机械密封基础知识讲课

1、2021-11-21机械密封机械密封基础知识讲课基础知识讲课刘刘 星星2021-11-22序序 言言 机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。 机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封形式，对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。 2021-11-23一、机械密封原理一、机械密封原理二、机械密封的基本零件二、机械密封的基本零件三、机械密封用材料三、机械密封用材料四、机械密封辅助系统四、机械密封辅助系统五、机械密封性能的影响因素五、机械密封性能的影响因素六、机械密封安装和故障分析六、机械密封安装和故障分

2、析2021-11-24一、机械密封原理一、机械密封原理（一）定义（图（一）定义（图1-1）2021-11-25 机械密封是一种用于机械密封是一种用于旋转流体机械旋转流体机械的轴封装置。的轴封装置。（用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设一道阻漏装置。因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点，成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。） 在国家有关标准中的定义：由至少一对垂直于旋转轴由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，在线的端面组成，在流体压力流体压力及及补偿机构弹力补偿机构弹力( (或磁力或磁力) )共同作用下共同作用下，以及以及辅助密封圈

3、辅助密封圈的配合下的配合下， 该对端面保持该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。 2021-11-261、 密封端面密封端面：动环、静环摩擦副2、 缓冲补偿机构缓冲补偿机构：由弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等）构成。3、 辅助密封圈辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等 （二）组成（二）组成2021-11-27 1、 4个密封点（亦称个密封点（亦称4个泄漏点，如图个泄漏点，如图1-1）泄漏点泄漏点1端面相对旋转的密封点端面相对旋转的密封点（动密封点动密封点,两个摩擦副之间两个

4、摩擦副之间有相对转动）有相对转动）泄漏点泄漏点2 动环与轴或轴套之间的密封点动环与轴或轴套之间的密封点（静密封点静密封点，密封圈，密封圈与轴或轴套之间有微动）与轴或轴套之间有微动）泄漏点泄漏点3 静环与压盖端面之间的密封点静环与压盖端面之间的密封点（静密封点静密封点，密封圈，密封圈与相配合件之间相对静止）与相配合件之间相对静止）泄漏点泄漏点4 压盖与泵壳或其它设备之间的密封点压盖与泵壳或其它设备之间的密封点（静密封点静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）密封圈与相配合件之间相对静止）（三）密封机理（三）密封机理2021-11-282、 原理原理 通过一系列零件将通过一系列零件将轴向密封轴向密

5、封转化为转化为径向密封径向密封，在，在弹簧弹簧和和介质压力介质压力共同作用共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使垂直于旋转轴线的密封面以及时补偿，使垂直于旋转轴线的密封面始终保持贴合。始终保持贴合。由于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补偿，故机械密封比填料密封寿命长。 2021-11-29 通过冲洗、冷却、过滤、分离冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却冷却和润滑润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄漏量，延长使用寿命。应当把它看作机械密封的组成部分。 （四）辅助设施（四）辅助

6、设施2021-11-2101、 按使用条件使用条件分类（1）高速密封和普通密封）高速密封和普通密封（2）高压和低压密封）高压和低压密封（3）高温、常温和低温密封）高温、常温和低温密封（4）泵用、釜用和压缩机用密封）泵用、釜用和压缩机用密封（5）耐腐蚀、抗颗粒机械密封）耐腐蚀、抗颗粒机械密封2、通常按结构结构分类 1) 旋转式、静止式密封旋转式、静止式密封 2) 内装式、外装式密封内装式、外装式密封 3) 内流式、外流式密封内流式、外流式密封 4) 单弹簧、多弹簧密封单弹簧、多弹簧密封（五）机械密封的种类（五）机械密封的种类2021-11-211按补偿机构补偿机构是否随轴旋转随轴旋转分为：（1）

7、旋转式旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。补偿机构（弹性元件）随轴旋转。（由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生不 平衡，而且消耗搅拌功率，所以不能用于高速）（2）静止式静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。 （用于高速） （六）旋转式和静止式机械密封（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2） 2021-11-212（七）内装式和外装式机械密封（图（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）（1）内装式内装式：静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。 （用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合）（2）外装式外装式：静环装在压盖外侧

8、，静环端面背向工作腔。静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。 （用于低压、腐蚀性强的场合） 2021-11-2142021-11-215（一般和内装式、外装式一致） （1）内流式：内流式：泄漏方向朝向轴心。（一（一般密封都采用这种结构）般密封都采用这种结构） （2）外流式：外流式：泄漏方向朝向离心力方向。（泄漏量大，只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用） （八）内流式和外流式机械密封（八）内流式和外流式机械密封2021-11-216（1）多弹簧多弹簧：（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均 匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质。匀）宜用于高速，不宜用于腐蚀性介

9、质。（2）单弹簧）单弹簧：（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不 均匀）不宜用于高转速的场合。均匀）不宜用于高转速的场合。 （九）多弹簧和单弹簧机械密封（九）多弹簧和单弹簧机械密封2021-11-217（1）平衡型：平衡型：密封流体作用在密封端面上的压力部分卸荷或全部卸荷 载荷系数K1.0 （用于高压场合）（2）非平衡型：非平衡型：密封流体作用在密封端面的压力不卸荷 载荷系数K1.0 （用于普通压力场合） （十）平衡型和非平衡型机械密封（十）平衡型和非平衡型机械密封 2021-11-218（1）磁力磁力：系统压力较低时用系统压力较低时用（2）波片弹簧、锥形弹簧

10、、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧 （3）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管 （十一）补偿机构形式（十一）补偿机构形式2021-11-219 两套密封面对面或背对背安装在一起。 用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。 两套密封之间形成一个密封腔密封腔，在密封腔中引入密封密封液液：堵封、润滑、冷却堵封、润滑、冷却，选选洁净、润滑性好洁净、润滑性好的密封液介质。的密封液介质。 （十二）双端面机械密封（图（十二）双端面机械密封（图1-4）2021-11-2201-弹簧盒组件；2-

11、轴套；3-动环；4-泵端盖；5-静环；6-静环座；7-压盖；8-传动环； 9-转动圈；10-泵轴；11-静环；12-动环；13-弹簧；14-泵送环；15-O形圈两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低用于高压场合。 （十三）串联式机械密封（十三）串联式机械密封（图1-5） 串联密封串联密封由由机械密封本身机械密封本身和和机械密封系统机械密封系统两端部分组成。对于机械密封本身，我们用两端部分组成。对于机械密封本身，我们用的是两级密封集装在一起的的是两级密封集装在一起的串联密封串联密封。其中。其中一级密封（介质侧）是一级密封（介质侧）是内密封内密封，二级密封（，二级密封（大气侧）是大气侧）是外密

12、封外密封，起安全环保作用。，起安全环保作用。 当一级密封发生泄漏后，由于二级密封的作用，从一级密封泄漏的介质仍然不能泄漏到大气中去，二级密封保护了周围环境不受密封泄漏液的影响，增加了装置和人身安全。从一级密封泄漏的介质，通过密封系统贮油罐上的管道放入气柜回收或放入火炬燃烧，不对现场排放。 2021-11-222 （十四）集装式机械密封（图（十四）集装式机械密封（图1-6）集装式机械密封集装式机械密封是把是把动环、静环、弹簧、辅助密封圈、动环、静环、弹簧、辅助密封圈、轴套、压盖、静密封垫圈轴套、压盖、静密封垫圈等等7个主要零件组合成一起的个主要零件组合成一起的一个集合体，也可称一个集合体，也可称

13、集装式机封集装式机封有时也称有时也称卡式密封卡式密封。 集装式机械密封一般都是平衡型机封，其结构特点是全部零件组合为一体，弹簧不与物料接触，平衡型、内流、定位块可以调节弹簧压缩量。考虑到当动静环磨损时可以更容易补偿，设计有动环密封圈。 集装式机械密封因已组装成一个集合体因此在机体上安装更加方便。安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测） 安装方便，快捷，密封可靠，排除了安装不良的影响。深受国内外用户的欢迎，是国内今后机械密封发展的方向。 1、3、12-O型密封圈2一轴套4一动环座5 弹簧6一密封垫7一压盖8、17一定位螺钉 9一定位块 1O一动环

14、11一静环 13一防转销14一同定环 l5一传动销 16、17一紧定螺钉 （十五）波纹管机械密封（十五）波纹管机械密封 去掉了去掉了补偿环密封圈补偿环密封圈及其及其摩擦阻力，补偿环密封圈摩擦阻力，补偿环密封圈改改至至弹簧座处，补偿环追随性提高，弹簧座处，补偿环追随性提高，而且避免了补偿环密封而且避免了补偿环密封圈因圈因轴串、振动轴串、振动所产生的磨损。所产生的磨损。 金属波纹管用于高温介质，聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。 波纹管机械密封的优点： 波纹管机械密封原理与弹簧式机械密封原理基本相同。 所不同的是，波纹管机械密封比弹簧式机械密封有波纹管机械密封比弹簧式机械密封有更突出的优点，表现为：

15、更突出的优点，表现为： 结构简单，安装方便，适应性强，静止环具有浮动性；结构简单，安装方便，适应性强，静止环具有浮动性； 可以更好的防止抽空；可以更好的防止抽空； 旋转环易于更换、修复；旋转环易于更换、修复； 结构紧凑，抗震力强，承受作用力均匀，稳定性好；结构紧凑，抗震力强，承受作用力均匀，稳定性好； 旋转环、静止环法兰连接、动泄漏点少。旋转环、静止环法兰连接、动泄漏点少。 2021-11-227二、机械密封的基本零件二、机械密封的基本零件（一）对摩擦副密封环的要求（一）对摩擦副密封环的要求 摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本因此，

16、对它有一些基本要求。要求。 （1）足够的强度和刚度足够的强度和刚度 保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损坏，变形小，工作条件波动时影响小。 （2）端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。2021-11-228 （3）耐热冲击力耐热冲击力 高的导热系数，低的线膨胀系数。 （4）较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有 很好的浸润性，短时间干摩擦，不损伤端面。很好的浸润性，短时间干摩擦，不损伤端面。 （5）易加工，材料成本低易加工，材料成本低2021-11-229（1）一般选择一软一硬的材料配对

17、，软环作窄环，只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高时才选用硬对硬。（2）尽量采用内装、内流式结构，防止机械杂质进入密封 端面，减少泄漏量。（3）选导热性良好材料作动环。 以利散热，降低端面温度。（4）环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散 热（导热欠佳的材料，可薄一些）。（5）动环和轴（轴套）间隙A11（0.40.6）以利补偿。 静环和轴（轴套）间隙13mm以免摩擦 。（二）摩擦副匹配要考虑的因素（二）摩擦副匹配要考虑的因素2021-11-230（）密封端面平面度偏差不大于0.9um ，金属材料密封端面粗糙度0.2um，非金属材料端面粗糙度0.4um，表面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺

18、陷。（）密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按 的级精度要求。（）安装辅助密封圈处粗糙度：3.2um，径向尺寸公差或。（4）弹簧内径、外径、自由高度、工作压力、弹簧中心线与端面垂直度等公差值，均按国家有关弹簧的一级精度标准要求。对于多弹簧式机械密封，同一套机封各弹簧之间的自由高度差不大于0.5mm。 上述要求是对普通机械密封而言，对转速较低的釜用 机械密封可适当放宽标准，对高速机封要求更高。 （三）密封环的主要技术要求（三）密封环的主要技术要求2021-11-231非补偿动环（只旋转，不能补偿，其后无弹性元件。)补偿动环（既旋转，又作轴向补偿，其后有弹性元件。)（1）辅助密封圈受轴向力

19、，轴向、径向都起密封作用，这 种密封方式较为可靠。（2）波纹管：无作轴向补偿的辅助密封圈，因此，浮动波纹管：无作轴向补偿的辅助密封圈，因此，浮动 性好，密封圈不易失效。性好，密封圈不易失效。 （四）动环（旋转环）（四）动环（旋转环） 2021-11-232 非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式：非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式：浮装式、托装式、夹固式。浮装式、托装式、夹固式。 补偿静环（不旋转只补偿）：其辅助密封圈情况和补偿动环基本一致。 （五）静环（五）静环(不旋转不旋转)2021-11-233整体式整体式（用同一种材料制造用同一种材料制造）、组合式（如镶嵌）、组合式

20、（如镶嵌） 1）整体式密封环）整体式密封环各个部位性能均匀一致，最常用的有：石墨、SiC、钴基硬质合金、镍基硬质合金、陶瓷等。2）组合式）组合式整体环价格高，加工困难，因此出现组合式密封环。组合式包括：组合式包括： （1）热装式热装式它是靠它是靠硬质合金环和和环座之间的之间的过盈配合来传来传递扭矩并实现密封，是目前应用最多的一种密封环。递扭矩并实现密封，是目前应用最多的一种密封环。 （2）带密封圈式（无组合应力、无应力变形；开槽、打孔麻烦，多一泄漏点） （六）密封环的种类（六）密封环的种类2021-11-234优点：结构简单，性能优异，价格较低，运用较多。优点：结构简单，性能优异，价格较低，运

21、用较多。缺点：（缺点：（）因过盈接触不均匀，而产生机械变形。）因过盈接触不均匀，而产生机械变形。 （）两种材料线膨胀系数不一致，当温度变化）两种材料线膨胀系数不一致，当温度变化 时，过盈量变化，会产生应力变形。时，过盈量变化，会产生应力变形。 a 热装式密封环的优缺点热装式密封环的优缺点2021-11-235（1）材料要求：）材料要求：（a）在工作温度下耐介质腐蚀在工作温度下耐介质腐蚀（b）足够的弹性足够的弹性（c）有一定强度有一定强度(柔性石墨因强度差，使用场合受到限制柔性石墨因强度差，使用场合受到限制)（d）耐磨耐磨（e）易加工、价格低易加工、价格低（2）种类 按材料分：合成橡胶、聚四氟乙

22、烯、柔性石墨等； 按截面形状分：矩形、V形、楔形、包四氟形等； （七）辅助密封圈（七）辅助密封圈2021-11-236 把轴或轴套的运动方式(旋转)传递给动环，一般是通过键、紧定螺钉、传动螺钉、销、R槽、拨叉、弹簧、波纹管等的组合来传递运动。传递类型：传递类型：（1）紧定螺钉（顶丝）传动紧定螺钉（顶丝）传动：在轴表面划凹坑，否则易打 滑失效，特别当直径较大和温度较高时。（2）键台阶传动键台阶传动（3）拨叉传动拨叉传动（一边开槽一边伸爪）（4）并圈弹簧传动并圈弹簧传动（弹簧旋向必须和轴旋向一致）（八）传动机构的作用（八）传动机构的作用2021-11-237（5）销钉传动销钉传动（6）凸耳传动凸耳

23、传动（7）勾圈弹簧传动勾圈弹簧传动（8）波纹管传动波纹管传动（9）螺帽固定螺帽固定2021-11-238（1）浮装式）浮装式（可以在轴向、径向设计防转销）（2）托装式）托装式(一般小扭矩可不用销，要注意端面垂直度)（3）夹固式）夹固式(浮动性差，注意端面垂直度)（4）防抽空）防抽空(前加卡环) （九九）静环防转方式静环防转方式 2021-11-239螺旋压缩弹簧锥形弹簧：轴向尺寸较小碟形弹簧：轴向尺寸小波片弹簧：轴向尺寸小并圈弹簧、带勾弹簧：双功能(弹力、传动)波纹管：三功能波纹管：三功能(弹力、传动、密封弹力、传动、密封) （十十）机械密封的弹性元件机械密封的弹性元件2021-11-240橡

24、胶波纹管：用于中性介质：水、油，压力、温度都不高 的场合；聚四氟乙烯波纹管：用于腐蚀性介质，酸、碱；金属波纹管：用于高温、高速(追随性好)。 (十一十一)波纹管种类波纹管种类2021-11-241三、机械密封用材料三、机械密封用材料（一）摩擦副材料要求（一）摩擦副材料要求 摩擦副是机械密封的主要零件，其性能好坏在很大程度上决定密封性能，因此对材料有一定的要求：（1）耐蚀性）耐蚀性：有良好的化学稳定性，能抵抗介质的腐蚀、磨蚀、溶解和溶胀。（2）物理机械性能）物理机械性能：较高的弹性模量、强度及许用PV值，低的摩擦系数和线膨胀系数，优良的耐磨性、自润滑性以及良好的不渗透性等。（3）热力性能）热力性

25、能：很好的导热性、耐热性、耐寒性和耐温度的急变性。（4）材料来源方便，易加工，成本低廉。）材料来源方便，易加工，成本低廉。 2021-11-2421、 铸铁类（1）普通灰口铸铁（HT200、HT250）：耐磨性、导热性优于堆焊硬质合金；耐蚀性差，只能用于中性介质和PV值不高的场合。（2）球墨铸铁（QT600-3、QT700-2：）耐磨性、导热性优于堆焊硬质合金；耐蚀性差，只能用于中性介质和PV值不高的场合。（3）高硅耐蚀铸铁：表面有SiO2保护膜，是优良耐酸材料。耐各种浓度H2SO4、HNO3、有机酸、酸性盐，不耐强碱、盐酸、氢氟酸、FeCl3热溶液。（4）高镍铸铁Ni-Resist：（同上）

26、 （二）作摩擦副的金属材料（二）作摩擦副的金属材料 2021-11-2432、 合金钢（用于弱腐蚀介质）3、 铜合金 青铜SQSn6-6-3、SQSn10-1：具有良好的导热性、耐磨性、加工性、对硬质材料的相溶性，但质软，耐腐蚀性差。适用于油、盐类、醇、脂肪酸、海水中介质。不适用于乙烯、芳烃等介质。 2021-11-2441、良好的弹性，硬度合适且压缩永久变形小。、良好的弹性，硬度合适且压缩永久变形小。2、耐高低温的老化性能好。、耐高低温的老化性能好。3、耐介质腐蚀、溶解、熔胀、溶缩、硬化。、耐介质腐蚀、溶解、熔胀、溶缩、硬化。4、较小的摩擦系数，耐磨耗，有一定的抗撕裂强度。、较小的摩擦系数，

27、耐磨耗，有一定的抗撕裂强度。5、来源方便，成本低廉。、来源方便，成本低廉。 （三）辅助密封圈材料要求（三）辅助密封圈材料要求 2021-11-2451、弹簧材料 要有足够的强度，耐介质腐蚀，在工作温度下长期使用刚度不衰减或衰减很少。一般根据腐蚀手册选取。（四）弹性元件材料（四）弹性元件材料2021-11-246四、机械密封辅助系统四、机械密封辅助系统（一）为什么机械密封要采用辅助系统（一）为什么机械密封要采用辅助系统1、机封工作条件的苛刻性 在流体机械中（如泵、压缩机、搅拌釜、离心机等），工作条件最苛刻的部件要算机械密封。工作条件最苛刻的部件要算机械密封。（1）像推力轴承那样承受轴向力像推力轴

28、承那样承受轴向力（2）像散热器那样把产生的热量导出像散热器那样把产生的热量导出（3）在高温高压易腐蚀情况下，静密封已经很困难，还要在高温高压易腐蚀情况下，静密封已经很困难，还要在高速旋转中，在几毫米宽的密封面上实现动密封就更加在高速旋转中，在几毫米宽的密封面上实现动密封就更加困难。困难。 2021-11-247 2、辅助系统可以改善密封工作环境、辅助系统可以改善密封工作环境（1）无辅助系统，就只能改进密封结构，提高材质。）无辅助系统，就只能改进密封结构，提高材质。 （代价高，不能从根本上解决问题。）（2）实际工作中，不用任何辅助设施的机械密封几乎没）实际工作中，不用任何辅助设施的机械密封几乎没

29、有。有。如高压使用的串联机械密封、高温泵机械密封都必须采用相应辅助设施。（3）（通过辅助系统）苛刻工况变为密封可接受工况。）（通过辅助系统）苛刻工况变为密封可接受工况。 （机械密封效果大大提高，使用范围更加广泛，对 密封本身材料要求降低，机械密封成本下降。）2021-11-2483、机械密封端面摩擦热（会导致端面温度升高），得以控制，端面摩擦热过高有下列危害：端面摩擦热过高有下列危害：（1）液膜汽化磨损加剧密封失效；）液膜汽化磨损加剧密封失效；（2）端面热变形加大泄漏和磨损；）端面热变形加大泄漏和磨损；（3）加剧腐蚀；）加剧腐蚀；（4）辅助密封圈老化变质从而失效；）辅助密封圈老化变质从而失效；

30、（5）石墨浸渍物碳化或熔化而产生泄漏。石墨浸渍物碳化或熔化而产生泄漏。 所以端面温升是机械密封的大敌。2021-11-2494、机械密封采用辅助系统的目的、机械密封采用辅助系统的目的（1）减小温升，保持端面良好润滑）减小温升，保持端面良好润滑（使机械密封各零件良好、正常地工作）。（2）（在易汽化介质中）保持密封腔压力高于饱和蒸）（在易汽化介质中）保持密封腔压力高于饱和蒸气压，使之不汽化。气压，使之不汽化。（3）在低温泵中保温和供热。）在低温泵中保温和供热。（4）对于有固体颗粒出现的结晶和强腐蚀介质的密封，）对于有固体颗粒出现的结晶和强腐蚀介质的密封，能保持密封不受损坏。能保持密封不受损坏。20

31、21-11-250（5）较好工况下，采用辅助系统，会提高密封稳定性较好工况下，采用辅助系统，会提高密封稳定性和使用寿命。和使用寿命。（有的密封工作温度、压力、转速不太高。不用辅助系统也可以工作。）（6）辅助系统属于机械密封的组成部分。辅助系统属于机械密封的组成部分。（根据不同工况采用不同的辅助系统。国际上通用的美国石油学会标准（离心泵API682）对此都作了具体规定）2021-11-2511、定义、定义 为改善密封工作环境，采用许多元件和设施组成一个为改善密封工作环境，采用许多元件和设施组成一个系统，通过系统，通过冲洗、冷却、过滤、分离和保温冲洗、冷却、过滤、分离和保温的方式，实现的方式，实现

32、对密封的对密封的润滑、冷却或调温、冲洗、净化，稀释和冲掉润滑、冷却或调温、冲洗、净化，稀释和冲掉泄泄漏介质，改善密封的工作环境。漏介质，改善密封的工作环境。这种用来改善机械密封工作条件的辅助设施被称为机械密封的辅助系统。它由它由许多元件许多元件组成，包括组成，包括过滤器、旋液分离器、限流孔板、过滤器、旋液分离器、限流孔板、冷却器、压力罐、增压罐、各种监测仪表、管路、管件冷却器、压力罐、增压罐、各种监测仪表、管路、管件等组等组成。成。实际工作中可用一种或几种，根据工作条件而定。（二）什么是辅助系统（二）什么是辅助系统2021-11-2522、辅助系统的主要功能、辅助系统的主要功能（1）主要作用是

33、冲洗）主要作用是冲洗 将冲洗流体注入到密封腔中，完成润滑、冷却、净化等功能，将不利的环境改变为密封能接受的环境。冲洗的种类很多，按冲洗方式冲洗方式和冲洗流体冲洗流体的不同可分为三种：三种：1）自冲洗（或介质冲洗）自冲洗（或介质冲洗） 依靠泵本身产生的压差（或密封腔内的泵送装置产生 的压差）使密封介质通过密封腔形成闭合回路，介质 在当中循环实现冲洗。2）循环冲洗）循环冲洗 通过产生压差的设施（泵送环、外加油站、热虹吸） 使外加封液进行循环，达到冲洗的目的。 2021-11-2533）注入式冲洗）注入式冲洗 被密封介质不宜作冲洗流体时，从外部注入另一种液 体到密封腔内，改善密封工作条件。（2）温度

34、调节（冷却、保温）温度调节（冷却、保温） 用温度适当的流体，对密封腔、静环及其他零部件进行冷却或保温（或加热），以提高密封稳定性，延长使用寿命。（这些设施不与被密封流体接触（或混和），冲洗也具有冷却作用。）（3）过滤和分离）过滤和分离 在冲洗管路中，用过滤器和旋液分离器将冲洗液中杂质滤掉，以保证密封面不受损伤。 2021-11-2541、按压差种类分：（1）利用泵本身压差实现的冲洗（2）利用密封腔中的升压装置（小叶轮、漩涡叶轮和泵 送螺旋等）使密封流体循环。（三）自冲洗的形式（三）自冲洗的形式 2021-11-255（1）正向冲洗）正向冲洗：从泵出口经限流孔板到密封腔中。（2）反向冲洗）反向冲

35、洗：从密封腔经节流孔板到泵入口。2、按密封流体的流动方向分：、按密封流体的流动方向分：2021-11-256（3）（对双支承泵采用）两向冲洗（对双支承泵采用）两向冲洗（图5-14）：出口端密封腔压力高于入口端，将两端密封腔用管线连接起来。对出口端是反向冲洗，对入口端是正向冲洗，故称为两向冲洗。 （4）贯穿冲洗）贯穿冲洗（图5-15）：冲洗液从泵出口经孔板引入密封腔中，冲洗后流向泵入口。这种方式多用在低沸点液体的密封上。要求位于叶轮和密封之间的底套间隙较小。图图5-14 两向冲洗两向冲洗 图图5-15 贯穿冲洗贯穿冲洗 2021-11-257上述各种冲洗用于温度不高的清洁流体。温度高的管路中加冷

36、却器，流体不清洁管路中加过滤器。（图5-16、图5-17）图图5-16 带冷却的自冲洗带冷却的自冲洗 图图5-17 带过滤器的自冲洗带过滤器的自冲洗 2021-11-258 冲洗流体用外加流体（隔离流体），而不是泵送介质，通过一个泵送装置使外加的密封流体进行循环，这个泵送装置既可以是外加的油站，也可以是密封腔中的泵效环或利用热虹吸原理，这种方式用于双端面或串联式机械密封上。（1）隔离流体）隔离流体循环冲洗 1 储罐内循环储罐内循环 2 平衡罐内循环平衡罐内循环 3 加压罐内循环加压罐内循环 4 增压罐内循环增压罐内循环 5 隔离流体外循环（双端面）隔离流体外循环（双端面） （四）循环冲洗（四）

37、循环冲洗2021-11-259使用流体供给站提供的隔离流体，并依靠它维持隔离流体与密封介质的压差，以及控制隔离流体的流量。 （2）隔离流体）隔离流体热对流冲洗 1储罐热虹吸（串联式）储罐热虹吸（串联式） 2平衡罐热虹吸（釜用双端面）平衡罐热虹吸（釜用双端面） 3加压罐热虹吸（双端面）加压罐热虹吸（双端面） 4增压罐（活塞）热虹吸（釜用双端面）增压罐（活塞）热虹吸（釜用双端面） 虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的,即利用水柱压力差,使水上升后再流到低处.由於管口水面承受不同的大气压力,水会由压力大的一边流向压力小的一边,直到两边的大气压力相等,容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动利用

38、红吸现象很快就可将容器内的水抽出。2021-11-260 对于内装单端面机械密封，当被密封介质不宜作冲洗液时（如含固体颗粒，比如炼油厂催化裂化装置中的油浆泵）或温度高、粘度大（如炼油厂常减压装置中的塔底泵），需从外部引入密封流体（炼油厂常用蜡油和柴油馏分）注入到密封腔中，改善密封工作环境。适用于单端面密封的高温泵，易结晶、含固体颗粒或腐蚀性介质泵。 冲洗流体内冲洗 冲洗流体外冲洗 （五）注入式冲洗（五）注入式冲洗2021-11-261冲洗液进入方式分为两种：冲洗液进入方式分为两种：1、单点冲洗：、单点冲洗：冲洗液由一个入口进入密封腔中冲洗密封。（1）径向冲洗）径向冲洗 密封流体沿径向垂直冲洗摩

39、擦副，结构简单，应用 较多，但冲洗量不可过大，以防冲坏石墨环。（2）切向冲洗）切向冲洗 冲洗液沿切向冲洗摩擦副，是单点冲洗中较好的方式。（3）轴向冲洗）轴向冲洗 密封流体沿轴向进入密封腔，避免冲蚀石墨，可用 于腐蚀性介质机械密封。（六）冲洗液进入密封腔的方式（六）冲洗液进入密封腔的方式 2021-11-262单点冲洗的特点： 结构简单，但密封周围温度分布不均。为避免冲蚀石墨环，径向冲洗流速不超过3m/s，冲洗孔直径不小于5mm，为此需控制冲洗流量。2021-11-2632、多点冲洗、多点冲洗 冲洗液沿圆周多个小孔同时进入密封腔,并起冲洗作用。特点：摩擦副周围温度较均匀，但结构复杂，需增加一个特

40、点：摩擦副周围温度较均匀，但结构复杂，需增加一个冲洗环，内设冲洗环，内设6-8个小孔，孔径个小孔，孔径3-4mm。适用于易汽化介质，或产生摩擦热较多的高适用于易汽化介质，或产生摩擦热较多的高PV值场合。值场合。冲洗孔位置应尽量开设在摩擦副处，以便更好地把热量导走。单点冲洗不能直接对准石墨环，也不能远离摩擦副。单点冲洗不能直接对准石墨环，也不能远离摩擦副。 2021-11-264（七）冲洗量的控制（七）冲洗量的控制 冲洗量冲洗量可以用可以用节流阀来调整，也可以用来调整，也可以用限流孔板来控来控制。制。由于节流阀没有量的概念，所以现在大多用限流孔板。按需要的冲洗量和孔板前后的压差来确定孔板直径。

41、通常，对于不作冷却的冲洗量控制不是很严，对于冷却后再作冲洗的，量要求较准确，这涉及到冷却水量和冷却后的温度。如果冲洗量很少，孔板直径又不能太小（太小容易堵塞），可采用两个孔板串联的方法。采用自冲洗时，泵出口装一孔板，经冷却器后再装一孔板，通过两个串联孔板的流量约等于一个孔板流量的70。 2021-11-265（八）冲洗压力的确定（八）冲洗压力的确定 冲洗压力要适当，压力太小，冲洗液无法进入密封腔；冲洗压力太大，注入冲洗量过多，浪费能量。如果是注入式冲洗，注入量过多，大量的密封液进入泵内，对生产不利。因此，对冲洗压力要提出要求。 对于泵用机械密封，工作压力在2Mpa以下，压力变化不大而又较为准确

42、的情况下，冲洗压力比密封腔内压力大0.050.2Mpa。压力变化较大时，其差值取0.10.2Mpa。可用手动阀人工调节，如果用调节阀来自动控制更好，这是对循环冲洗和注入式冲洗而言。 对于用限流孔板的自冲洗，孔板前后分别为对于用限流孔板的自冲洗，孔板前后分别为和和因此，不再另行规定。 2021-11-266（九）对冲洗流体的要求（九）对冲洗流体的要求 对冲洗流体有如下一些要求：对冲洗流体有如下一些要求：（1）清洁、无腐蚀性，与泵介质相容，工作温度下有较）清洁、无腐蚀性，与泵介质相容，工作温度下有较 好润滑性。好润滑性。（2）进入泵内不影响产品质量，泄漏出来不污染环境，）进入泵内不影响产品质量，泄

43、漏出来不污染环境， 无其他不良影响。无其他不良影响。（3）进入泵内不影响泵的运转，如不引进抽空，汽蚀。）进入泵内不影响泵的运转，如不引进抽空，汽蚀。（4）导热性好，温度合乎要求。）导热性好，温度合乎要求。（5）价格低廉。）价格低廉。 2021-11-267（十）机械密封的冷却方式（十）机械密封的冷却方式 （冲洗的作用冲洗的作用是润滑、冷却、净化润滑、冷却、净化）冷却的作用冷却的作用是及时导出端面的摩擦热摩擦热和和减小高温介质的影响。减小高温介质的影响。可分为两种方式：可分为两种方式：1、直接冷却：、直接冷却：（冷却液体直接和密封端面接触达到冷却的目的）。（1）冷却流体注到密封腔中，冷却密封端面

44、（即前面谈的各种冲洗）（2）在压盖的大气端通以冷却水主要冷却静环的内圈，这种方法一般称为“急冷”（或背冷）。冷却水不能回收，冷却后放掉。这种冷却兼有稀释和冲洗泄漏介质的功能。2、间接冷却、间接冷却（冷却液不和端面接触，通过冷却水套、压盖夹套或其他方法（如冷却静环）达到冷却的目的。）2021-11-268（十一）辅助设施在何种工况下必须选用（十一）辅助设施在何种工况下必须选用 1 工作温度超过密封件允许温度工作温度超过密封件允许温度2 高粘度、低粘度及易挥发介质高粘度、低粘度及易挥发介质3 有毒及有害介质有毒及有害介质4 含有机械杂质及结晶介质含有机械杂质及结晶介质5 重型机械密封重型机械密封

45、2021-11-269五、机械密封性能的影响因素五、机械密封性能的影响因素 (一一)密封性的影响因素密封性的影响因素 1、密封件本身方面：结构、材料、制造等。 2、使用条件方面：安装、介质性质、操作使用等。 这里只讨论密封件本身的影响因素。 2021-11-270（二）机械密封端面的（二）机械密封端面的摩擦状态 1、液体摩擦、液体摩擦 两端面被具有一定压力和一定厚度的液膜隔开。液膜厚度ho=310m，远大于密封表面的粗糙度Ra，两平面不接触，不磨损。摩擦系数取决于介质的性质（如粘度等），与摩擦副材料无关，因泄漏量大，普通机械密封不予采用。2、混合摩擦、混合摩擦 两端面高点接触，其间仍存在局部中

46、断的液膜，液膜厚度ho和端面缝隙高度处于同一数量级。载荷由液膜及端面高点共同承担。因此，端面存在轻微磨损。摩擦系数取决于介质性质和摩擦副材料，泄漏量不多。普通机械密封大多处于混合摩擦状态。2021-11-2713、边界摩擦、边界摩擦 （1）随着端面比压的增大，液膜厚度ho进一步减小，摩擦副表面的高峰接触及相互作用的数目增多，液膜厚度只有几个分子厚，并且不连续，液膜压力趋近于零，载荷几乎全由表面的高峰承担。摩擦系数与液膜介质粘度没多大关系，主要取决于膜的润滑性能和摩擦副材料。存在磨损，磨损量不大，泄漏量很小，是机械密封理想的摩擦状态。 （2）边界摩擦的特点：边界摩擦的特点： 摩擦系数摩擦系数只与

47、只与端面材质、粗糙度端面材质、粗糙度有关，与有关，与介质载介质载荷系数、滑动速度荷系数、滑动速度无关。无关。2021-11-2724、干或半干摩擦状态、干或半干摩擦状态 两端面直接接触，中间无液膜，端面吸附有气体（或介质的蒸汽）或氧化层。摩擦主要取决于两表面的固体作用，磨损严重，并且与摩擦副材料及载荷有很大关系。随着磨损的加剧泄漏量增大，机械密封应尽量避免干或半干摩擦。 以上几种摩擦状态，在机械密封中都可能存在，在某种条件下可以互相转化。实际工作中以混合摩擦状态居多数。对于压力较高和速度较低的机械密封（如搅拌釜）。当制造精度和安装水平较高时，则多数呈边界摩擦。 2021-11-273（三）弹簧

48、比压对密封性能的影响（三）弹簧比压对密封性能的影响 当泵停车或启动时，介质压力较低，当介质正常工作压力较低或有较大波动时，弹簧比压成为端面比压的主要组成部分。弹簧比压要根据密封结构、工作条件、介质性质和载荷系数等综合考虑。 弹簧比压大，端面弹簧比压大，端面贴合性、追随性、稳定性贴合性、追随性、稳定性都好。都好。 但比压过大时，但比压过大时，摩擦热量大、功耗大、磨损量大，使摩擦热量大、功耗大、磨损量大，使用寿命缩短。用寿命缩短。 比压过小，比压过小，泄漏量大，密封稳定性差。泄漏量大，密封稳定性差。2021-11-274（四）端面粗糙度对密封性能的影响（四）端面粗糙度对密封性能的影响 通常说的两端

49、面贴合，从微观角度来看实际上是高点接触，大部分表面并没有接触，仍有一定缝隙。平均缝隙高度h可用下式计算：h=3/4（RY1+ RY2） RY1、 RY2分别为两表面“轮廓最大高度”，表面越粗糙，h越大，泄漏量越大。因此，对密封面的粗糙度有一定的要求。国产机械密封 ：一般硬环Ra 0.04-0.10um 石墨环Ra0.16-0.32um2021-11-275（五）产生端面不平行的原因（五）产生端面不平行的原因 1、研磨平板不平，端面外缘低，内缘高，石墨环易出、研磨平板不平，端面外缘低，内缘高，石墨环易出现光圈，多个同心圆。现光圈，多个同心圆。 2、静环辅助密封圈过盈量太大。、静环辅助密封圈过盈量

50、太大。 3、热装过盈量过大。、热装过盈量过大。4、密封环各点温度不均，产生热变形。、密封环各点温度不均，产生热变形。5、密封环内外压差太大，产生机械变形。、密封环内外压差太大，产生机械变形。 2021-11-276（六）密封端面的机械变形（六）密封端面的机械变形 由于静环各点受力大小不一样，在力的作用下产生的变形也不一致。作用点不同，使静环承受弯矩，产生形状的变形。 变形大小与材料的弹性模量成变形大小与材料的弹性模量成反比，与介质压力成，与介质压力成正比，钢铁的弹性模量比石墨大一个数量级。故在同样力作用下，变形量：石墨钢铁2021-11-277（七）密封端面的热变形（七）密封端面的热变形 密封

51、环的结构，材料的热力性能(导热系数、线膨胀系数等)差异，各点温度不均匀是产生热变形的根本原因。是产生热变形的根本原因。 以一简单的圆筒形密封环为例，由于轴向温度差异，产生变形。端面径向温度也存在差异，也产生变形，使端面外缘低，呈收敛形缝隙。 热变形还与热变形还与端面温度梯度、端面宽度有关。有关。如高温泵机械密封，带急冷水，由于温度梯度大，变形也大。 转速大，摩擦热多，也会增大热变形。 变形越大，泄漏量也越大。 2021-11-278（八）影响机械密封性能的其他因素（八）影响机械密封性能的其他因素 1、介质粘度（1）物理量介绍在边界摩擦范围，粘度对泄漏量没有影响。但在液体摩擦和混合摩擦时，其影响

52、不容忽视。高粘度介质密封采取的措施和易挥发介质相反，固定环加固防转机构，动环用拨叉传动，采用静止式密封，载荷系数取大些，端面比压取大值。2021-11-279 2、端面宽度 宽度越大，发热越大，变形越大。故在满足强度和刚度的情况下，宽度越小越好。 3、离心力 外流式机械密封，离心力促使泄漏量增大。内流式机械密封，离心力阻止泄漏。当两种密封参数相同时，外流式泄漏量为内流式的十倍，所以一般不选用外流式。 2021-11-280六、机械密封的安装和故障分析六、机械密封的安装和故障分析（一一）安装密封前要了解泵及介质情况安装密封前要了解泵及介质情况 1、泵型号及结构、支承方式(悬臂或双支承)、转速、转

53、向及泵安装方面的情况。2、泵内介质性质：如粘度、润滑性、汽化压力、腐蚀性以及是否含机械杂质、出现结晶等。3、泵的工作情况：工作温度、进出口压力，密封箱中的压力、温度，采取何种辅助设施，泵运转中的振动，泵是连续还是间断运转等。 了解上述情况后，再检查配备的密封型式、结构参数、零件材料以及辅助设施是否合适。一旦密封失效，对分析原因也是必须的。 2021-11-281（二）机械密封的安装（二）机械密封的安装 安装步骤 （1）装配要干净光洁。机械密封的零件、有关的机器设备的零部件、工具器、润滑油（脂）、擦拭材料（棉纱、白布、绸子等）要十分干净。动静环的密封端面要用白绸或柔软的纱布擦拭。（2）修整倒角倒

54、圆。轴、密封端盖等倒角要修整光滑，轴和端盖的有关圆角要砂光擦亮。（3）安装中，要在动环和静环（尤其是密封端面上），辅助密封圈、轴和端盖上抹透平油或10号机油，减小摩擦力，以免破坏动、静环的密封端面及辅助密封圈。（4）装配辅助密封圈。 1）橡胶辅助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗涤，以免胀大变形，过早老化。2021-11-2822）O型密封圈装于动环组件或静环组件上后，要顺理，不让其扭曲，使毛边处于自由状态时的横断面上。对毛边稍微粗大的O型圈，如果毛边位置为45度的，尚可以使用。但毛边位置应注意，推进组件时，O型圈的一侧与被密封件（压盖或密封腔）相对滑动，边侧的毛边应在滑动方向的后方，否则，毛边翻起而处于密封位置上，影响密封效果。3）推进组件时， 要防止O型圈损伤。主要损伤有掉块、裂口、碰伤、卷边和扭曲。（5）按技术要求调整机封压缩量，其值参考产品说明书。否则，压缩量过大，增加了端面比压，加速端面磨损；过小则动静环端面比压不足，密封失效。（6）应使用压力机或钻床把静环组件装入压盖（密封腔），任何情况