机械密封

密封是一种阻止被密封的介质从相邻结合面间泄漏到外界环境中或阻止外界环境中的杂质（固体颗粒、水分等）进入设备内部的一种装置或措施。

机械密封凭借其卓越的性能特点，如高度的可靠性、低功耗、极小的泄漏量控制，以及适应各种极端工作条件的能力，如自动化生产、高温、低温、高压、真空、强腐蚀介质以及含固体颗粒介质等，因此在多个领域中得到了广泛应用。目前，在化工、石油化工、制药等过程工业的机械设备中，如压缩机、泵、反应釜等，机械密封的应用都显得尤为重要。

机械密封基本机构和工作原理

机械密封是用来解决旋转轴与机体之间动密封一种装置，它是通过弹簧或波纹管等对动环和静环端面预紧和密封流体压力与弹簧压力的压紧而达到密封效果，又称作轴向端面密封或者端面密封。

机械密封安装于旋转轴上，密封腔体内包含有紧定螺钉、弹簧和弹簧座、补偿环及其辅助密封圈，它们随着轴一起转动。机械密封的其他零件，包括防转销、非补偿环及其辅助密封圈安装在压盖内部，而压盖与机体又是由螺栓进行连接。而轴则是由于紧定螺钉、弹簧座、弹簧等的作用，把补偿环带动起来一起转动，此刻补偿环也可称为动环或者旋转环。而非补偿环静止在压盖内部则是由于防转销所起的作用，此时的非补偿环也可称为非旋转环。在介质压力和弹性元件等共同作用下，旋转环与非旋转环端面之间则是处于紧密贴合状态，而产生相对地轴向滑动位移，防止密封流体沿密封端面发生泄漏，这是泄漏点1，该泄漏被称之为机械密封的主密封。主密封面也称之为摩擦副，是密封的最主要部分。然而由于机械密封在长期工作环境下，致使动静环之间相互磨损，此时需要由介质压力和弹簧力推动下达到补偿效果，始终保持两端面的紧密的贴合接触。泄漏点2处在补偿环密封圈防止介质可能沿轴和补偿环之间的间隙的泄漏。而非补偿环辅助密封圈的作用，则是防止密封流体沿着压盖和非补偿环之间泄漏，这是泄漏点3。由于辅助密封圈在机械密封系统中无显著的相对运动，因此，可以归类为静密封，泄漏点4位于机体和压盖连接处，不属于机械密封，常用垫片或者是O形圈来密封的。图1为机械密封基本结构示意图。

图1 机械密封基本结构

1-补偿环(动环);2-补偿环的辅助密封圈;3-弹簧;4-弹簧座:5-紧定螺钉:6-非补偿环(静环):7-非补偿环的辅助密封圈:8-防转销

机械密封基本构成:

(1)端面密封副(动环和静环)

为了防止密封流体发生泄漏，端面摩擦副必须紧密贴合，这就要求密封环材料具备出色的耐磨性能。当密封端面出现磨损时，动环能够自动进行轴向滑移以进行补偿，确保动环与静环始终保持紧密的贴合状态。而静环的浮动性设计，不仅增强了其密封性能，还起到了有效的缓冲作用，进一步提升了机械密封的可靠性和稳定性。

(2)弹性元件(如波纹管、弹簧等)

它对补偿环和非补偿环具有预紧、补偿和缓冲的作用。弹性元件的弹性力产生端面比压，对机械密封密封性能和工作年限的有重要的影响。

(3)辅助密封(如O型圈)

辅助密封装置，例如O型圈，在机械密封中扮演着至关重要的角色。它主要承担对静环的密封任务，并兼具浮动和缓冲的功能。具体来说，非补偿环的辅助密封圈确保了压盖与非补偿环之间的紧密无泄漏，同时为密封环提供了必要的浮动性，使其能够更好地适应各种工作条件。而补偿环的辅助密封圈则保证了轴套与补偿环之间的密封性能，防止了密封流体的泄漏。

(4)防转件和紧固件

它具有对补偿环、非补偿环的盛装、定位和紧固的作用。其定位准确，能够确保密封端面位于正确的位置上，保持密封环紧密相贴合，产生一定的弹簧比压。同时要求就位容易、拆装便捷，与辅助密封圈配合处必须要有密封环，与轴套配合处的材料具有耐磨损、耐腐蚀性，必要的时候采取硬面覆层。

(5)传动件

传动件能够将轴的转矩传递到动环上;而传动销、传动环、压环、和传动座等都具有传动的作用。传动件的材料一般都具有耐磨损，耐腐蚀性。

机械密封的优点

首先，它的密封性能十分出色，泄漏量极小。在长时间的运行中，机械密封能够保持稳定的密封状态，泄漏量通常控制在3-5mL/h，有时甚至肉眼都难以察觉，确保了工艺过程的连续性和安全性。其次，机械密封的使用寿命相当长，可以使用1到2年甚至更久，这大大降低了设备维护的频率和成本。此外，机械密封在运行时消耗的摩擦功率较小，有助于降低设备的能耗，提高整体运行效率。更重要的是，机械密封能够有效保护轴或轴套免受磨损，延长了这些关键部件的使用寿命。机械密封还具备良好的抗振性能，可以在各种复杂和恶劣的工作环境中稳定运行。同时，机械密封的维修周期相对较长，减少了设备的停机时间，提高了生产效率。机械密封的适用范围非常广泛，可以适应高温、高压、高转速以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等复杂环境，展现了其强大的适应性和可靠性。

然而，机械密封也存在一些明显的缺点。由于其零部件众多，结构复杂，对制造工艺和安装精度的要求极高，这增加了现场安装和维修的难度。一旦发生泄漏事故，处理起来相对麻烦。特别是在需要检修机械密封时，往往需要将整套设备停机并拆卸，这会对生产的正常进行造成一定影响。因此，在使用机械密封时，需要充分考虑其优缺点，并结合实际工况进行合理选择和维护。

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