一、機械密封概述

機械密封（端面密封）是一種用來(lái)解決旋轉軸與機體之間密封的裝置。它是由至少一對垂直于旋轉軸線(xiàn)的端面的流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用及輔助密封的配合下保持貼合下并相對滑動(dòng)而構成防止流體泄漏的裝置，常用于泵、壓縮機、反應攪拌釜等旋轉式流體機械，也用于齒輪箱、船舶尾軸等密封。因此，機械密封是一種通用的軸封裝置。

機械密封結構多種多樣，最常用的機械密封結構是端面密封。端面密封的靜環(huán)、動(dòng)環(huán)組成一對摩擦副，摩擦副的作用是防止介質(zhì)泄漏。它要求靜環(huán)、動(dòng)環(huán)，具有良好的耐磨性，動(dòng)環(huán)可以在軸向靈活的移動(dòng)，自動(dòng)補償密封面磨損，使之與靜環(huán)良好的貼合；靜環(huán)具有浮動(dòng)性，起緩沖作用。為此，密封面要求有良好的加工質(zhì)量，保證密封副有良好的貼合性能。構成機械密封的基本元件有靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、動(dòng)環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈軸套密封圈等。

彈性元件（彈簧、波紋管）它主要起預緊、補償和緩沖的作用，要求始終保持足夠的彈性來(lái)克服輔助密封和傳動(dòng)件的摩擦和動(dòng)環(huán)等的慣性，保證端面密封副良好的貼合和動(dòng)環(huán)的追隨性，材料要求耐腐蝕、耐疲勞。

輔助密封（0 形圈、V形圈、U 形圈、楔形圈和異形圈等）它主要起靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的密封作用，同時(shí)也起到浮動(dòng)和緩沖作用。要求靜環(huán)的密封元件能保證靜環(huán)與壓蓋之間的密封性，靜環(huán)有一定的浮動(dòng)性，動(dòng)環(huán)的密封元件能保證動(dòng)環(huán)與軸或軸套之間的密封性和動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性。材料要求耐熱等。

1、基本結構

1）端面密封摩擦副

2）緩沖補賞和壓緊機構

3）輔助密封（二級密封撓性元件）

4）傳動(dòng)機構

2、基本密封點(diǎn)

1）端面主密封點(diǎn)

2）靜環(huán)與端蓋輔助密封點(diǎn)

3）動(dòng)環(huán)與軸（軸套）輔助密封點(diǎn)

4）端蓋與泵體連接密封點(diǎn)

二、機械密封的優(yōu)缺點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

（1）結構可靠，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證達到要求，只要材料耐磨性好，機械密封可以達到很少泄漏量，甚至肉眼看不見(jiàn)泄漏。

（2）壽命長(cháng)。在機械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面，因為密封端面的磨損量在正常工作條件下不大，一般可以連續使用1～2年，特殊場(chǎng)合下也有用到5～10年。

（3）運轉中無(wú)需調整。由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉中自動(dòng)保持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調整壓緊。

（4）具有耐耐振性。在轉速為3000r/min下最大振幅不超過(guò) 0.05mm使用PV值不斷提高

（5）功率損失小。填料密封是靠盤(pán)根的壓緊在軸上或軸套上起作用的。填料密封與軸直接摩擦，填料壓的越緊摩擦力就越大、消耗功率也就越大。而機械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態(tài)，摩擦系數非常的小，機械密封的功率損失是填料密封的10～50%

（6）波紋管密封軸或軸套不受磨損，對旋轉軸的振擺和軸對殼體的偏斜不敏感。

（7）適用范圍廣。當介質(zhì)易燃、易爆、有毒有害時(shí)，采用機械密封可保證密封。它還適用于高溫、低溫、高壓、真空各種轉速的及腐蝕介質(zhì)的設備密封。

2、缺點(diǎn)

（1）如結構比填料密封復雜，加工精度要求高，并要求一定的安裝技術(shù)等，特別是干氣密封的安裝要求更高。而且密封技術(shù)發(fā)展的很快，新技術(shù)不斷出現給我們維修帶來(lái)了新的課題。

（2）結構復雜、拆裝不便。與其它密封比較，機械端面密封的零件數目多，要求精密，結構復雜。特別是在裝配方面較困難，拆裝時(shí)要從軸端抽出密封環(huán)，必須把機器部分（聯(lián)軸器）或全部拆卸。這一問(wèn)題目前已作了某些改進(jìn)，例如采用拆裝方便并可保證裝配質(zhì)量的剖分式和集裝式機械密封等。

三、機械密封的工作原理

機械密封亦稱(chēng)端面密封，是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動(dòng)的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下，依賴(lài)輔助密封的配合與另一端保持貼合，并相對滑動(dòng)，從而防止流體泄漏。

四、機械密封常用材料的選用

清水，常溫：（動(dòng)）9Cr18，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹(shù)脂石墨，青銅，酚醛塑料。

河水（含泥沙），常溫：（動(dòng)）碳化鎢，（靜）碳化鎢。

海水，常溫：（動(dòng)）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹(shù)脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

過(guò)熱水 100度：（動(dòng)）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹(shù)脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

汽油，潤滑油，液態(tài)烴，常溫：（動(dòng)）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹(shù)脂或錫銻合金石墨，酚醛塑料。

汽油，潤滑油，液態(tài)烴，100度：（動(dòng)）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢；（靜）浸青銅或樹(shù)脂石墨。

汽油，潤滑油，液態(tài)烴，含顆粒：（動(dòng)）碳化鎢；（靜）碳化鎢 。

五、密封材料的種類(lèi)及用途

密封材料應滿(mǎn)足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設備的工作條件不同，要求密封材料的具有不同的適應性。對密封材料的要求一般是：

1） 材料致密性好，不易泄露介質(zhì)。

2） 有適當的機械強度和硬度。

3） 壓縮性和回彈性好，永久變形小。

4） 高溫下不軟化，不分解，低溫下不硬化，不脆裂。

5） 抗腐蝕性能好，在酸，堿，油等介質(zhì)中能長(cháng)期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上。

6） 摩擦系數小，耐磨性好。

7） 具有與密封面結合的柔軟性。

8） 耐老化性好，經(jīng)久耐用。

9） 加工制造方便，價(jià)格便宜，取材容易。

六、機械密封安裝、使用技術(shù)要領(lǐng)

1）設備轉軸的徑向跳動(dòng)應≤0.04毫米，軸向竄動(dòng)量不允許大于0.1毫米；

2）設備的密封部位在安裝時(shí)應保持清潔，密封零件應進(jìn)行清洗，密封端面完好無(wú)損，防止雜質(zhì)和灰塵帶入密封部位；

3）在安裝過(guò)程中嚴禁碰擊、敲打，以免使機械密封摩擦副破損而密封失效；

4）安裝時(shí)在與密封相接觸的表面應涂一層清潔的機械油，以便能順利安裝；

5）安裝靜環(huán)壓蓋時(shí)，擰緊螺絲必須受力均勻，保證靜環(huán)端面與軸心線(xiàn)的垂直要求；

6）安裝后用手推動(dòng)動(dòng)環(huán)，能使動(dòng)環(huán)在軸上靈活移動(dòng)，并有一定彈性；

7）安裝后用手盤(pán)動(dòng)轉軸、轉軸應無(wú)輕重感覺(jué)；

8）設備在運轉前必須充滿(mǎn)介質(zhì)，以防止干摩擦而使密封失效。

七、機械密封在工業(yè)方面發(fā)展及應用

橡膠是最常用的密封材料。除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。

當前采用新材料和工藝的各種機械密封的新技術(shù)，進(jìn)展較快，有下列的機械密封新技術(shù)。密封面開(kāi)槽密封技術(shù)近年來(lái)，在機械密封的密封端面上開(kāi)了各種各樣的流槽，以產(chǎn)生流體靜、動(dòng)壓效應，現在還在不斷更新。

零泄漏密封技術(shù)過(guò)去總認為接觸式和非接觸式機械密封不可能達到零泄漏（或無(wú)泄漏）。以色列利用開(kāi)槽密封技術(shù)，提出零泄漏非接觸式機械端面密封的新概念，并已用于核電站潤滑油泵中。干運轉氣體密封技術(shù)這類(lèi)密封是將開(kāi)槽密封技術(shù)用于氣體密封。上游泵送密封技術(shù)即利用密封面上開(kāi)流槽將下游少量泄漏流體泵送回上游。

上述幾類(lèi)密封的結構特點(diǎn)是：采用淺槽，且膜厚和流槽的深均屬微米級，并采用潤滑槽，徑向密封壩和周向密封堰組成密封和承載部分。也可以說(shuō)開(kāi)槽密封是平面密封和開(kāi)槽軸承的結合。其優(yōu)點(diǎn)是泄漏量?。ㄉ踔翢o(wú)泄漏）、膜厚大，消除接觸摩擦、功耗和發(fā)熱量小。熱流體動(dòng)壓密封技術(shù)它是利用各種形狀較深的密封面流槽，造成局部熱變形，以產(chǎn)生流體動(dòng)力楔效應。這種具有流體動(dòng)壓承載能力的密封，稱(chēng)之為熱流體動(dòng)力楔密封。

波紋管密封技術(shù)可分為成型金屬波紋管和焊接金屬波紋管機械密封技術(shù)。

多端面密封技術(shù)分為雙密封、中間環(huán)密封、多密封技術(shù)。另外還有平行面密封技術(shù)、監控密封技術(shù)、組合密封技術(shù)等。

八、機械密封沖洗方案及特點(diǎn)

沖洗的目的在于防止雜質(zhì)集積，防止氣囊形成，保持和改善潤滑等，當沖洗液溫度較低時(shí)，兼有冷卻作用。沖洗的方式主要有如下：

（一）內沖洗

1、正沖洗

1）特點(diǎn)：利用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端通過(guò)管路引入密封腔。

2）應用：用于清潔流體， p1稍大于p進(jìn)，當溫度高或有雜質(zhì)時(shí)，可在管路上設置冷卻器、過(guò)濾器等。

2、反沖洗

1）特點(diǎn)：利用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端引入密封腔，沖洗后通過(guò)管路流回泵入口。

2）應用：用于清潔流體，且p進(jìn)出，當溫度高或有雜質(zhì)時(shí)，可在管路上設置冷卻器、過(guò)濾器等。

3、全沖洗

1）特點(diǎn)：利用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端通過(guò)管路引入密封腔，沖洗后再經(jīng)管路流回泵入口。

（二）外沖洗

特點(diǎn)：引入外系統與被密封介質(zhì)相容的清潔流體至密封腔進(jìn)行沖洗。

應用：外沖洗液壓力應比被密封介質(zhì)大0.05--0.1MPa，適用于介質(zhì)為高溫或固體顆粒的場(chǎng)合。沖洗液的流量應保證帶走熱量，還需滿(mǎn)足沖洗的需要，不會(huì )產(chǎn)生對密封件的沖蝕。為此，需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，一般清潔沖洗液的流速應小于5m/s；

含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，為達到上述的流速值，沖洗液與密封腔壓力的差值應<0.5MPa，一般取0.05--0.1MPa，對雙端面機械密封可取0.1--0.2MP，沖洗液進(jìn)入和排出密封腔的孔口位置，應設置在密封端面附近，且應在靠近動(dòng)環(huán)側，為了防止石墨環(huán)被沖蝕或因冷卻不均引起溫差變形，以及雜質(zhì)堆積和結焦等，可采用切向引入或多點(diǎn)沖洗.必要時(shí)，沖洗液可以是熱水或蒸汽。

九、機械密封典型失效原因分析

（一）機械密封本身問(wèn)題

1、鑲裝不到位或不平整。

2、載荷系數太大或端面比壓設計不合理。

3、材質(zhì)選用不當。

4、密封面不平。

5、密封面太寬或太窄。

（二）輔助系統問(wèn)題

1、工況條件復雜，但沒(méi)有沖洗等輔助設施。

2、沖洗管堵塞。

3、冷卻管結垢。

（三）介質(zhì)及工作條件問(wèn)題

1、介質(zhì)腐蝕性強。

2、介質(zhì)中有固體顆粒。

3、設備抽空。

4、密封面結晶。

5、介質(zhì)粘度太大。

（四）泵的問(wèn)題

1、軸的加工精度不佳、串軸、跳動(dòng)、安裝間隙過(guò)大。

2、泵開(kāi)啟后振動(dòng)太大。

3、壓蓋墊環(huán)不佳。

4、密封箱不平。

5、機械密封安裝沒(méi)有達到應有的壓縮量。

十、常見(jiàn)的滲漏現象

機械密封滲漏的比例占全部維修泵的50 %以上，機械密封的運行好壞直接影響到水泵的正常運行，現總結分析如下：

1、周期性滲漏

（1）泵轉子軸向竄動(dòng)量大，輔助密封與軸的過(guò)盈量大，動(dòng)環(huán)不能在軸上靈活移動(dòng)。在泵翻轉，動(dòng)、靜環(huán)磨損后，得不到補償位移。

對策：在裝配機械密封時(shí)，軸的軸向竄動(dòng)量應小于0．1mm ，輔助密封與軸的過(guò)盈量應適中，在保證徑向密封的同時(shí)，動(dòng)環(huán)裝配后保證能在軸上靈活移動(dòng)（把動(dòng)環(huán)壓向彈簧能自由地彈回來(lái)）。

（2）密封面潤滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。

對策：油室腔內潤滑油面高度應加到高于動(dòng)、靜環(huán)密封面。

（3）轉子周期性振動(dòng)。原因是定子與上、下端蓋未對中或葉輪和主軸不平衡，汽蝕或軸承損壞（磨損），這種情況會(huì )縮短密封壽命和產(chǎn)生滲漏。

對策：可根據維修標準來(lái)糾正上述問(wèn)題。

2、由于壓力產(chǎn)生的滲漏

（1）高壓和壓力波造成的機械密封滲漏由于彈簧比壓力及總比壓設計過(guò)大和密封腔內壓力超過(guò)3MPa時(shí)，會(huì )使密封端面比壓過(guò)大，液膜難以形成，密封端面磨損嚴重，發(fā)熱量增多，造成密封面熱變形。

對策：在裝配機封時(shí)，彈簧壓縮量一定要按規定進(jìn)行，不允許有過(guò)大或過(guò)小的現象，高壓條件下的機械密封應采取措施。為使端面受力合理，盡量減小變形，可采用硬質(zhì)合金、陶瓷等耐壓強度高的材料，并加強冷卻的潤滑措施。

（2）真空狀態(tài)運行造成的機械密封滲漏泵在起動(dòng)、停機過(guò)程中，由于泵進(jìn)口堵塞，抽送介質(zhì)中含有氣體等原因，有可能使密封腔出現負壓，密封腔內若是負壓，會(huì )引起密封端面干摩擦，內裝式機械密封會(huì )產(chǎn)生漏氣（水）現象，真空密封與正壓密封的不同點(diǎn)在于密封對象的方向性差異，而且機械密封也有其某一方向的適應性。

對策：采用雙端面機械密封，這樣有助于改善潤滑條件，提高密封性能。

3、由于介質(zhì)引起的滲漏

（1）大多數潛污泵機械密封拆解后，靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的輔助密封件無(wú)彈性，有的已經(jīng)腐爛，造成了機封的大量滲漏甚至有磨軸的現象。由于高溫、污水中的弱酸、弱堿對靜環(huán)和動(dòng)環(huán)輔助橡膠密封件的腐蝕作用，造成了機械滲漏過(guò)大，動(dòng)、靜環(huán)橡膠密封圈材料為丁腈—40 ，不耐高溫，不耐酸堿，當污水為酸性堿性時(shí)易腐蝕。

對策：對腐蝕性介質(zhì)，橡膠件應選用耐高溫、耐弱酸、弱堿的氟橡膠。

（2）固體顆粒雜質(zhì)引起的機械密封滲漏如果固體顆粒進(jìn)入密封端面，將會(huì )劃傷或加快密封端面的磨損，水垢和油污在軸（套）表面的堆積速度超過(guò)摩擦副的磨損速度，致使動(dòng)環(huán)不能補償磨耗位移，硬對硬摩擦副的運轉壽命要比硬對石墨摩擦副的長(cháng)，因為固體顆粒會(huì )嵌入石墨密封環(huán)的密封面內。

對策：在固體顆粒容易進(jìn)入的位置應選用碳化鎢對碳化鎢摩擦副的機械密封。

4、因其他問(wèn)題引起的機械密封滲漏

機械密封中還存在設計、選擇、安裝等不夠合理的地方。

（1）彈簧壓縮量一定要按規定進(jìn)行，不允許有過(guò)大或過(guò)小的現象，誤差±2mm ，壓縮量過(guò)大增加端面比壓，摩擦熱量過(guò)多，造成密封面熱變形和加速端面磨損，壓縮量過(guò)小動(dòng)靜環(huán)端面比壓不足，則不能密封。

（2）安裝動(dòng)環(huán)密封圈的軸（或軸套）端面及安裝靜環(huán)密封圈的密封壓蓋（或殼體）的端面應倒角并修光，以免裝配時(shí)碰傷動(dòng)靜環(huán)密封圈。

十一、機封正常運行和維護問(wèn)題

1、啟動(dòng)前的準備工作及注意事項

a 全面檢查機械密封，以及附屬裝置和管線(xiàn)安裝是否齊全，是否符合技術(shù)要求。

b 機械密封啟動(dòng)前進(jìn)行靜壓試驗，檢查機械密封是否有泄漏現象。若泄漏較多，應查清原因設法消除。如仍無(wú)效，則應拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗壓力用2-3公斤/平方厘米。

c 按泵旋向盤(pán)車(chē)，檢查是否輕快均勻。如盤(pán)車(chē)吃力或不動(dòng)時(shí)，則應檢查裝配尺寸是否錯誤，安裝是否合理。

2、安裝與停運

a 啟動(dòng)前應保持密封腔內充滿(mǎn)液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時(shí)，應用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動(dòng)前必須盤(pán)車(chē)，以防止突然啟動(dòng)而造成軟環(huán)碎裂。

維尤納特精細化工

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