机械密封的类型.docx

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机械密封的类型

机械密封的类型

1按工作参数分类

机械密封按不同工作参数分类见表1。

表1  机械密封按工作参数分类

按密封腔温度分

t＞150℃

高温机械密封

80＜t≤150℃

中温机械密封

-20≤t≤80℃

普温机械密封

t＜-20℃

低温机械密封

按密封腔压力分

p＞15MPa

超高压机械密封

3＜p≤15MPa

高压机械密封

1＜p≤3MPa

中压机械密封

常压≤p≤1MPa

低低机械密封

负压

真空机械密封

按密封端面速度分

υ＞100m/s

超高速机械密封

25≤υ≤100m/s

高速机械密封

υ＜25m/s

一般速度机械密封

按轴径尺寸分

d＞120mm

大轴径机械密封

25≤d≤120mm

一般轴径机械密封

d＜25mm

小轴径机械密封

按工作参数分

满足下列条件之一，

p＞3MPa；

t＜-20℃或t＞150℃

υ≥25m/s；d＞120mm

重型机械密封

满足下列条件：

p＜0.5MPa；0＜t＜80℃;

υ＜10m/s；d≤40mm

轻型机械密封

不满足重型和轻型的其他密封

中型机械密封

按使用介质分

强酸、强碱及其他强腐蚀介质

耐强腐蚀介质机械密封

油、水、有机溶剂及其它弱腐蚀介质

耐油、水及其它弱腐蚀性介质机械密封

含磨粒介质

耐磨粒介质机械密封

2按结构型式分类

机械密封按结构型式分类，其基本类型有：

（1）平衡式和非平衡式机械密封

能使介质作用在密封端面上的压力卸荷的为平衡式，不能卸荷的为非平衡式。

按卸荷程度不同，前者又分为部分平衡式（部分卸荷）和过平衡式（全部卸荷）。

平衡式密封（图29.7-2a）端面上所受的作用力随介质压力的升高而变化较小，因此适用于高压密封；非平衡式密封（图29.7-2b）密封端面所受的作用力随介质压力的变化较大，因此只适用于低压密封。

平衡式密封能降低端面上的摩擦和磨损，减小摩擦热，承载能力大，但其结构较复杂，一般需在轴或轴套上加工出台阶，成本较高。

后者结构简单，介质压力小于0.7MPa时广泛作用。

（2）内置式和外置式机械密封

弹簧和动环安装在密封箱内与介质接触的密封为内置（装）式密封（见图29.7-3a）；弹簧和动环安装在密封箱外不与介质接触的密封为外置（装）式密封（见图29.7-3b）。

前者可以利用密封箱内介质压力来密封，机械密封的元件均处于流体介质中，密封端面的受力状态以及冷却和润滑情况好，是常用的结构型式。

外置式机械密封的大部分零件不与介质接触，暴露在设备外，便于观察及维修安装。

但是由于外置式结构的介质作用力与弹性元件的弹力方向相反，当介质压力有波动，而弹簧补偿量又不大时，会导致密封环不稳定甚至严重泄漏。

外置式机械密封仅用于强腐蚀、高粘度和易结晶介质以及介质压力较低的场合。

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图29.7.2平衡式与非平衡式机械密封

a）平衡式；b）非平衡式

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图29.7-3  内置式和外置式机械密封

a）内置式；b）外置式

（3）内流式和外流式机械密封

介质泄漏方向与离心力方向相反的密封为内流式密封（见图29.7-4a）；介质泄漏方向与离心力方向一致的密封为外流式密封（见图29.7-4b）。

由于内流式密封中离心力阻止泄漏流体，其泄漏量较外流式少，前者适用于高压，速度高时，密封可靠。

为加强端面润滑采用后者较合适，但介质压力不宜过高，一般为1～2MPa。

（4）静止式和旋转式机械密封

弹簧不随轴一起旋转的密封为静止式密封（见图29.7-5a）；弹簧随轴一起旋转的密封为旋转式密封（见图29.7-5b）。

由于静止式密封的弹簧不受离心力影响，常用于高速机械密封中。

旋转式机械密封的弹性元件装置简单，径向尺寸小，是常用的结构，但不宜用于高速条件，因高速情况下转动件的不平衡质量易引起振动和介质被强烈搅动。

因此，线速度大于30m/s时，宜采用弹簧静止式机械密封。

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图29.7-4  内流式和外流式机械密封

a）内流式；b）外流式

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图29.7-5  静止式和旋转式机械密封

a）静止式；b）旋转式

（5）单弹簧式和多弹簧式机械密封

补偿机构中只有一个弹簧的机械密封称为单弹簧式机械密封（见图29.7-6a）或叫大弹簧式机械密封，补偿机构中含有多个弹簧的机械密封称多弹簧式机械密封（见图29.7-6b）或小弹簧式机械密封。

单弹簧式机械密封端面上的弹簧压力，尤其在轴径较大时分布不够均匀。

多弹簧式机械密封的弹力簧压力分布则相对比较均匀，因此单弹簧式的机械密封常用于较小轴径（d≯80～150mm轴径），而多弹簧式适用于大轴径高速密封。

但多弹簧的弹簧丝径细，由于腐蚀或结晶颗粒积聚易引起弹簧失效，这时宁可采用单弹簧式。

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图29.7-6  单弹簧式和多弹簧式机械密封

a）单弹簧式；b）多弹簧式

（6）单端面式和双端面式机械密封

由一对密封端面组成的为单端面密封（见图29.7-7a），由二对密封端面组成的为双端面密封（见图29.7-7bc）。

单端面密封结构简单，制造、安装容易，一般于介质本身润滑性好和允许微量泄漏的条件，是常用的密封型式，当介质有毒、易燃、易爆以及对泄漏量有严格要求时，不宜使用。

双端面密封有轴向双端面密封和径向双端面密封。

沿径向布置的双端面密封结构较轴向双端面密封紧凑。

双端面密封适用于介质本身润滑性差、有毒、易燃、易爆、易挥发、含磨粒及气体等。

轴向双端面密封有面对面或背靠背布置的结构，工作时需在两对端面间引入高于介质压力0.05～0.15MPa的封液以改善端面间的润滑及冷却条件，并把介质与外界隔离，有可能实现介质“零泄漏”。

（7）接触式和非接触式机械密封

接触式机械密封（见图29.7-8a）是指密封面微凸体接触的机械密封，密封面间隙h=0.5～2μm。

摩擦状态为混合摩擦和边界摩擦；非接触式机械密封是指密封面微凸体不接触的机械密封，密封面间隙对于流体动压密封h＞2μm，对于流体静压密封h＞5μm。

摩擦状态为流体摩擦、弹性流体动力润滑。

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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29.7-8b）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29.7-9a），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29.7-9b）。

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29.7-10a）、聚四氟乙烯（29.7-10b）和橡胶波纹管型（见图29.7-10c）机械密封。

波纹管型密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损，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。

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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

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图29.7-9  单级式和双级式机械密封

a）单级式；b）多级式

图29.7-10  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