振動的程度。1、密封工作不穩(wěn)定，有時兩端面打開（尤其是平衡型機封），泄漏量大，縮短使用壽命。2、機械雜質(zhì)易進入端面，加劇磨損。3、摩擦痕跡大于端面寬度。4、軸套和輔圈磨損加快。5、傳動機構(gòu)易損壞失效。

2022/12/189（十）泵振動過大的失效現(xiàn)象892022/12/190（十一）沒有沖洗的故障現(xiàn)象

1、摩擦熱不能及時導走，摩擦副溫度高，密封端面易汽化，工作不穩(wěn)定，易失效；2、密封腔機械雜質(zhì)易進入端面，端面出現(xiàn)溝紋而失效；3、泵葉輪內(nèi)汽蝕或泵抽空時，易損傷密封；4、密封腔少量汽化時，很易發(fā)展成汽蝕，使密封嚴重損壞（如果有注入式?jīng)_洗，可以避免）；5、彈簧周圍淤積雜質(zhì)，堵塞失彈；6、有些備用泵長期不運行，密封腔內(nèi)淤塞，致使盤車不動。

2022/12/190（十一）沒有沖洗的故障現(xiàn)象1、摩擦熱902022/12/191謝謝大家！2022/12/191謝謝大家！91謝謝！謝謝！92機械密封基礎知識講課資料課件932022/12/194序言

機械密封廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、醫(yī)療、電力、紡織、環(huán)保等諸多領域。機械密封具有性能好、使用壽命長、運轉(zhuǎn)可靠等特點，是現(xiàn)代企業(yè)流體輸送機械應用最廣、最有前途的密封形式，對于減少環(huán)境污染、節(jié)約能源具有重大意義。

2022/12/11序言機械密942022/12/195

一、機械密封原理

二、機械密封的基本零件

三、機械密封用材料

四、機械密封輔助系統(tǒng)

五、機械密封性能的影響因素

六、機械密封安裝和故障分析

2022/12/12

一、機械密封原理

二、機械密封952022/12/196一、機械密封原理（一）定義（圖1-1）2022/12/13一、機械密封原理（一）定義（圖1-1）962022/12/197

機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流體機械的軸封裝置。（用于離心泵、離心機、反應釜、壓縮機等設備，軸和設備腔體間存在一個圓周間隙，設備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設一道阻漏裝置。因機械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點，成為了主要的軸密封方式，又叫端面密封。）在國家有關標準中的定義：由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面組成，在流體壓力及補償機構(gòu)彈力(或磁力)共同作用下，以及輔助密封圈的配合下，該對端面保持貼合并相對滑動，而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。

2022/12/14機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流972022/12/1981、

密封端面：動環(huán)、靜環(huán)───摩擦副2、

緩沖補償機構(gòu)：由彈性元件（圓柱彈簧、圓錐彈簧、波片彈簧、波紋管等）構(gòu)成。3、輔助密封圈：包括動環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈等，有各種形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等（二）組成2022/12/151、

密封端面：動環(huán)、靜環(huán)───摩擦982022/12/199

1、

4個密封點（亦稱4個泄漏點，如圖1-1）泄漏點1─端面相對旋轉(zhuǎn)的密封點（動密封點,兩個摩擦副之間有相對轉(zhuǎn)動）泄漏點2─動環(huán)與軸或軸套之間的密封點（靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動）泄漏點3─靜環(huán)與壓蓋端面之間的密封點（靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止）泄漏點4─壓蓋與泵殼或其它設備之間的密封點（靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止）（三）密封機理2022/12/161、4個密封點（亦992022/12/11002、

原理

通過一系列零件將軸向密封轉(zhuǎn)化為徑向密封，在彈簧和介質(zhì)壓力共同作用下，對由于設備運行所造成的軸向磨損可以及時補償，使垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的密封面始終保持貼合。由于機械密封（軸向密封）在運行中可以對軸向磨損進行補償，而填料密封（徑向密封）不能對徑向磨損進行補償，故機械密封比填料密封壽命長。

2022/12/172、原理1002022/12/1101

通過沖洗、冷卻、過濾、分離等方式進行冷卻和潤滑，從而改善密封的工作環(huán)境，減少密封的泄漏量，延長使用壽命。應當把它看作機械密封的組成部分。

（四）輔助設施2022/12/18通過沖洗、冷卻、過濾、分1012022/12/11021、

按使用條件分類（1）高速密封和普通密封（2）高壓和低壓密封（3）高溫、常溫和低溫密封（4）泵用、釜用和壓縮機用密封（5）耐腐蝕、抗顆粒機械密封2、通常按結(jié)構(gòu)分類

1)旋轉(zhuǎn)式、靜止式密封2)內(nèi)裝式、外裝式密封3)內(nèi)流式、外流式密封4)單彈簧、多彈簧密封（五）機械密封的種類2022/12/191、按使用條件分類（五）機械密封的種類1022022/12/1103按補償機構(gòu)是否隨軸旋轉(zhuǎn)分為：（1）旋轉(zhuǎn)式：補償機構(gòu)（彈性元件）隨軸旋轉(zhuǎn)。（由于安裝方便，普通密封大多采用，但易產(chǎn)生不平衡，而且消耗攪拌功率，所以不能用于高速）（2）靜止式：補償機構(gòu)（彈性元件）不隨軸旋轉(zhuǎn)。（用于高速）

（六）旋轉(zhuǎn)式和靜止式機械密封（圖1-2）

2022/12/110按補償機構(gòu)是否隨軸旋轉(zhuǎn)分為：（六）旋轉(zhuǎn)1032022/12/11042022/12/111104（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3）（1）內(nèi)裝式：靜環(huán)裝在壓蓋內(nèi)側(cè)，靜環(huán)端面面向工作腔。（用于溫度、壓力較高，腐蝕性不強的場合）（2）外裝式：靜環(huán)裝在壓蓋外側(cè)，靜環(huán)端面背向工作腔。（用于低壓、腐蝕性強的場合）

（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3）（1）內(nèi)裝式：靜環(huán)裝1052022/12/11062022/12/1131062022/12/1107（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致）

（1）內(nèi)流式：泄漏方向朝向軸心。（一般密封都采用這種結(jié)構(gòu)）（2）外流式：泄漏方向朝向離心力方向。（泄漏量大，只有在壓力、溫度都不高的腐蝕性介質(zhì)中用）

（八）內(nèi)流式和外流式機械密封2022/12/114（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致）（1072022/12/1108（1）多彈簧：（又叫小彈簧，軸向尺寸小，軸向彈力均勻）宜用于高速，不宜用于腐蝕性介質(zhì)。（2）單彈簧：（又叫大彈簧，軸向尺寸大，軸向彈力不均勻）不宜用于高轉(zhuǎn)速的場合。

（九）多彈簧和單彈簧機械密封2022/12/115（1）多彈簧：（又叫小彈簧，軸向尺寸小1082022/12/1109（1）平衡型：密封流體作用在密封端面上的壓力部分卸荷或全部卸荷載荷系數(shù)K＜1.0（用于高壓場合）（2）非平衡型：密封流體作用在密封端面的壓力不卸荷載荷系數(shù)K≥1.0（用于普通壓力場合）

（十）平衡型和非平衡型機械密封

2022/12/116（1）平衡型：密封流體作用在密封端面上1092022/12/1110（1）磁力：系統(tǒng)壓力較低時用（2）波片彈簧、錐形彈簧、螺旋圓柱大彈簧、小彈簧

（3）橡膠波紋管、聚四氟乙烯波紋管、金屬波紋管

（十一）補償機構(gòu)形式2022/12/117（1）磁力：系統(tǒng)壓力較低時用（十一）補1102022/12/1111兩套密封面對面或背對背安裝在一起。用于工作介質(zhì)有毒、易燃、易爆、易揮發(fā)、易結(jié)晶、高溫、低溫，或氣體、高真空度等場合。

兩套密封之間形成一個密封腔，在密封腔中引入密封液：堵封、潤滑、冷卻，選潔凈、潤滑性好的密封液介質(zhì)。

（十二）雙端面機械密封（圖1-4）2022/12/118兩套密封面對面或背對背安1112022/12/11121-彈簧盒組件；2-軸套；3-動環(huán)Ⅰ；4-泵端蓋；5-靜環(huán)Ⅰ；6-靜環(huán)座；7-壓蓋；8-傳動環(huán)；9-轉(zhuǎn)動圈；10-泵軸；11-靜環(huán)Ⅱ；12-動環(huán)Ⅱ；13-彈簧；14-泵送環(huán)；15-O形圈兩套密封沿同一方向布置，密封腔壓力逐級降低用于高壓場合。

（十三）串聯(lián)式機械密封（圖1-5）2022/12/1191-彈簧盒組件；2-軸套；3-動環(huán)Ⅰ；112

串聯(lián)密封由機械密封本身和機械密封系統(tǒng)兩端部分組成。對于機械密封本身，我們用的是兩級密封集裝在一起的串聯(lián)密封。其中一級密封（介質(zhì)側(cè)）是內(nèi)密封，二級密封（大氣側(cè)）是外密封，起安全環(huán)保作用。當一級密封發(fā)生泄漏后，由于二級密封的作用，從一級密封泄漏的介質(zhì)仍然不能泄漏到大氣中去，二級密封保護了周圍環(huán)境不受密封泄漏液的影響，增加了裝置和人身安全。從一級密封泄漏的介質(zhì)，通過密封系統(tǒng)貯油罐上的管道放入氣柜回收或放入火炬燃燒，不對現(xiàn)場排放。

1132022/12/1114

（十四）集裝式機械密封（圖1-6）集裝式機械密封是把動環(huán)、靜環(huán)、彈簧、輔助密封圈、軸套、壓蓋、靜密封墊圈等7個主要零件組合成一起的一個集合體，也可稱集裝式機封．有時也稱卡式密封。2022/12/121（十四）集裝式機械密封（114

集裝式機械密封一般都是平衡型機封，其結(jié)構(gòu)特點是全部零件組合為一體，彈簧不與物料接觸，平衡型、內(nèi)流、定位塊可以調(diào)節(jié)彈簧壓縮量?？紤]到當動／靜環(huán)磨損時可以更容易補償，設計有動環(huán)密封圈。

集裝式機械密封因已組裝成一個集合體．因此在機體上安裝更加方便。安裝時只需固定壓蓋、軸套，取下定位擋塊即可。（一般擋塊厚度為彈簧壓縮量，從外部易于觀測）

安裝方便，快捷，密封可靠，排除了安裝不良的影響。深受國內(nèi)外用戶的歡迎，是國內(nèi)今后機械密封發(fā)展的方向。

機械密封基礎知識講課資料課件1151、3、12-O型密封圈2一軸套4一動環(huán)座5彈簧6一密封墊7一壓蓋8、17一定位螺釘9一定位塊1O一動環(huán)11一靜環(huán)13一防轉(zhuǎn)銷14一同定環(huán)l5一傳動銷16、17一緊定螺釘1、3、12-O型密封圈2一軸套4一動環(huán)座5彈簧6一密封墊116

（十五）波紋管機械密封

去掉了補償環(huán)密封圈及其摩擦阻力，補償環(huán)密封圈改至彈簧座處，補償環(huán)追隨性提高，而且避免了補償環(huán)密封圈因軸串、振動所產(chǎn)生的磨損。

（十五）波紋管機械密封117金屬波紋管用于高溫介質(zhì)，聚四氟乙烯波紋管用于腐蝕性介質(zhì)。波紋管機械密封的優(yōu)點：波紋管機械密封原理與彈簧式機械密封原理基本相同。所不同的是，波紋管機械密封比彈簧式機械密封有更突出的優(yōu)點，表現(xiàn)為：①結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適應性強，靜止環(huán)具有浮動性；②可以更好的防止抽空；③旋轉(zhuǎn)環(huán)易于更換、修復；④結(jié)構(gòu)緊湊，抗震力強，承受作用力均勻，穩(wěn)定性好；⑤旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)法蘭連接、動泄漏點少。金屬波紋管用于高溫介質(zhì)，聚四氟乙烯波紋1182022/12/1119二、機械密封的基本零件（一）對摩擦副密封環(huán)的要求摩擦副密封環(huán)是機械密封的主要元件，它在很大程度上決定了機械密封的性能和壽命。因此，對它有一些基本要求。

（1）足夠的強度和剛度保證在工作條件（如壓力，溫度，滑動速度等）下不損壞，變形小，工作條件波動時影響小。（2）端面有足夠的硬度、耐腐蝕性能確保使用壽命。2022/12/126二、機械密封的基本零件（一）對摩擦副密1192022/12/1120

（3）耐熱沖擊力高的導熱系數(shù)，低的線膨脹系數(shù)。（4）較小的摩擦系數(shù)，良好的自潤滑性，材料與介質(zhì)有很好的浸潤性，短時間干摩擦，不損傷端面。（5）易加工，材料成本低2022/12/127（3）耐熱沖擊力1202022/12/1121（1）一般選擇一軟一硬的材料配對，軟環(huán)作窄環(huán)，只有介質(zhì)含固體顆粒、易結(jié)晶、粘度高時才選用硬對硬。（2）盡量采用內(nèi)裝、內(nèi)流式結(jié)構(gòu)，防止機械雜質(zhì)進入密封端面，減少泄漏量。（3）選導熱性良好材料作動環(huán)。以利散熱，降低端面溫度。（4）環(huán)的壁厚不可太薄，以保證整體強度、剛度，也利散熱（導熱欠佳的材料，可薄一些）。（5）動環(huán)和軸（軸套）間隙A11（0.4~0.6）以利補償。靜環(huán)和軸（軸套）間隙1~3mm以免摩擦。（二）摩擦副匹配要考慮的因素2022/12/128（1）一般選擇一軟一硬的材料配對，軟環(huán)1212022/12/1122（１）密封端面平面度偏差不大于0.9um，金屬材料密封端面粗糙度Ｒａ≤0.2um，非金屬材料端面粗糙度Ｒａ≤0.4um，表面不應有裂紋、劃傷、氣孔、疏松等缺陷。（２）密封環(huán)端面與安裝輔助密封圈處的平行度、垂直度按ＧＢ１１８４－８０的７級精度要求。（３）安裝輔助密封圈處粗糙度：Ｒａ≤3.2um，徑向尺寸公差Ｈ８或ｈ８。（4）彈簧內(nèi)徑、外徑、自由高度、工作壓力、彈簧中心線與端面垂直度等公差值，均按國家有關彈簧的一級精度標準要求。對于多彈簧式機械密封，同一套機封各彈簧之間的自由高度差不大于0.5mm。上述要求是對普通機械密封而言，對轉(zhuǎn)速較低的釜用機械密封可適當放寬標準，對高速機封要求更高。

（三）密封環(huán)的主要技術要求2022/12/129（１）密封端面平面度偏差不大于0.9u1222022/12/1123非補償動環(huán)（只旋轉(zhuǎn)，不能補償，其后無彈性元件。)補償動環(huán)（既旋轉(zhuǎn)，又作軸向補償，其后有彈性元件。)（1）輔助密封圈受軸向力，軸向、徑向都起密封作用，這種密封方式較為可靠。（2）波紋管：無作軸向補償?shù)妮o助密封圈，因此，浮動

性好，密封圈不易失效。

（四）動環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)）

2022/12/130非補償動環(huán)（只旋轉(zhuǎn)，不能補償，其后無彈1232022/12/1124

非補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補償）：主要有三種安裝方式：浮裝式、托裝式、夾固式。補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)只補償）：其輔助密封圈情況和補償動環(huán)基本一致。

（五）靜環(huán)(不旋轉(zhuǎn))2022/12/131非補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補償1242022/12/1125整體式（用同一種材料制造）、組合式（如鑲嵌）

1）整體式密封環(huán)各個部位性能均勻一致，最常用的有：石墨、SiC、鈷基硬質(zhì)合金、鎳基硬質(zhì)合金、陶瓷等。2）組合式整體環(huán)價格高，加工困難，因此出現(xiàn)組合式密封環(huán)。組合式包括：

（1）熱裝式它是靠硬質(zhì)合金環(huán)和環(huán)座之間的過盈配合來傳遞扭矩并實現(xiàn)密封，是目前應用最多的一種密封環(huán)。（2）帶密封圈式（無組合應力、無應力變形；開槽、打孔麻煩，多一泄漏點）

（六）密封環(huán)的種類2022/12/132整體式（用同一種材料制造）、組合式（如1252022/12/1126優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異，價格較低，運用較多。缺點：（ⅰ）因過盈接觸不均勻，而產(chǎn)生機械變形。（ⅱ）兩種材料線膨脹系數(shù)不一致，當溫度變化

時，過盈量變化，會產(chǎn)生應力變形。

a熱裝式密封環(huán)的優(yōu)缺點2022/12/133優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異，價格較低，運1262022/12/1127（1）材料要求：（a）在工作溫度下耐介質(zhì)腐蝕（b）足夠的彈性（c）有一定強度(柔性石墨因強度差，使用場合受到限制)（d）耐磨（e）易加工、價格低（2）種類按材料分：合成橡膠、聚四氟乙烯、柔性石墨等；按截面形狀分