機械密封常見結構型式簡介

  隨著科學技術和生產的發展，流體機械和流體工程的應用范圍不斷擴大，高溫密封、紙溫密封、超低溫、強腐蝕、易燃、易爆、有毒、放射性介質、高壓密封、高真空密封以及含各種雜質等懸浮顆粒介質的密封也都應運而生。保證密封的可靠性和使用壽命，是當前密封研究、設計制造、使用等各方面最重要的課題之一。

　　密封的功能是阻止泄漏。起密封作用的零部件稱為密封件，簡稱為密封。較復雜的密封，尤其是帶有附屬系統的，則稱為密封裝置。

　　流體密封包括流體靜密封和流體動密封。相對靜止結合面(即密封面)間的密封稱為靜密封;相對運動的結合面的密封稱為動密封。對流體機械和流體工程而言，密封是不可缺少的零部件，在眾多機器設備中，雖然密封一般只占整個機器較小的比重，但往往直接決定了整臺甚至整套設備的安全性、可靠性和耐久性。從而成為評價諸多機械產品質量的一個重要指標。尤其在石化等工業中，輸送、處理和儲存的流體許多是具有易燃、易爆、腐蝕和有毒類的介質，一旦密封出現故障，甚至失效現象，后果是嚴重的，輕則影響產品質量、污染環境，危及周圍人員的健康，嚴重時會導致火災、爆炸、人員傷亡甚至大面積、長時間的生態環境惡化，前蘇聯切爾諾利核電站核燃料泄漏而造成極為嚴重的事故，就是教訓深刻的事例。

　　此外，對于核電站的循環泵，高壓聚乙烯中的高壓壓縮機，聚丙燃中的反應釜等設備，其中的密封則屬于決定性的技術。

　　密封還直接關系到物質和能源的節約。在全部能源消耗中各種動力機械和流體機械所占的比重最大。而這些機械由于存在著內漏和外漏，致使容積效率往往很低，其損失可達到總功率的10%以上，小型機器甚至出現40~50%的情況。某些密封裝置本身的摩擦功率消耗也不小。如活塞環的摩擦損失占整臺發動機摩擦損失的2/3。離心葉輪密封消耗的功率可能達到總的軸功率的1/3。至于改進密封，杜絕跑、冒、滴、漏，減少物料損失。則是直接的效益。如煉油廠用的油泵使用填料密封時，每臺泵年漏油量約10m3，現推廣使用機械密封，年漏油量降至0.1m3以下，以1000臺泵計每年節油就近1000m3，若各類流體機械都采用恰當或先進的密封技術，在節約物質和節約能源方面的效益將是十分可觀的。

　　在流體機械的運行使用中，密封的保養和維修工作，占了相當的比重，對石油化工業而言，密封故障是造成非計劃停車的主要原因，據統計，60%以上的非計劃停車事件都與密封故障有關。再以機泵為例，流體動密封，流體動密封的維修工作量幾乎要占總維修量的50%左右。火箭發動機的故障，有一半以上也是密封故障或失效造成的。從這個意義上而言，可以說密封又是機器、設備最薄弱的環節之一。故此，先進而可靠的密封技術也是自動化連續生產、文明生產所必需保證的重要環節。

    一般的機械密封常采用旋轉式，因為補償機構及軸的結構簡單，徑向尺寸較小。但在高速條件下，補償環及其它轉動零件產生的離心力影響較大，動平衡要求高，采用靜止式較為合適。

　　從結構特點看，機械密封型式多種多樣，但按組成講，它主要有以下4個基本單元組成。

　　1、密封單元

　　即由動環和靜環組成的密封端面，這是機械密封的核心。

　　2、緩沖補償單元

　　以彈簧為主要元件而組成的緩沖補償機構，它是維持機械密封正常工作的重要條件。

　　3、傳動單元

　　由軸套、鍵或固定銷釘組成的傳動機構，它是實現動環隨軸一起旋轉的可靠保證，也是實現動密封的前提條件。

　　4、輔助密封單元

　　由動環密封圈和靜環密封圈等元件組成，它是解決密封端面之外的、有泄漏可能的部位之輔助性密封機構，是機械密封不可缺少的組成要素。

    為了適應不同工作條件的需要，機械密封有多種不同的型式。

1、接觸式和非接觸式機械密封

　　接觸式機械端面密封是指密封面微凸體接觸的機械密封，密封面間隙h=0.5~1um。普通的機械 密封均屬接觸式機械密封。非接觸式機械端面密封是指密封面微凸體不接觸的機械密封，密封面間隙對于流體動壓密封h>2um，對于流體靜壓密封h>5um。當工作間隙發生變化時，其值超過密封面升舉點間隙(h>hc，接觸間隙)，密封面微凸體開始不接觸，接觸式機械密封就會變成非接觸式機械密封，同樣的h<hc時非接觸式機械密封也會變成接觸式機械密封。

　　接觸式機械密封的摩擦狀態是混合摩擦，也有邊界摩擦和干摩擦;非接觸式機械密封的摩擦狀態則是流體潤滑，也有彈性流體動力潤滑。

　　普通的接觸式機械密封泄漏量小、結構簡單，使用廣泛。一般來說，非接觸式機械密封泄漏量較大、結構復雜，大多在高參數條件下使用或用作多級密封的前置密封。采用表面改形技術做成的可控間隙非接觸式機械密封，可以達到工藝流體零泄漏和零逸出。

　　此外，還有平衡比可以調節的半接觸式機械密封，根據要求可以由接觸式密封轉變為非接觸式密封或由非接觸式密封轉變為接觸式密封。

2、內裝式和外裝式機械密封

　　靜環裝在壓蓋內側的機械密封稱為內裝式機械密封：靜環裝在壓蓋外側的機械密封稱為外裝式機械密封。

　　彈簧置于密封流體之內的機械密封稱為內置式機械密封;彈簧置于密封流體之外的機械密封稱為外置式機械密封。

　　內裝(內置)式機械密封的彈簧和動環安裝在密封箱內與介質接觸，可以利用箱內介質壓力來密封。其優點是：受力狀態好、泄漏量小(因泄漏方向與離心力方向相反)，冷卻與潤滑條件好，使用工作范圍廣。

外裝(外置)式機械密封的彈簧和動環安裝在密封箱外不與介質接觸，適用于強腐蝕、高粘度、易結晶介質。因泄漏方向與離心力方向相同，泄漏量較大，其使用工作壓力較低(圖1-2b)。

3、非平衡式和平衡式機械密封

　　面積比B》1的機械密封稱為非平衡式機械密封;面積比B<1的機械密封稱為平衡式機械密封(圖1-2g、h)。

　　面積比等于密封流體作用的有效面積A2(內裝式)或A1(外裝式)與密封面面積Af之比，即密封流體作用面積大于密封面面積的非平衡式機械密封，其密封端面上的作用力隨密封流體壓力升高而增大，因此只適用于低壓。而在平衡式機械密封中，其密封端茴上的作用力隨密封流體壓力變化較小，因此它適用于高壓。

4、單彈簧式和多彈簧式機械密封

　　只有一個集中大彈簧的機械密封稱為單彈簧式機械密封;有多個點布小彈簧的機械密封稱為多彈簧式機械密封(圖1-2i、j)。

　　單彈簧式機械密封的端面受力不均勻，而且高速下離心力使彈簧偏移或變形，彈簧力不易調節，軸向尺寸大，因此，它多用于小直徑(軸徑不大于80mm!1.5mm)、低速密封;多彈簧點布機械密封的端面受力均勻(可經挑選后點布)，受離心力影響較小，彈簧力可通過改變彈簧個數來調節，因此，它可用于大直徑、高速機械密封。但在腐蝕性介質和有固體顆粒介質的場合下，小彈簧結構會因易腐蝕和堵塞而失效。

5、內流式和外流式機械密封

　　密封流體在密封端面間的泄漏方向與離心力方向相反的機械密封稱為內流式機械密封;密封流體在密封端面間的泄漏方向與離心力方向相同的機械密封稱為外流式機械密封(圖1-2c及1-2d)。

　　由于內流式密封中離心力不僅能阻止泄漏流體，而且還可以防止固體顆粒進入密封面間，故其泄漏量要比外流式小些。通常內流式機械密封適用于高壓，而外流式機械密封的最高壓力為1~2MPa。

6、彈簧旋轉式和彈簧靜止式機械密封

　　彈性元件隨軸旋轉的機械密封稱為彈簧旋轉式機械密封;彈性元件不隨軸旋轉的機械密封稱為彈簧靜止式機械密封(圖1-2e、f)。

　　由于彈簧旋轉式機械密封的彈簧轉動件受離心力影響，所以不適用于高速密封，但由于結構簡單、徑向尺寸小，常用于一般機械密封。由于彈簧靜止式機械密封的彈簧不受離心力影響，常用于高速機械密封。

7、單密封、雙密封及多密封

　　只有一對端面摩擦副的密封為單密封(圖1-2a~j);由兩對端面摩擦副組成的密封為雙密封(圖1-2k~l);由兩對以上端面摩擦副組成的密封為多端面機械密封(圖1-2m)。

　　單密封結構簡單，最常用。在單端面機械密封不能滿足要求時，則可采用雙密封或多密封。

　　雙密封有軸向雙端面機械密封和徑向雙端面機械密封(圖2-2n)，后者結構布置較前者緊湊。軸向雙端面機械密封有背對背或面對面布置的結構(圖1-2k、l)。此外，還有串聯布置的雙密封(圖1-2o)。

　　雙密封的特點是兩個端面摩擦副之問可充滿中間流體一阻塞流體(俗稱封氣、封油、封水、封液)或緩沖流體。當中間阻塞流體壓力大于被密封流體壓力( 通常大0.05~0.15MPa)和大氣壓力時，雙密封用作阻塞密封;當中間緩沖流體壓力低于被密封流體壓力但高于大氣壓力時，雙密封用作串聯密封。

　　中間環密封屬于多端面密封。旋轉的中間環密封，可用于高速下降低!" 值;不轉的中間環密封，用于高壓和(或)高溫下減少力變形和(或)熱變形。具有中間環的螺旋槽面密封可用作雙向密封。

　　此外，還有推環(彈簧加載推環)式機械密封( 圖1-2a~o)和波紋管密封( 圖1-2p)。