机械密封原理介绍和特点及材料选择

机械密封原理介绍和特点及材料选择 1、机械密封的工作原理

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁 力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 2、机械密封常用材料的选用

清水；常温；(动)9Cr18，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，青铜，酚醛塑料。 河水（含泥沙）；常温；（动）碳化钨，（静）碳化钨

海水；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷； 过热水 100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷；

汽油，润滑油，液态烃；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂或锡锑合金石墨，酚醛塑料。

汽油，润滑油，液态烃；100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨；（静）浸青铜或树脂石墨。 汽油，润滑油，液态烃；含颗粒；（动）碳化钨；（静）碳化钨。 3、密封材料的种类及用途

密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料的具有不同的适应性。对密封材料的要求一般是： 1） 材料致密性好，不易泄露介质； 2） 有适当的机械强度和硬度； 3） 压缩性和回弹性好，永久变形小；

4） 高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂；

5） 抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上；

6） 摩擦系数小，耐磨性好； 7） 具有与密封面结合的柔软性； 8） 耐老化性好，经久耐用；

9） 加工制造方便，价格便宜，取材容易。

橡胶是最常用的密封材料。除橡胶外，适合于做密封材料的还有石墨等，聚四氟乙烯以及各种密

封胶等。

4、机械密封安装、使用技术要领

1)、设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米；

2)、设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密封部位；

3)、在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦付破损而密封失效； 4)、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装； 5)、安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求； 6)、安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性； 7)、安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉；

8)、设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效；

9)、对易结晶、颗粒介质，对介质温度>80oC时，应采取相应的冲洗、过滤、冷却措施，各种辅助装置请参照机械密封有关标准 。

10)、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，要特别注意机械油的选择对于不同的辅助密封材质，避免造成O型圈侵油膨胀或加速老化，造成密封提前失效。 5、 机械轴封有哪三个密封点，及这三个密封点的密封原理

动环与静环之间的密封：是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。

6、机械密封技术的种类

当前采用新材料和工艺的各种机械密封的新技术，进展较快，有下列的机械密封新技术。密封面开槽密封技术近年来，在机械密封的密封端面上开了各种各样的流槽，以产生流体静、动压效应，现在还在不断更新。零泄漏密封技术过去总认为接触式和非接触式机械密封不可能达到零泄漏（或无泄漏）。以色列利用开槽密封技术，提出零泄漏非接触式机械端面密封的新概念，并已用于核电站润滑油泵中。干运转气体密封技术这类密封是将开槽密封技术用于气体密封。上游泵送密封技术即利用密封面上开流槽将下游少量泄漏流体泵送回上游。上述几类密封的结构特点是：采用浅槽，且膜厚和流

槽的深均属微米级，并采用润滑槽，径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分。也可以说开槽密封是平面密封和开槽轴承的结合。其优点是泄漏量小（甚至无泄漏）、膜厚大，消除接触摩擦、功耗和发热量小。热流体动压密封技术它是利用各种形状较深的密封面流槽，造成局部热变形，以产生流体动力楔效应。这种具有流体动压承载能力的密封，称之为热流体动力楔密封。 波纹管密封技术可分为成型金属波纹管和焊接金属波纹管机械密封技术。

多端面密封技术分为双密封、中间环密封、多密封技术。另外还有平行面密封技术、监控密封技术、组合密封技术等。 7、机械密封冲洗方案及特点

冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。冲洗的方式主要有如下： 一、内冲洗 1。正冲洗

（1）特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔。

（2）应用：用于清洁流体， p1稍大于p进，当温度高或有杂质时，可在管路上设置冷却器、过滤器等 2。反冲洗

（1）特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端引入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口。 （2）应用：用于清洁流体，且p进（1）特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔，冲洗后再经管路流回泵入口。

（2）应用：冷却效果优于前两种，用于清洁流体，且p1与p进和p出相接近时。 二、外冲洗

特点：引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔进行冲洗。

应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05--0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需要，不会产生对密封件的冲蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s;含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，为达

到上述的流速值，冲洗液与密封腔压力的差值应<0.5MPa，一般取0.05--0.1MPa，对双端面机械密封可取0.1--0.2MP.冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置，应设置在密封端面附近，且应在靠近动环侧，为了防止石墨环被冲蚀或因冷却不均引起温差变形，以及杂质堆积和结焦等，可采用切向引入或多点冲洗.必要时，冲洗液可以是热水或蒸汽。

机械密封的概念以及组成 机械密封（机封）的基本概念：

机械密封(mechanical seal)是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。补偿环的辅助密封为金属波纹管的称为波纹管机械密封。 机械密封的组成：

主要有以下四类部件。a.主要密封件：动环和静环。b.辅助密封件：密封圈。c.压紧件：弹簧、推环。d.传动件：弹箕座及键或固定螺。 机封工作应注意问题： 1.安装时注意事项

a.要十分注意避免安装中所产生的安装偏差

（1）上紧压盖应在联轴器找正后进行，螺栓应均匀上支，防止压盖端面偏斜，用塞尺检查各点，其误差不大于0.05毫米。

（2）检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙（即同心度），四周要均匀，用塞尺检查各点允差不大于0.01毫米。

b.弹簧压缩量要按规定进行，不允许有过大或过小现象，要求误差2.00毫米。过大会增加端面比压，另速端面磨损。过小会造成比压不足而不能起到密封作用。

c.动环安装后髯保证能在轴上灵活移动，将动环压向弹簧后应能自动弹回来。 2.拆卸时注意事项

a.在拆卸机械密封时要仔细，严禁动用手锤和扁铲，以免损坏密封元件。可做一对钢丝勾子，在对自负盈亏方向伸入传动座缺口处，将密封装置拉出。如果结垢拆卸不下时，应清洗干净后再进行拆卸。b.如果在泵两端都用机械密封时，在装配，拆卸过程中互相照顾，防止顾此失彼。

c.对运行过的机械密封，凡有压盖松动使密封发生移动的情况，则动静环零件必须更换，不应重新上

紧继续使用。因为在之样楹动后，摩擦副原来运转轨迹会发生变动，接触面的密封性就很容易遭到破坏。

机封正常运行和维护问题： 1. 启动前的准备工作及注意事项

a.全面检查机械密封，以及附属装置和管线安装是否齐全，是否符合技术要求。

b.机械密封启动前进行静压试验，检查机械密封是否有泄漏现象。若泄漏较多，应查清原因设法消除。如仍无效，则应拆卸检查并重新安装。一般静压试验压力用2~3公斤/平方厘米。

c.按泵旋向盘车，检查是否轻快均匀。如盘车吃力或不动时，则应检查装配尺寸是否错误，安装是否合理。 2.安装与停运

a.启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂。

b.对于利用泵外封油系统的机械密封，应先启动封油系统。停车后最后停止封油系统。

c.热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80度以下时，才可以停止冷却水，以免损坏密封零件。 3.运转

a.泵启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。如连续运行4小时，泄漏量仍不减小，则应停泵检查。

b.泵的操作压力应平稳，压力波动不大于1公斤/平方厘米。

c.泵在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏。

d.密封情况要经常检查。运转中，当其泄漏超过标准时，重质油不大于5滴/分，轻质油不大于10/分，如2-3日内仍无好转趋势，则应停泵栓查密封装置。

机械密封的修理

随着生产安全性的要求以及环境保护的要求，机械密封的使用范围已越来越广泛。目前，大部分企业的旋转设备都采用机械密封来保证动静密封面之间无泄漏，但是机械密封装置是一个相当精密的部件，在操作维修中对技术人员要求较高，本文主要从以下几个方面来探讨机械密封修理的问题。 一、机械密封的安装

机械密封运行的好坏及寿命的长短较大程度上取决于设备自身的条件，因此在安装机械密封前，

仔细对设备进行检查将会降低密封失效的可能及维修的费用。对设备须从以下几个方面进行检查： 1、密封腔孔径及深度尺寸应该与密封组装图上尺寸一致，一般偏差为±0.13mm；轴或轴套的尺寸偏差为±0.03mm或±0.00mm－0.05。轴的轴向窜量检查，总的轴向窜量不能超过0.25mm；轴的径向跳动检查，轴的径向跳动一般小于0.05mm。径向跳动过大，有可能造成：轴或轴套的磨损；密封面之间泄漏量增加；设备的振动加剧从而降低密封的寿命。

2、轴的弯曲度检查。轴的最大弯曲度应小于0.07mm。密封腔表面的跳动检查，密封腔表面的跳动不能超过0.13mm。密封腔表面如与轴不垂直，有可能造成机械密封一系列的故障。因为密封压盖是靠螺栓固定在密封压盖上的，密封腔跳动过大，造成压盖安装倾斜，依次就造成密封静环倾斜，从而导致整个密封不正常晃动，这是产生微振磨损的主要原因，另外机械密封与轴或轴套的辅助密封磨损也将加剧，再有就是密封的不正常晃动也将造成金属波纹管或传动销的磨损和疲劳，导致密封的过早失效。

3、密封腔孔与轴的对中度检查，不对中度应小于0.13mm。密封腔孔与轴不对中，将会影响密封面之间的动载荷，从而缩短密封的运转寿命。调整该对中度，可通过调整泵头与轴承架之间的垫片或对该接触面重新加工，来获得较好的对中度。 二、安装前对密封的检查

无论是新换的机械密封，还是修复的密封，在安装前均需仔细检查以下各项：检查所有的部件，部件须干净无垢，尤其是动静环的密封面；检查密封的转动部件，传动销及弹簧销等均动作自如；检查转动部件的定位螺丝，定位螺丝应松紧自如，旧的应更换；根据密封安装图仔细检查全部辅助密封圈的厚度，厚度不合适将会影响密封的正确定位及施加于密封面上的弹簧载荷；检查所有的旋转部件与轴或轴套配合适当；检查动静环密封面，不能有任何刻痕或划伤，任何一点细微的损伤都有可能造成密封面泄漏。

三、安装有机械密封装置的设备的启动、操作和使用

正确的操作和使用对于机械密封的寿命影响也至关重要，一般说来，以下注意事故适用于大多数机械密封的正确使用。

1、大多数机械密封设计时都是考虑在液态的环境中工作，因此开车以前密封面就必须浸在液体之中，干运转会严重破坏密封面，影响密封的使用和寿命。当然点动设备确认电机转向不会破坏密封，但全速运转的设备的机械密封必须工作在液体当中。

2、与设备相连的管道系统也必须清理干净，该系统的杂物如不及时清理干净，长期运转后，杂物有可能进入密封中，从而影响密封的寿命。新设备密封的提前失效大多数是由于这种原因造成的。因此新设备开车前在进口设置过滤器很有必要。

3、打开冷却或冲洗系统，无论设备是否运转，最好不要切断冷却或冲洗系统，尤其是在设备输送的是热的介质或介质冷却后有可能结晶的情况下。

4、对于新安装的设备，在第一次运转时，开始有可能发生轻微的泄漏，这是正常现象，随着密封的磨合，泄漏量会减少直至不泄漏。但如果持续时间的泄漏，说明辅助密封系统有可能损坏或是密封面破坏。

5、设备运转的好坏也是影响密封寿命的一个关键因素。泵的汽蚀不但影响泵的性能，也会对密封产生不利的影响。汽蚀会造成轴的不正常振动和摆动，使轴承损坏，密封腔也会过热，从而破坏密封面之间形成的液膜，最终导致密封失效。 四、机械密封的检修

机械密封的检修无须特别的工具和材料，一般来说检修机械密封须备有如下工具和材料： 1、白布和软纸：在机械密封的检修和安装过程中，干净是一个最基本的也是最关键的条件，检修机械密封时，一般不允许带手套作业。

2、干净的润滑油：机械密封的所有辅助密封，与之接触部位均有一薄层油膜，因此安装辅助密封时需在辅助密封上涂上薄薄的一层干净的润滑油。选用的润滑油应与介质或密封液相溶，但不能溶解

辅助密封材质，所有与轴或轴套接触的部件，安装时最好也涂上少量的润滑油。 3、研磨机或研磨平板及研磨用的金刚砂磨料。

4、紧固定位螺丝用的内六角扳手。一般机构密封用的定位螺丝均为不锈钢材质，不合适的工具有可能损坏螺丝，从而不能很好地紧固动环座。 五、机械密封常见的失效原因

机械密封开始出现大量泄漏，说明密封已经失效。常见的非正常失效原因一般有以下几点： 1、在安装之间，选用的密封部件有问题。这包括部件未处理干净，部件有破损（划痕或裂缝）或是其它原因。

2、密封安装不正确，这主要指密封定位设置不正确。

3、密封选用不正确，包括密封主体或密封环材质选用不当，设计时没有综合考虑好压力、温度、转速以及流体特性等各方面的因素。

4、操作失误。设备启动时密封液的压力不足、密封干运转或是密封辅助系统未投入运行。 5、密封腔有杂物。有可能是安装时带进去杂物或是辅助系统处理不干净。 6、设备本身运转不良导致密封失效。轴的串量、摆动或是振动过大。

机械密封一旦出现故障泄漏时，不能立即停车检修，当设备还在运转时，相关人员就应立即到现场进行检查，仔细观察设备的工况，辅助系统的压力流量，泄漏部位以及设备振动情况等各方面因素，以便于分析失效的原因。

机械密封是一个比较复杂和精密的部件，队了以上所介绍的知识以外，还有如密封辅助系统的设置方案，密封故障失效原因的分析，密封环材质的正确选用，检修时密封环的研磨及检验方法等很多方面对于了解和掌握密封也很重要

机械密封基础知识及故障分析 一、机械密封的基本构件及其作用：

1、 动环和静环（1）作用：保持密封面紧密贴合组成密封面防止介质泄漏。

（2）要求：具有良好的耐磨性和耐腐蚀性；动环要有良好的追随性（自动补偿密封 面的磨损）；动、静环具有浮动性，起缓冲作用。 2、 弹性元件：（弹簧、波纹管、蛇形套等） （1）作用：起预紧、补偿及缓冲的作用，

（2）要求：使密封面产生一个合理的比压，保证端面摩擦副良好的贴合和动环的追随性，材料要求耐腐蚀和疲劳。

3、 辅助元件（O性环、V性环、楔形环等）

（1）作用：主要起静环和动环的密封作用，同时起浮动和缓冲作用 （2）要求：耐热或耐寒并能与介质相容 4、 传动件（传动销、传动环、传动座等） （1）作用：将轴的转矩传给动环 （2）要求：材料耐磨耐腐

5、 紧固件（紧定螺钉、弹簧座、压盖、组装套、轴套）

（1）作用：起到静、动环的定位，固紧作用，保证摩擦副密封面处于正确的位置，并保持良好贴合的弹簧比压。

（2）要求：注意安装密封环的导向测角和压缩量。 二、机械密封的可能泄漏途径：

1、端面摩擦副的密封面处：光洁度要求▽10~▽11，不平直度＜0.9微米。注意耐磨耐腐，选用合适的及何参数和性能参数。

2、静环与压盖的辅助密封件处：“O”形圈太硬，浮动性和缓冲性差。

3、动环与轴（或轴套）的辅助密封件处：防止锈蚀，水垢或化学反应物料堆积而造成动环不能动。（为什么污水、结晶介质要选用双端面机封？） 4、压盖与密封体（后盖）之间静密封。 5、轴套与轴的静密封。

6、动、静环镶嵌结构也可能在配合处泄漏。 三、机械密封的基本类型 1、基本概念：

（1）密封头：通常把具有弹性元件使主密封环作轴向位移追随之配对密封环的组件叫做密封头。 （2）、把无弹性元件的配对密封环组件叫密封座

2、普通型机械密封通常按密封头安装位置分为：内装式和外装式 按介质作用在密封端面上的压力卸荷程度分为：平衡型和非平衡型、 按弹性元件的结构和布置分：单弹簧、多弹簧、波纹管、膜片等 按密封头和密封面的数目分：单端面和多端面（双端面） 四、机械密封的特点

1、泄露量可以限制到很少。2、寿命长。3、运转中不用调整。4、耐振性好5、密封压力高。 6、结构复杂拆装不便。 五、机械密封的磨损。

1、粘着磨损：两种滑动摩擦副材料表面力互相吸引所形成的。

2、磨料磨损：两个粗糙的表面发生碾削作用或由于密封缝隙中外来杂物充做磨料所引起的。 3、磨蚀磨损：由于化学腐蚀所引起的缝隙温度高时最容易发生这类磨损。

4、表面疲劳磨损：滑动表面的疲劳裂纹和热应力裂纹所引起的。 5、冲蚀（刷）磨损：由于液体或气体高速流动产生剥蚀作用造成的。 六、机械密封的故障分析 1、收集整套密封元件。 2、检查磨损痕迹

（1）、磨痕变宽：表明电机、泵头严重不对中：

原因：（a）轴承损坏 （b）轴抖动或轴变形 （c）轴弯曲 （d）泵气蚀产生振动。（e）联轴器未对中 （f）管子严重变形 （g）密封静坏倾斜。

（2）、磨痕变窄：表明密封超压，密封设计有误，选高压或高温机封。 （3）、无磨痕：可能是压盖代替静环与静环背部对磨运转。 （4）无磨痕但有亮点：超压或表面粗糙或是压盖压不均匀。 3、检查密封面

(1)断裂：一般发生在陶瓷环上.高温拒用陶瓷（150°C）

（2）硬密封面深痕:因为固体颗粒会埋入软密封面内并生成磨削性结晶体磨削硬密封面. 4、传动件磨损：脱碳泵机封环传动销的磨损。 5、检查弹性元件

（1）、弹簧和波纹管断裂。（2）、弹簧卡住。（3）、 弹性体断裂、硬化或损坏。 6、检查磨擦碰撞情况。 七、机械密封的安装使用说明书

机械密封系精密机械装置，它具有密封性能好、寿命长、泄漏少、消耗功率少、在运行中几乎不泄漏之特点，广泛应用于输送高温、高压和强腐蚀性介质的离心泵。机械密封的安装精度对机械密封工作情况有很大影响，安装得不好则增大泄漏量和降低寿命。 （一） 、安装或维修前的准备 1、 工况相符合。

2、 应确保系统已经关闭，并处于无压及冷却状态。

3、 确认机械密封的型号及生产厂家，以确保机械密封的工作参数和应用。对于单端面机械密封的维修，在拆除轴套前应测量其相对位置尺寸并记录，以确保机械密封压缩量的准确调整。 4、 检查泵轴向窜量，不允许超过±0.5mm,如有轴套，不允许轴套有轴向移动。

5、 检查安装机械密封的轴或轴套的径向跳动是否在允许值内。 轴或轴套直径（mm） 16~28 30~60 65~80 85~100 径向跳动允差(mm) 0.06 0.08 0.10 0.12 （二）、安装 1、清洁密封腔体。

2、为减少摩擦应用水或酒精润滑，或用硅脂润滑所有O形圈需滑经的表面（注意不要对密封面使用润滑剂）。

3、安装静环应确保与压盖或后盖密封平面平行并安装到位。

4、安装动环时，对于单端面机封应保证其工作高度或压缩量。一般情况下，按拆卸原机械密封时的记录尺寸并根据磨损程度作适当的调整即可。在拧紧紧定螺钉时，一定要用深度尺检测密封面的端跳动不得大于0.025mm。对于双端面机封，只须将防转螺钉拧入防转槽即可（注意检查其左右移动是否自如）。但须根据密封面的摩损程度适当加调整垫调整压缩量（可在静环后加减密封垫，也可在压盖与后盖间加减密封垫）。

5、将机封压盖与后盖联接好即安装完成。 （三）、运转与维护

1、运转前必须转动数圈，以确保密封面处于润滑状态。对于双端面机封还需加入阻封水，其压力应大于密封介质压力0.1~0.3Mpa。供水量为0.3~0.7m3/h。 2、检查机械密封泄漏量应在下表允许值范围内。

轴或轴套直径（mm） 介质压力MPa 平均泄漏量ml/h ≤50 0~2 ≤8 2~5 ≤8 ＞50 0~2 ≤10 2~5 ≤5