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1、动密封基础知识机械密封1机械密封的工作原理机械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）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。图29.7-1机械密封结构常用机械密封结构如图29.7-1所示。由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。机械密封中流体可能泄漏的途径有如图29.7-1中的A、B、C、D四个通道。C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密
2、封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损
3、；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。机械密封与软填料密封比较，有如下优点：密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；使用寿命长在油、水类介质中一般可达12年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上；摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%50%;轴或轴套基本上不受摩损；维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；抗振性好对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；适用范围广机械密封能用于低温、高温、
4、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。但其缺点有：结构较复杂，对制造加工要求高；安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平；发生偶然性事故时，处理较困难；一次性投资高。机械密封的类型2.1按工作参数分类机械密封按不同工作参数分类见表29.7-1o表29.7-1机械密封按工作参数分类t150oC高温机械密封按密封腔温度分8Ot15OC中温机械密封-20t80oC普温机械密封t15MPa超高压机械密封按密封腔压力分3p15MPa高压机械密封lp100ms超高速机械密封25100ms高速机械密封120mm大轴径机械密封按轴径尺寸分25d120mm一般轴径机械密封d3M
5、Pa;t150C25ms;d120mm满足下列条件：p0.5MPa；0t80;10ms；d2m,对于流体静压密封h5m0摩擦状态为流体摩擦、弹性流体动力润滑。图29.7-7单端面式和双端面式机械密封a）单端面式；b）轴向双端面式；c）径向双端面密封普通机械密封大都是接触式密封，而可控间隙机械密封是非接触式密封。接触式密封结构简单、泄漏量小，但磨损、功耗、发热量都较大。在高速、高压下使用受一定限制。非接触式密封发热量、功耗小,正常工作时没有磨损，能在高压高速等苛刻工况下工作，但泄漏量较大。非接触式又分为流体静压（见图29.78b）和流体动压（见图29.7-8c）两类。流体静压密封，系指利用外部引
6、入的压力流体或被密封介质本身，通过密封端面的压力降产生流体静压效应的密封。流体动压密封系指利用端面相对旋转自行产生流体动压效应的密封，如螺旋槽端面密封。（8）单级式和双级式机械密封使密封介质处于一种压力状态为单级（见图2979a）,处于二种或二种以上压力状态为双级或多级机械密封（见图29.79b）.前者与单端面密封相同，后者各级密封串联布置，介质压力依次递减，可用于高压工况。（9）波纹管型机械密封波纹管材料有金属、聚四氟乙烯、橡胶等，分别称为金属（见图29710a）、聚四氟乙烯（29.7-10b）和橡胶波纹管型（JSLffl29.7-10c）机械密封。波纹管型密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损
7、，跟随性好，适用范围广。金属波纹管与焊接金属波纹管和液压成型波纹管，其本身能代替弹性元件，耐蚀性好，可在高、低温下使用。聚四氟乙烯耐蚀性好，可用于各种腐蚀介质中。橡胶价格便宜，使用广泛，使用温度受橡胶材料的限制。图29.7-8接触式和非接触式机械密封a）接触式；b）静压效应密封；c）动压效应密封图2979单级式和双级式机械密封a）单级式；b）多级式图29.710波纹管型机械密封a）焊接金属波纹管机械密封；b）聚四氟乙烯波纹管机械密封；C）橡胶波纹管型机械密封设计中的选型机械密封设计中的造型机械密封结构型式的选择是设计环节中的重要步骤，必须先进行调查：工作参数一介质压力、温度、轴径和转速。介质特
8、性一浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维杂质，是否易汽化或结晶等。主机工作特点与环境条件一连续或间歇操作；主机安装在室内或露天；周围气氛性质及气温变化等。主机对密封的允许泄漏量、泄漏方向（内漏或外漏）要求；寿命及可靠性要求。主机对密封结构尺寸的限制。操作及生产工艺的稳定性。4.1 根据工作参数p、v、t选型这里P是指密封腔处的介质压力，根据P值的大小可以初步确定是否选择平衡式的结构以及平衡程度。对于介质粘度高、润滑性好的，p0.8MPa,或低粘度、润滑性较差的介质，p15MPa时，一般单端面平衡式结构很难达到密封要求，此时可选用串联式多端面密封。是指密封面平均直径的圆周速度，根据值的大小确定
9、弹性元件是否随轴旋转，即采用弹簧旋转式或弹簧静止式结构，一般V2030ms的可采用弹簧旋转式，速度更高的条件下，由于旋转件的不平衡质量易引起强烈振动，最好采用弹簧静止式结构。若P和1）的值都高时，可考虑选用流体动压式结构。t是指密封腔内的介质温度，根据t的大小确定辅助密封圈的材质、密封面的冷却方法及其辅助系统。温度t在080C范围内，辅助密封圈通常选用丁月青橡胶。形密封圈；-5OCq15OC,根据介质腐蚀性强弱，可选用氟橡胶、硅橡胶或聚四氟乙烯成型填料密封圈：温度-50或t150C时，橡胶和聚四氟乙烯会产生低温脆裂或高温老化,此时可采用金属波纹管结构。介质浊度高于80C时，在密封领域中通常就要
10、按高温来考虑，此时必须采取相应的冷却措施。4.2 根据介质特性选型腐蚀性较弱的介质，通常选用内置式机械密封，其端面受力状态和介质泄漏方向都比外置式合理。对于强腐蚀性介质，由于弹簧选材较困难，可选用外置式或聚四氟乙烯波纹管式机械密封，但一般只适用pW0.20.3MPa的范围内。易结晶、易凝固和高粘度的介质，应采用大弹簧旋转式结构。因为小弹簧容易被固体物堵塞，高粘度介质会使小弹簧轴向补偿移动受阻。易燃、易爆、有毒介质，为了保证介质不外漏，应该采用有封液（隔离液）的双端面结构。按上述工作参数和介质特性选定的结构往往只是一个初步方案，最终确定还必须考虑主机的特征和对密封的某些特殊要求。例如，火箭发动机的密封寿命只需几分钟，但要求短时间内绝对不漏。舰船上的主机有时为了获得更有效的空间，对密封的尺寸和安装位置往往提出十分苛刻的要求，又如潜艇上的排水泵，在潜艇沉浮过程中，压力变化幅度很大等。在这些情况下，就不能按常规选择标准结构，而必须对具体工况作特殊设计，同时采取必要的辅助措施。
