机械密封知识

机械密封知识

一、机械密封概述

机械密封（端面密封）是一种用来解决旋转轴与机体

之间密封的装置。它是由至少一对垂直于旋转轴线的端面

的流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用及辅助密封

的配合下保持贴合下并相对滑动而构成防止流体泄漏的装

置，常用于泵、压缩机、反应搅拌釜等旋转式流体机械，

也用于齿轮箱、船舶尾轴等密封。因此，机械密封是一种

通用的轴封装置。

机械密封结构多种多样，最常用的机械密封结构是端

面密封。端面密封的静环、动环组成一对摩擦副，摩擦副

的作用是防止介质泄漏。它要求静环、动环，具有良好的

耐磨性，动环可以在轴向灵活的移动，自动补偿密封面磨

损，使之与静环良好的贴合；静环具有浮动性，起缓冲作

用。为此，密封面要求有良好的加工质量，保证密封副有

良好的贴合性能。构成机械密封的基本元件有静环、动

环、压盖、推环、弹簧、定位环、轴套、动环密封圈、静

环密封圈轴套密封圈等。

弹性元件（弹簧、波纹管）它主要起预紧、补偿和缓

冲的作用，要求始终保持足够的弹性来克服辅助密封和传

动件的摩擦和动环等的惯性，保证端面密封副良好的贴合

和动环的追随性，材料要求耐腐蚀、耐疲劳。

辅助密封（0形圈、V形圈、U形圈、楔形圈和异形圈

等）它主要起静环和动环的密封作用，同时也起到浮动和

缓冲作用。要求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的

密封性，静环有一定的浮动性，动环的密封元件能保证动

环与轴或轴套之间的密封性和动环的浮动性。材料要求耐

热等。

1、基本结构

1）端面密封摩擦副

2）缓冲补赏和压紧机构

3）辅助密封（二级密封挠性元件）

4）传动机构

2、基本密封点

1）端面主密封点

2）静环与端盖辅助密封点

3）动环与轴（轴套）辅助密封点

4）端盖与泵体连接密封点

二、机械密封的优缺点

1、优点

（1）结构可靠，泄漏量可以限制到很少，只要主密

封面的表面粗糙度和平直度能保证达到要求，只要材料耐

磨性好，机械密封可以达到很少泄漏量，甚至肉眼看不见

泄漏。

（2）寿命长。在机械密封中，主要磨损部分是密封

摩擦副端面，因为密封端面的磨损量在正常工作条件下不

大，一般可以连续使用1〜2年，特殊场合下也有用到5〜

10年。

（3）运转中无需调整。由于机械密封靠弹簧力和流

体压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，装配后就

不用像普通软填料那样需调整压紧。

（4）具有耐耐振性。在转速为3000r7min下最大振

幅不超过0.05nini使用PV值不断提高。

（5）功率损失小。填料密封是靠盘根的压紧在轴上

或轴套上起作用的。填料密封与轴直接摩擦，填料压的越

紧摩擦力就越大、消耗功率也就越大，而机械密封的摩擦

是处于半液摩擦状态，摩擦系数非常的小，机械密封的功

率损失是填料密封的10〜50%。

（6）波纹管密封轴或轴套不受磨损，对旋转轴的振

摆和轴对壳体的偏斜不敏感。

（7）适用范围广。当介质易燃、易爆、有毒有害

时，采用机械密封可保证密封。它还适用于高温、低温、

高压、真空各种转速的及腐蚀介质的设备密封。

2、缺点

（1）如结构比填料密封复杂，加工精度要求高，并

要求一定的安装技术等，特别是干气密封的安装要求更

高c而且密封技术发展的很快，新技术不断出现给我们维

修带来了新的课题。

（2）结构复杂、拆装不便。与其它密封比较，机械

端面密封的零件数目多，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。这一问题目前已作了某些

改进，例如采用拆装方便并可保证装配质量的剖分式和集

装式机械密封等。

三、机械密封的工作原理

机械密封亦称端面密封，是靠一对或数对垂直于轴作

相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）

4）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆

裂。

5）抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工

作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上。

6）摩擦系数小，耐磨性好。

7）具有与密封面结合的柔软性。

8）耐老化性好，经久耐用。

9）加工制造方便，价格便宜，取材容易。

六、机械密封安装、使用技术要领

1）设备转轴的径向跳动应＜0.04毫米，轴向窜动量

不允许大于0.1毫米；

2）设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件

应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密

封部位；

3）在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封

摩擦副破损而密封失效；

4）安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机

械油，以便能顺利安装；

5）安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证

静环端面与轴心线的垂直要求；

6）安装后用手推动动环，能使切环在轴上灵活移

动，并有一定弹性；

7）安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉；

8）设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使

密封失效。

七、机械密封在工业方面发展及应用

橡胶是最常用的密封材料。除橡胶外，适合于做密封

材料的还有石墨等，聚四氟乙烯以及各种密封胶等。

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，有下列的机械密封新技术。密封面开槽密封技术

近年来，在机械密封的密封端面上开了各种各样的流槽，

以产生流体静、动压效应，现在还在不断更新。

零泄漏密封技术过去总认为接触式和非接触式机械密

封不可能达到零泄漏（或无泄漏）。以色列利用开槽密封

技术，提出零泄漏非接触式机械端面密封的新概念，并已

用于核电站润滑油泵中。干运转气体密封技术这类密封是

将开槽密封技术用于气体密封。上游泵送密封技术即利用

密封面上开流槽将下游少量泄漏流体泵送回上游。

上述几类密封的结构特点是：采用浅槽，且膜厚和流

槽的深均属微米级，并采用润滑槽，径向密封坝和周向密

封堰组成密封和承载部分。也可以说开槽密封是平面密封

和开槽轴承的结合c其优点是泄漏量小（甚至无泄漏）、

膜厚大，消除接触摩擦、功耗和发热量小。热流体动压密

封技术它是利用各种形状较深的密封面流槽，造成局部热

变形，以产生流体动力楔效应。这种具有流体动压承载能

力的密封，称之为热流体动力楔密封。

波纹管密封技术可分为成型金属波纹管和焊接金属波

纹管机械密封技术。

多端面密封技术分为双密封、中间环密封、多密封技

术。另外还有平行面密封技术、监控密封技术、组合密封

技术等。

八、机械密封冲洗方案及特点

冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持

和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。冲

洗的方式主要有如下：

（一）内冲洗

1、正冲洗

1）特点：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。

2）应用：用于清洁流体，pl稍大于p进，当温度高

或有杂质时，可在管路上设置冷却器、过滤器等。

2、反冲洗

1）特点：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。

2）应用：用于清洁流体，且p进<pl<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。

3、全冲洗

1）特点：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。

（二）外冲洗

特点：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。

应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05--

0.IMPa,适用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的

流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需要，不会产生对

密封件的冲蚀。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；

含有颗粒的浆状液体须小于3m/s,为达到上述的流运

值，冲洗液与密封腔压力的差值应＜0・5MPa,一般取0.05-

-0.IMPa,对双端面机械密封可取0.1—0.2MP,冲洗液进

入和排出密封腔的孔口位置，应设置在密封端面附近，且

应在靠近动环侧，为了防止石墨环被冲蚀或因冷却不均引

起温差变形，以及杂质堆积和结焦等，可采用切向引入或

多点冲洗.必要时，冲洗液可以是热水或蒸汽。

九、机械密封典型失效原因分析

（一）机械密封本身问题

1、镶装不到位或不平整。

2、载荷系数太大或端面比压设计不合理。

3、材质选用不当。

4、密封面不平。

5、密封面太宽或太窄。

（二）辅助系统问题

1、工况条件复杂，但没有冲洗等辅助设施。

2、冲洗管堵塞。

3、冷却管结垢。

（三）介质及工作条件问题

1、介质腐蚀性强。

2、介质中有固体颗粒。

3、设备抽空。

4、密封面结晶。

5、介质粘度太大。

（四）泵的问题

1、轴的加工精度不佳、串轴、跳动、安装间隙过

大。

2、泵开启后振动太大。

3、压盖垫环不佳。

4、密封箱不平。

5、机械密封安装没有达到应有的压缩量。

十、常见的渗漏现象

机械密封渗漏的比例占全部维修泵的50%以上，机械

密封的运行好坏直接影响到水泵的正常运行，现总结分析

如下：

1、周期性渗漏

（1）泵转子轴向窜动量大，辅助密封与轴的过盈量

大，动环不能在轴上灵活移动。在泵翻转，动、静环磨损

后，得不到补偿位移。

对策：在装配机械密封时，轴的轴向窜动量应小于

0.1mm,辅助密封与轴的过盈量应适中，在保证径向密封

的同时，动环装配后保证能在轴上灵活移动（把动环压向

弹簧能自由地弹回来）。

（2）密封面润滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端

面。

对策：油室腔内润滑油面高度应加到高于动、静环密

封面。

（3）转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未

对中或叶轮和主轴不平衡，汽蚀或轴承损坏（磨损），这

种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。

对策：可根据维修标准来纠正上述问题。

2、由于压力产生的渗漏

(1)高压和压力波造成的机械密封渗漏由于弹簧比

压力及总比压设计过大和密封腔内压力超过3MPa时，会

使密封端面比压过大，液膜难以形成，密封端面磨损严

重，发热量增多，造成密封面热变形。

对策：在装配机封时，弹簧压缩量一定要按规定进

行，不允许有过大或过小的现象，高压条件下的机械密封

应采取措施。为使端面受力合理，尽量减小变形，可采用

硬质合金、陶瓷等耐压强度高的材料，并加强冷却的润滑

措施。

(2)真空状态运行造成的机械密封渗漏泵在起动、

停机过程中，由于泵进口堵塞，抽送介质中含有气体等原

因，有可能使密封腔出现负压，密封腔内若是负压，会引

起密封端面干摩擦，内装式机械密封会产生漏气(水)现

象，真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性

去异，而且机械密封也有其某一方向的适应性C

对策：采用双端面机械密封，这样有助于改善润滑条

件，提高密封性能。

3、由于介质引起的渗漏

(1)大多数潜污泵机械密封拆解后，静环和动环的

辅助密封件无弹性，有的已经腐烂，造成了机封的大量渗

漏甚至有磨轴的现象。由于高温、污水中的弱酸、弱碱对

静环和动环辅助橡胶密封件的腐蚀作用，造成了机械渗漏

过大，动、静环橡胶密封圈材料为丁睛一40,不耐高温，

不耐酸碱，当污水为酸性碱性时易腐蚀。

对策：对腐蚀性介质，橡胶件应选用耐高温、耐弱

酸、弱碱的氟橡胶。

(2)固体颗粒杂质引起的机械密封渗漏如果固体颗

粒进入密封端面，将会划伤或加快密封端面的磨损，水垢

和油污在轴(套)表面的堆积速度超过摩擦副的磨损速

度，致使动环不能补偿磨耗位移，硬对硬摩擦副的运转寿

命要比硬对石墨摩擦副的长，因为固体颗粒会嵌入石墨密

封环的密封面内。

对策：在固体颗粒容易进入的位置应选用碳化鸽对碳

化鸨摩擦副的机械密封。

4、因其他问题引起的机械密封渗漏

机械密封中还存在设计、选择、安装等不够合理的地

方。

(1)弹簧压缩量一定要按规定进行，不允许有过大

或过小的现象，误差±2mni,压缩量过大增加端面比压，

摩擦热量过多，造成密封面热变形和加速端面磨损.，压缩

量过小动静环端面比压不足，则不能密封。

(2)安装动环密封圈的轴(或轴套)端面及安装静

环密封圈的密封压盖(或壳体)的端面应倒角并修光，以

免装配时碰伤动静环密封圈。

十一、机封正常运行和维护词题

1、启动前的准备工作及注意事项

a全面检查机械密封，以及附属装置和管线安装是否

齐全，是否符合技术要求。

b机械密封启动前进行静压试验，检查机械密封是否

有泄漏现象。若泄漏较多，应查清原因设法消除。如仍无

效，则应拆卸检查并重新安装。一般静压试验压力用2-3

公斤/平方厘米。

c按泵旋向盘车，检查是否轻快均匀。如盘车吃力或

不动时，则应检查装配尺寸是否错误，安装是否合理。

2、安装与停运

a启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的

介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。启动前必须

盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂。

b对于利用泵外封油系统的机械密封，应先启动封油

系统。停车后最后停止封油系统。

c热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷

却水，应待端面密封处油温降到80度以下时，才可以停

止冷却水，以免损坏密封零件。

3、运转

a泵启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。如

连续运行4小时，泄漏量仍不减小，则应停泵检杳0

b泵的操作压力应平稳，压力波动不大于1公斤/平方

厘米。

c泵在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封

面干摩擦及密封破坏。

机械密封本身是一种要求较高的精密部件，对设计、

机械加工、装配质量都有很高的要求，在使用机械密封

时，应分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于

各种泵的技术要求和使用介质要求且有充分的润滑条件，

这样才能保证密封长期可靠地运转。

十二、机械密封摩擦副材料

碳化硅陶瓷是近年发展的新材料。它具有很低的摩擦

因数，很高的硬度，良好的耐磨性。它具有良好的化学稳

定性、耐热性和抗热振性。

碳化硅有反应烧结碳化硅、常压烧结碳化硅和热压碳

化硅。

表1列出国产碳化硅的性能。

性能反应烧结氮化硅热压氮化硅

密度/gNaN-32.5〜2.63.13

孔隙率/%13〜16<1

抗弯强度/MPa196.13688.47〜

抗压强度/MPa1176.8784.52

抗拉强度/MPa117.68〜1569.1

抗冲击强度/MPa137.29一

弹性模量/MPa0.15-0.20.39

摩擦因数(1.670-—

硬度（HRA）2.16)X105—

热膨胀系数/℃-10.191〜92

热导率/W•(m•K)T80〜85(2.7〜

电阻率2.5X10-62.8)X10-6

(200℃)/Q-cm5.02—

(700℃)/Q-cm1018一

108—

硬质合金。硬质合金主要是碳化鸽WC,分别有钻基碳

化鸨WC-Co.镁基碳化鸨WC-Ni和钻-镁基碳化鸨WC-Co-

Nio碳化鸨的特点：硬度高，耐磨性好；机械强度高，抗

弯性好；导热率较高而膨胀系数较小，密封面摩擦热容易

导出；无钻硬质合金耐腐蚀性较好。

材密度抗弯强弹性模量热膨胀硬度热导率

料/gNaN度/MPa/MPa系数(HRA/W•(m•K)

-3/℃-1)-1

热3.1〜441.3〜3.92X104.5X1093〜83.74

压3.2539.375-694

SiC

常3.0〜372.654.07X104.3X1091〜92.11

压3.105-692

烧451.11

结

SiC

反3.05343.233.33X104.3X1091〜125.6

应5-692

烧362.85

结

SiC

表2列出国产碳化鸨的性能。

机械辅助密封材料

机械密封的辅助密封是保证密封可靠和延长使用寿命

的重要零件。辅助密封包括动、静环的辅助密封圈。其作

用是保证密封的轴与动环之间的静环座（压盖）与静环之

间密封，补偿密封面的偏斜和振动；保证使动、静环端面

紧密结合具有浮动性。

牌号化学成分物理-力学性能备注

/%

WCCo密度硬度抗弯强膨胀系数

(HRC)度/MPa/℃-i(o-

300℃)

YG397314.9〜9110.29耐腐

15.3蚀性

好，

可在

高速

下使

用

YG694614.6〜89.510.204.5X10-6耐摩

15性较

高，

有一

定的

冲击

韧

性，

常用

作

动、

静环

材料

YG892814.4〜8914.714.5X10-6耐摩

14.8性较

YG6

差，

有时

也用

作

动、

静环

材料

YG15851513.9〜8718.635.3X10-6强度

14.1高，

冲击

韧性

好，

常用

作

动、

静环

材料

表3.国产碳化鸨硬质合金的物理-力学性

机械密封对辅助密封圈材料的要求：

1）材料弹性好，特别是要求良好的复原性，永久变

形要小；

2）不受流体介质的侵蚀，而且在介质中的膨胀和收

缩都不大；

3）摩擦因数小和耐磨性好；

4）使用温度范围要广，在高、低温下不粘着、不变

硬、脆和失弹；

5）要有适当的力学性能，如扯断强度及其延伸率、

耐压等，在压力作用下无显着变形，有优良的抗撕裂性、

耐磨性和耐压性等；

6）便于加工并可得到高的精度；

7）抗介质腐蚀、溶解、溶胀、老化等性能好，对介

质不应有污染等。

作为辅助密封圈的材料有橡胶、塑料、石棉、膨胀石

墨、石墨和金属胀圈等。橡胶圈是使用最广的一种辅助密

封圈。常用的橡胶密封圈材料有丁睛橡胶、氟橡胶、硅橡

胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶等。

丁揩橡胶是常用的一种耐油橡胶，它是丁二烯和丙烯

月青的共聚物。根据丙烯盾含量多少分成若干种：低丙烯庸

（TM-18）、中丙烯睛（丁睛-26）和高丙烯睛（丁膈-

40）、丙烯睛含量越高，它的耐油性越好，抗张强度、硬

度和耐磨性、耐水性增加，透气性减小。随之而来，它在

极性溶剂中是溶解度却增大，耐腐蚀性也受到影响，弹性

和耐寒性也变差。丁般橡胶不耐挠曲，抗撕裂也较差。

氟橡胶具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀的优点。氟橡

胶中应用最广的是含氟烯烧共聚物，主要是26型和23

型。26型中有氟橡胶-26系偏氟橡乙烯与六氟丙烯的乳液

共聚物和氟橡胶-246系偏氟乙烯、六氟丙烯与四氟丙烯的

三元共聚物。23型氟橡胶由偏氟乙烯与三氟氯乙烯在室温

及3.24MPa压力下用悬浮聚合法制得的一种无定形橡胶状

共聚物。它不能用于液氨、氨水中。

硅橡胶是由二甲基硅氧烷与其他有机硅单体在酸或碱

性催化剂存在下聚合成的一种极性高分子聚合物。硅橡胶

有很高的热稳定性，但它有极性，容易在酸碱作用下发生

离子型裂解，因此耐腐蚀性差，不适宜用于石油系溶剂

（如苯、甲苯等）、丙酮、酮醛等有机溶剂。

聚四氟乙烯具有优异的化学稳定性和耐油、耐溶剂、

抗老化、耐温性能，并有相当低的摩擦因数和一定的强

度、弹性、柔性和不粘着性，因此广泛用作各种温度、压

力、腐蚀性介质条件下的密封圈。

综上所述，辅助密封材料，在一般介质中可使用橡胶

材料制成的0形圈、垫圈和波纹管等；在腐蚀性介质中可

使用聚四氟乙烯制成的V形圈、楔形环、垫圈和波纹管

等；在高、低温条件下可使用金属波纹管。选用时应考虑

材料的使用温度和耐腐蚀性C

几种材料的使用温度、适用介质见表4。

材料名称使用温度/℃使用介质或特性

橡胶丁晴橡胶-30〜100油、水、醇等

氯丁橡胶-40〜100无机酸、碱溶

液、水、醇等

乙丙橡胶-50〜100碱、溶剂和各种

化学、放射性介

质

氟橡胶-20-100酸、油类、溶剂

等

硅橡胶-60〜230醇、碱、低溶胀

性矿物质

聚四氟乙烯TOO〜250各种腐蚀性介质

金属沉淀硬化不锈钢-40〜450热处理后强度

AM350高，耐腐蚀性与

lCr18Ni9Ti相似

高镁合金-250-750高、低温强度

Inconel-750好，耐腐蚀性

好，但焊接困

难，成本高

银铝合金约1000耐腐蚀性最好，

HastelloyC不用热处理，强

度高，但成本高

表4.机械密封辅助密封材料列表

机械密封主要零件材料选择：

机械密封各主要零件的材料应根据使用工况进行选

择，见表5O

工况摩擦副辅助密

介质浓度温度/℃旋转环静止环封

清水室温石墨陶瓷、高锲铸铁、丁晴橡

堆焊钻辂鸽胶

河水（含泥碳化碳化鸨、碳化硅丁晴橡

沙）鸽、碳胶

化硅

海水石墨陶鎏，碳化鸨丁晴橡

胶

汽油-20〜80石墨高锲铸铁，碳化氟橡胶

80〜135鸨,陶瓷PTFE

煤油-20〜80石墨高锲铸铁，碳化丁晴橡

鸽，陶瓷胶

80〜200氟橡

胶，

PTFE

柴油-20-80石墨高镶铸铁，碳化丁晴橡

鸨，陶瓷胶

80〜200氟橡

胶，