機械密封-工作原理

1、機械密封工作原理1機械密封的工作原理機械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。圖29.7-1機械密封結構常用機械密封結構如圖29.7-1所示。由靜止環(huán)（靜環(huán)）1、旋轉環(huán)（動環(huán)）2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、旋轉環(huán)輔助密封圈6和靜止環(huán)輔助密封圈8等元件組成，防轉銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉動。旋轉環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環(huán)或非補償還。機械密封中流體可能泄漏的途徑有如圖29.7-1中的A、B、C、D四個通道。C、D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二

2、者均屬靜密封。B通道是旋轉環(huán)與軸之間的密封，當端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環(huán)沿軸向作微量的移動，實際上仍然是一個相對靜密封。因此，這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠0形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環(huán)的旋轉環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時采用兼?zhèn)鋸椥栽δ艿南鹉z、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結構。A通道則是旋轉環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關鍵。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，必須嚴格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩(wěn)定的潤滑液膜，會加速端面的磨損；壓力

3、過小，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設計和安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當?shù)姆秶?。機械密封與軟填料密封比較，有如下優(yōu)點：密封可靠在長周期的運行中，密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100;使用壽命長在油、水類介質中一般可達12年或更長時間，在化工介質中通常也能達半年以上；摩擦功率消耗小機械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10%50%:軸或軸套基本上不受摩損；維修周期長端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經常性的維修；抗振性好對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；適用范圍廣機械密封能用于低溫、高溫、真空、

4、高壓、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的密封。但其缺點有：結構較復雜，對制造加工要求高；安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術水平；發(fā)生偶然性事故時，處理較困難；一次性投資高。機械密封的基本知識機械密封是一種依靠彈性元件對靜、動環(huán)端面密封副的預緊和介質壓力與彈性元件壓力的壓緊而達到密封的軸向端面密封裝置，故又稱端面密封。其中動環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副，動環(huán)靠密封室中液體的壓力和彈性元件的推力使其壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產生適當?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達到密封的目的。機械密封被廣泛應用于工業(yè)泵產品中，尤其在石油化工領域內的存在易燃、易爆、易揮發(fā)、劇毒等介質場所

5、，在國內選煤、選礦行業(yè)中泵上的應用也越來越普遍。其主要有以下優(yōu)點：.密封效果好，可達到介質無泄露；.壽命長，在普通泵中一般可運行12年或更長時間；MAAG泵的機械密封在正常使用中壽命可達510年以上；.對軸（或軸套）無磨損；.適用范圍廣，可在目前常用介質、轉速、溫度、壓力及軸徑條件下使用；當然，機械密封之所以沒有在其他泵中還沒得到普及，是因為它存在以下一些不足：.結構復雜、零件多，對安裝人員有技術要求；對泵軸向及徑向跳動有要求，增加了泵加工成本；.密封損壞后維修不便；選型要求高，須根據介質的物理化學性質、工藝參數(shù)及泵安裝密封空間來選擇合適的結構形式及材質；.成本高。雖然機械密封有以上不足，但其

6、密封效果已逐步得到用戶的肯定，如今，機械密封在泵上的應用越來越普遍。泄露是機械設備常產生的故障之一。造成泄露的原因主要有兩方面：一是由于機械加工的結果，機械產品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機械零件聯(lián)接處不可避免地會產生間隙；二是密封兩側存在壓力差，工作介質就會通過間隙而泄露。減小或消除間隙是阻止泄露的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加設小型做功元件，對泄露物造成壓力，與引起泄露的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄=!=露。對于真空系統(tǒng)的密封，除上述密封介質直接通過密封面泄露外，還要考慮下面兩種泄露形式：滲漏：

7、即在壓力差作用下，被密封的介質通過密封件材料的毛細管TodayHot的泄露稱為滲漏；擴散：即在濃度差作用下，被密封的介質通過密封間隙或密封材料的毛細管產生的物質傳遞成為擴散。密封的分類密封可分為相對靜止接合面間的靜密封和相對運動接合面間的動密封兩大類。靜密封主要有點密封，膠密封和接觸密封三大類。根據工作壓力，靜密封由可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質較軟，墊片較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬，接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型。按密封件與其作用相對運動的零部件是否接觸，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。一般說來，接觸式密封的密封性好，但受

8、摩擦磨損限制，適用于密封面線速度較低的場合。非接觸式密封的密封性較差，適用于較高速度的場合。密封的選型對密封的基本要求是密封性好，安全可靠，壽命長，并應力求結構緊湊，系統(tǒng)簡單，制造維修方便，成本低廉。大多數(shù)密封件是易損件，應保證互換性，實現(xiàn)標準化，系列化。密封材料密封材料應滿足密封功能的要求。由于被密封的介質不同，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；2）有適當?shù)臋C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骯腐蝕性能好，在酸，堿，油等介質中能長期工作，其體積和硬Ho

9、tTag度變化小，且不粘附在金屬表面上；6）摩擦系數(shù)小，耐磨性好；7）具有與密封面結合的柔軟性；8）耐老化性好，經久耐用；9）加工制造方便，價格便宜，取材容易。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。通用的橡膠密封制品在國防，化工，煤炭，石油，冶金，交通運輸和機械制造工業(yè)等方面的應用越來越廣泛，已成為各種行業(yè)中的基礎件和配件。橡膠密封制品常用材料如下。丁腈橡膠具有優(yōu)良的耐燃料油及芳香溶劑等性能，但不耐酮，酯和氯化氫等介質，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡膠為主。氯丁橡膠具有良好的耐油和耐溶劑性能。它有較好的耐齒輪油和變壓器油性能，但不耐芳香族油

10、。氯丁橡膠還具有優(yōu)良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡膠的交聯(lián)斷裂溫度在200C以上，通常用氯丁橡膠制作門窗密封條。氯丁橡膠對于無機酸也具有良好的耐腐蝕性。此外，由于氯丁橡膠還具有良好的撓曲性和不透氣性，可制成膜片和真空用的密封制品。天然橡膠與多數(shù)合成橡膠相比，具有良好的綜合力學性能，耐寒性，較高的回彈性及耐磨性。天然橡膠不耐礦物油，但在植物油和醇類中較穩(wěn)定。在以正丁醇與精制蓖麻油混合液體組成的制動液的液壓制動系統(tǒng)中作為密封件的膠碗，膠圈均用天然橡膠制造，一般密封膠也常用天然橡膠制造。氟橡膠具有突出的耐熱（200250C），耐油性能，可用于制造氣缸套密封圈，膠碗和旋轉唇形密封圈，能顯著地提高使

11、用時間。硅橡膠具有突出的耐高低溫，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70260C的工作溫度范圍內能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優(yōu)點，適宜制作熱機構中所需的密封墊，如強光源燈罩密封襯圈，閥墊等。由于硅橡膠不耐油，機械強度低，價格昂貴，因此不宜制作耐油密封制品。三元乙丙橡膠的主鏈是不含雙鍵的完全飽和的直鏈型結構，其側鏈上有二烯涇，這樣就可用硫磺硫化。三元乙丙橡膠具有優(yōu)良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐熱性（可在120C環(huán)境中長期使用），耐化學性（如醇，酸，強堿，氧化劑），但不耐脂肪族和芳香族類溶劑侵蝕。三元乙丙橡膠在橡膠中密度是最低的有高填充的特性，但缺乏自粘性和互粘性。此外，三元乙丙橡膠有突

12、出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡膠已廣泛用于洗衣機，電視機中的配件和門窗密封制品，或多種復合體剖面的膠條生產中。聚氨脂橡膠具有優(yōu)異的乃磨性和良好的不透氣性，使用溫度范圍一般為-2080C。此外，還具有中等耐油，耐氧及耐臭氧老化特性，但不耐酸堿、水、蒸汽和酮類等。適于制造各種橡膠密封制品，如油封、O形圈和隔膜等。氯醚橡膠兼有丁腈橡膠，氯丁橡膠，丙烯酸酯橡膠的優(yōu)點，其耐油、耐熱、耐臭氧、耐燃、耐堿、耐水及耐有機溶劑性能都很好，并有良好的工藝性能，其耐寒性較差。在使用溫度不太低的情況下，氯醚橡膠仍是制造油封，各種密封圈，墊片，隔膜和防塵罩等密封制品的良好材料。丙烯酸酯橡膠具有耐

13、熱油（礦物油，潤滑油和燃料油），特別是在高溫下的耐油穩(wěn)定性能，一般可達175C，間隙使用或短時間可耐溫200C。它的缺點是耐寒性差。因此在非寒冷地區(qū)適合制作耐高溫油的油封，但不適合作高溫下受拉伸或壓縮應力的密封制品。2、墊密封墊密封廣泛應用于管道，壓力容器以及各種殼體的結合面的靜密封中。墊密封有非金屬密封墊，非金屬與金屬組合密封墊和金屬密封墊三大類。其常用材料有橡膠，皮革，石棉，軟木，聚四氟乙烯，鋼，鐵，銅和不銹鋼等。墊密封的泄露有三種形式：界面泄露，滲透泄露和破壞性泄露。其中以前二者為主要形式。概述密封材料的功能是填充構形復雜且不利施工的間隙，以起密封作用。密封材料主要有三種類型：1）硫化型

14、的橡膠墊片或密封圈；2）非硫化型的密封膠帶；3）無固定形狀的膏狀或膩子狀的液體密封膠。密封膠的分類密封膠的品種及類型很多。為了滿足同一使用要求，可以使用幾種不同基料的密封膠；而同一種基料又能制造出不同性能和不同的用途的密封膠。從密封膠的制造者和使用者兩方面考慮，密封膠有多種分類方法。一般可按下述四種方法進行分類。膠型此類密封膠以橡膠為基料。常用橡膠有聚硫橡膠，硅橡膠，聚氨酯橡膠，氯丁橡膠和丁基橡膠等。此類密封膠以樹脂為基料。常用樹脂有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚氯乙烯樹脂等。此類密封膠以油料為基料。常用的油類有各種植物油如亞麻油，蓖麻油和桐油，以及動物油（如魚油）等。此

15、類密封膠系列利用空氣中的水分進行硫化。它主要包括單組分的聚氨酯、硅橡膠和聚硫橡膠等。其聚合物基料中含有活性基因，能同空氣中的水發(fā)生反應，形成交聯(lián)鍵，使密封膠硫化成網狀結構。大氣中的濕氣作為硫化反應中的催化劑。雙組分的聚氨酯、硅橡膠、聚硫橡膠、氯丁橡膠和環(huán)氧樹脂密封膠都屬于這一類，一般在室溫條件下完成硫化。某些單組分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡膠密封膠以及聚氯乙烯溶膠糊狀密封膠（如汽車用點焊膠），則須在加條件下經化學反應完成硫化。用增塑劑分散的聚氯乙烯樹脂和含有瀝青的橡膠并用的密封膠是兩個不同類型的熱轉變體系。乙烯基樹脂增塑體在室溫下是液態(tài)懸浮體，通過加熱轉化為固體而硬化；而橡膠瀝青并用密封膠則為熱熔

16、性的。表面干燥的嵌縫或安裝玻璃用密封膠屬這種類型，主要以干性和半干性植物油為基材。著中類油料可以是精制聚合的、吹制的或化學改性的。用環(huán)烷酸鈷作催干劑加速表面干燥而內部不硬化；環(huán)烷酸鉛可使表面和內部都硬化；而環(huán)烷酸錳使內部硬化更有效。這是以溶劑揮發(fā)后無粘性高聚物為基料的密封膠。這一類密封膠主要有丁基相交、高分子量聚異丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡膠等密封膠。這類密封膠通常包括以聚丁烯、中等分子量的聚異丁烯、高粘度的非氧化性粘接料如苯乙烯基油、不干性植物油、吹制半干性油或丁基橡膠為基料的密封膠。這類密封膠屬低級別密封膠，通常采用3種主要材料：油和樹脂；聚丁烯；瀝青。常用于密封

17、小窗戶的固定玻璃，其接縫移動變形量最大為+5%或-5%，使用有效期一般為2年。這類密封膠包括經硫化可形成彈性狀態(tài)的液態(tài)聚合物。他們具有承受重復的接縫變形能力。液態(tài)彈性體密封膠使用壽命一般為1520年。這類密封膠具有高的粘接力和剪切強度，室溫下具有良好的柔軟性。其缺點為價格高，通常情況下需要底膠，雙組分密封膠現(xiàn)場混合不方便，硫化時對溫度和濕度敏感等。熱熔密封膠又稱為熱施工型密封膠，是指以彈性體同熱塑性樹脂摻合物為基料的密封膠。熱熔密封膠可配制成性能接近于液體彈性密封膠，但它比液體彈性體密封膠優(yōu)越的是不需要加入硫化劑。這類密封膠主要用于機械結合面的密封，以代替固體密封材料（紙片、石棉、軟木和硫化橡膠），以防止機械內部流體從結合面泄露，所以液體密封膠又稱為液體墊圈。這類密封膠又可分為剛性和柔性兩類。剛性密封膠硫化或凝固后形成的固體，很少具有彈性；柔性密封膠在硫化后具有彈性及柔軟性。剛性密封膠的特點是不能彎曲，通常接縫不可移動。柔性密封膠經硫化后保持柔軟性。這類密封膠是軟質凝固性的密封膠，施工后仍保持不干性（增粘劑不斷地遷移到表面）狀態(tài)