機械密封設計

【學員問題】什么叫做機械密封？

【解答】機械密封也稱端面密封，主要用于泵、壓縮機、液壓傳動和其他類似設備的旋轉軸的密封。機械密封由一對和數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構成的密封裝置。

機械密封是由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。補償環(huán)的輔助密封為金屬波紋管的稱為波紋管機械密封。

以上內容均根據(jù)學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。

在液體介質中工作的機械密封，一般均依靠液體介質在動、靜環(huán)摩擦面間所形成的液膜進行潤滑。因此，維持摩擦面間的液膜是保證機械密封穩(wěn)定運轉、延長使用壽命所必不可少的。

機械密封的動、靜環(huán)之間的摩擦根據(jù)不同條件會出現(xiàn)下列情況：

（1）干摩擦：

滑動摩擦面上無液體進入，因而無液膜存在，僅有塵土和氧化層，以及吸附的氣體分子等。當動、靜環(huán)運轉時，其結果必然是使摩擦面發(fā)熱、磨損加劇而造成泄露。

（2）邊界潤滑：

當動、靜環(huán)之間的壓力增大或者液體在摩擦面上形成液膜的能力較差時，液體將從間隙中被擠出。由于表面不是絕對平的，而是凹凸不平，在凸出就有接觸磨損，而在凹處則保持液體的潤滑性能，造成邊界潤滑。邊界潤滑的磨損和發(fā)熱程度為中等。

（3）半液體潤滑：

滑動表面的凹坑處存有液體，接觸面之間維持一層很薄的液膜，所以發(fā)熱和磨損情況均較好，由于動、靜環(huán)之間的液膜在其出口處有表面張力，故限制了液體的泄露。

（4）完全液體潤滑：

當動、靜環(huán)之間的壓力不足，而使間隙增大時，液膜增厚，這時不存在固體接觸，故無摩擦現(xiàn)象。但由于在這種情況下動、靜環(huán)之間的縫隙較大，故起不到密封作用，泄露嚴重。在實際應用中一般不允許有這種情況出現(xiàn)（受控膜機械密封除外）。

機械密封動、靜環(huán)之間的工作情況，大多數(shù)是處在邊界潤滑和半液體潤滑狀態(tài)下，而半液體潤滑能夠在摩擦系數(shù)最小即磨損與發(fā)熱令人滿意的情況下，獲得最好的密封效果。

使機械密封能在良好的潤滑條件下工作，還需從介質特性、壓力、溫度、滑動速度等因素綜合考慮，但選擇適當?shù)膭印㈧o環(huán)之間的壓力，合理的潤滑結構和提高動、靜環(huán)摩擦表面質量也是保證密封有效工作的重要因素。

幾種強化潤滑的結構

1.端面偏心：

一般機械密封，動環(huán)的中心、靜環(huán)的中心和軸的中心線都在一條直線上，如果將動環(huán)或靜環(huán)中的某一個環(huán)的端面中心做成與軸的中心線偏移一定距離，就能使環(huán)在旋轉時不斷帶入潤滑液至滑動面間起潤滑作用。

應當指出的是，偏心尺寸不能過大，特別是對于高壓，偏心會使端面所受的壓力不均勻，而造成磨損不均勻。對于高轉速密封，不宜用動環(huán)作為偏心環(huán)，否則由于離心力的平衡會使機器發(fā)生振動。

2.端面開槽：

高壓和高轉速機械要保持摩擦面間的液膜是有困難的，液膜常常被高壓和高轉速而生成的摩擦熱所破壞。對這種情況，采取開槽形式來強化潤滑是很有成效的。動環(huán)和靜環(huán)都可以開槽，一般開在較耐磨的材料上。動環(huán)與靜環(huán)不應同時開槽，因為這樣會降低潤滑效果。為了使污物或磨屑盡可能不進入摩擦面，對液體為順離心力方向（外流式）流動的密封，槽應開在靜環(huán)上，以避免離心力的作用將污物引入摩擦面。反之，液體為逆離心力方向（內流式）流動時，槽應開在動環(huán)上，離心力有助于將污物自槽中甩出。

摩擦面開的小槽有矩形、楔形、或其它形狀。槽不宜太多或太深，否則會使泄露增加。

3.靜壓潤滑：

所謂靜壓潤滑是將有壓力的潤滑液體直接引入摩擦面以起到潤滑的作用。引入的潤滑液體由單獨的液源供給，如液壓泵等。用此有壓力的潤滑液與機械內的流體壓力相對抗，此種形式通常也稱為流體靜壓力密封。

氣體介質的機械密封應采取措施建立氣膜潤滑，如采用氣體靜壓受控膜機械密封或固體潤滑，即選用自潤滑材料作動環(huán)或靜環(huán)。只要條件允許，應盡可能把氣體介質條件轉換為液體介質條件，這樣既便于潤滑又便于密封。

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