机械密封静环密封性试验工装设计
机械密封
机械密封
Mechanical Seals
Main Content
机械密封的工作原理 机械密封的类型 机械密封的主要参数 机械密封设计 机械密封材料 机械密封的辅助措施 机械密封失效分析
机械密封
定义：
机械密封是一种旋转机械，如离心 泵、离心机、反应釜和压缩机等的轴封 装置。机械密封，又叫端面密封 (Mechanical End Face Seal)．按国 家有关标准定义：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。
机械密封材料
（一） 摩擦副材料 根据统计，机械密封的泄漏大约有80％一95％是 由于密封端而摩擦副造成的。除了要保持密封面平 行之外，主要是摩擦副的材料问题。
摩擦副材料应具备下列条件： 机械强度高．能耐压和耐压力变形； 具有耐严磨性，耐高载荷性，自润滑件好； 配对材料的磨合性好，无过大的磨损和腐蚀； 耐磨性好，寿命长； 导热件和散热性好； 耐高温性能好。 Continue
情况之一者，则认为密封失效： ① 从密封系统中泄漏出大量介质； ② 密纣系统的压力大幅度降低； ③ 封液大量进入密封系统（如双端面机械
密封）。
密封失效的外部特征和具体表现形式(P146)
机械密封失效泄漏的原因分析
机械密封失效的主要形式是静、动环之间的磨损失 效。动、静环端面摩擦副通常靠弹簧椎力来压紧， 阻止泄漏。动、静环压得越紧越不易泄漏，但其间 的摩擦力也随之增大，接触端面在较大摩擦力的作 用下会很快磨损，最后失效泄露。
4）过滤
冲洗液、冷却液或封液中混有杂质，必 须过滤后才能使用。分离杂质可采用普 通过滤器。为不影响机器运转，应并联 安装两个，交替使用。也可以采用磁性 过滤器，使铁屑等杂质吸附在过滤器的 磁套上。旋液分离器结构简单，不易堵 塞，广泛用于分离杂质。
机械密封的设计和选用
减少与腐弹簧应加保危险大的介质选用双端面密封；耐酸机械密封1—静环 2—动环 3—弹簧 4—波纹管说明：1)此结构为单弹簧聚四氟乙烯波纹管，外装式； 2)摩擦副由氧化铝陶瓷与填充玻璃纤维聚四氟乙烯组对，填充聚四氟乙烯耐磨端与纯聚四氟乙烯波纹管制成一体；3)弹簧可采用普通不锈钢制造低摩擦系数和热膨胀系数的材如选用热膨胀 热油泵用高温机械密封 1—内冲洗节流套 2—轴套 3—动环 4—金属波纹管静环组件 5—导流套 6—填料密封说明：1)采用冲洗、冷却结构以提高冷却效果，设置导流套增加冷却面积； 2)采用金属波纹管结构；3)采用低膨胀合金镶装石墨静环；可采取强防液氧泵低温机械密封1—动环2—静环 3—波纹管 4—弹簧 5—导流套说明：1)该结构适用工作温度为-196℃；2)采用静止式金属波纹管单端面结构；3)摩擦副材料组对为青铜对石墨；4)引入干燥氮气保护，稀释泄漏的氧气，吹扫密封件周围的空气，避免空气中的水汽在密封件与轴上冻结粒堵塞结构。
如外装式结构；采用应将弹簧与介质隔但当介质浓度高，杂质含量大时，须用双耐磨机械密封1—静环2—动环 3—波纹管 4—弹簧说明：1)此结构为双端面，橡胶波纹管结构；2)端面材料为碳化硅对碳化硅端面受力合理，尽量减小变形；减小载荷系数选用可靠的传动方式，如键、销高压中速机械密封1—弹簧2—动环 3—静环 4—耐磨涂层 5—防挤出挡圈说明：1)此结构用于压差7MPa，速度不大于15m/s的场合；2)静环由碳石墨制成，动环使用高弹性模量的硬质合金嵌件，且基环有足够的截面厚度，因而可适用于高压变工况的情况尽量减少旋转尽高速机械密封1—止推轴承2—动环 3—静环说明：1)该结构适用于大轴径及转速高达10 000 r/min的情况；2)动环由止推轴承定位，由键传递转矩；3)动环的浮动性好。
机械密封的设计和选用
机械密封的设计和选用
减少与腐
弹簧应加保
危险大的介质选用双端面密封；
耐酸机械密封
1—静环 2—动环 3—弹簧 4—波纹管
说明：
1)此结构为单弹簧聚四氟乙烯波纹管，外装式；2)摩擦副由氧化铝陶瓷与填充玻璃纤维聚四氟乙烯组对，填充聚四氟乙烯耐磨端与纯聚四氟乙烯波纹管制成一体；
3)弹簧可采用普通不锈钢制造
低摩擦系数和热膨胀系数的材
如选用热膨胀热油泵用高温机械密封1—内冲洗节流套2—轴套3—动环 4—金属
波纹管静环组件 5—导流套 6—填料密封
说明：
1)采用冲洗、冷却结构以提高冷却效果，设置导流套增加冷却面积； 2)采用金属波纹管结构；
3)采用低膨胀合金镶装石墨静环；。
机械密封的支承静环结构设计都有什么要求呢？
机械密封的支承静环结构设计都有什么要求呢？
我们在对动密封环及静密封环进行设计的时候，东晟密封告诉您如果说密封环的支承方式不够合理的话，则应该在介质压力及力及支承后力作用之下，可能会引起密封环过大的变形而使密封效果失效。
从而密封破损不能再使用了。
图1为静密封环的4种支承方式和受力情况。
机械密封中的支承静环在受到介质压力及弹簧力及沿圆周均布的支座反力时，会引起力矩，从而环截面会发生偏转，导致密封环变形的。
经计算之后，我们发现在机械密封中的支承静环的（图1所示的4种支承方式的石墨环）。
而图1-a的变形量比其他几种型式都要大一些，所在它的使用压力不宜过高。
图1-b及图1-c的静环型式，其区别仅仅是截面尺寸不同，它们的环背面均靠在环座的B平面上，环变形也比较小。
在的径向尺寸之下，图1-c要比图1-b的径向尺寸要小一些的哦！不虽要小一些更有利于降低变形量哦！
图1-d的型式的支承环，更能清除截面的转动，也因此更适合于高压的环境场合之下使用了，则使用压力达10MPa。
在较高压力下的支承环，为了防止密封一次产生较大的变形，常采用弹性模量较大的金属密封材料作静环的主要材料之一，而采用弹性模量小的石墨及聚四氟乙烯等密封材料作为动环的主要密封材料。
以上就是关于机械密封中的支承静环的结构设计要求了。
工程机械密封方案设计
工程机械密封方案设计1. 工程机械密封方案的分类在工程机械中，有许多不同类型的密封方案可供选择，其中包括静态密封、动态密封和旋转密封。
静态密封用于防止液态或气体流出，例如管道连接处的垫片。
动态密封主要用于防止流体从一个运动部件到另一个运动部件的泄漏，例如活塞环。
旋转密封主要用于防止转动轴处的润滑油或液体泄漏，例如轴承处的密封圈。
2. 工程机械密封方案的设计原则工程机械密封方案的设计需要考虑以下几个原则：（1）适应工作环境。
工程机械通常需要在高温、高压、高速和重负荷的工作环境下工作，密封材料和结构必须能够适应这些恶劣条件。
（2）确保密封性能。
密封方案必须具有良好的密封性能，能够有效防止液态或气体泄漏。
（3）耐磨损和耐腐蚀。
工程机械常常需要长时间运行，密封件必须具有良好的耐磨损和耐腐蚀性能，以保证设备的长期可靠运行。
（4）易于安装和更换。
密封方案的安装和更换应该方便、快捷，以减少设备停机时间和维护成本。
3. 工程机械密封方案的材料选择密封材料的选择对于工程机械密封方案的设计至关重要。
常见的密封材料包括橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）、尼龙等。
（1）橡胶密封件。
橡胶密封件具有良好的弹性和变形能力，适用于各种工程机械的密封应用。
常见的橡胶材料包括丁腈橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶和氟橡胶等。
（2）聚四氟乙烯密封件。
聚四氟乙烯具有优异的耐高温、耐腐蚀和低摩擦系数的特性，适用于高温、腐蚀性液体的密封应用。
（3）聚乙烯密封件。
聚乙烯具有良好的耐磨损性能，适用于一些高负荷、高速的工程机械密封应用。
4. 工程机械密封方案的应用案例以下是一些工程机械密封方案的应用案例：（1）混凝土搅拌车的密封方案。
混凝土搅拌车需要在高压、高速、高温的环境下工作，密封方案需要具有良好的耐磨损和耐高温的性能。
（2）挖掘机的液压缸密封方案。
挖掘机的液压缸需要在高负荷、高速、高温的环境下工作，密封方案需要具有良好的耐磨损和密封性能。
机械密封型式试验
（2）试验装置是否具备使密封腔内温度稳 定、均匀的调节能力，以保证在型式试验时密 封腔内温度控制在规定温度±10℃范围内；
（3）试验装置轴的转速允差应控制在规定 值±5%以内；
（4）除密封腔体及系统附件应能承受试验 密封流体压力外，试验台架还应具备足够的刚 性和稳定性；
检测日期
检测地点
检测依据
安装轴径
测量内容 压力/MPa 温度/℃
泄漏量/mL
转速/（r·min-1） 扭矩/（N· m） 磨损量/μm
试验用仪器 仪器
精度
静压 试验
试验密封 试验密封 流体名称 流体压力/MPa
试验密封 流体温度/℃
试验时间/min
泄漏量/mL 实测/mL 折算/（mL· h-1）
运转 试验
0＜p≤5.0 5.0＜p≤10
≤3.0 ≤15.0
≤5.0 ≤20.0
表中：d 为轴或轴套外径 注：对于特殊条件及被密封介质为气体时不受此限。
表 3 试验用仪器仪表
测量内容
仪器仪表
精度
压力 温度 转速 扭矩 泄漏量 磨损量
压力表或其他压力测量仪器
±1%
玻璃温度计或其他温度测量仪器 ±1℃
转矩转速仪或其他转速测量仪器 ±1%
（4）被密封介质为液体时，平均泄漏量应 满足表 2 所示规定。
4 泄漏量的测量
机械密封泄漏量测量在运转试验过程中完 成，而机械密封磨损量测量在运转试验结束后 进行，包括机械密封旋转环和静止环磨损量测 量。在机械密封生产中旋转环和静止环所用材 质根据用户实际要求确定，当旋转环和静止环 材质相同时两个环均需测量，当材质不相同时 只需测量材质相对较软的密封环。
密封设计方案
密封设计方案介绍密封设计方案是在工程设计、设备制造和维修过程中非常重要的一步。
密封设计的目标是确保系统或装置能够有效地防止液体或气体的泄漏，并防止外部杂质进入系统。
本文将介绍密封设计的基本原理和一些建议，以帮助您制定一个高效的密封设计方案。
密封设计的原理密封设计的基本原理是实现两个表面之间的紧密接触，以阻止流体或气体的泄漏。
密封设计可以采用各种不同的方法，包括机械密封、填料密封和液体密封等。
机械密封机械密封是一种常见的密封方式，它由一个旋转环和一个静止环组成。
当两个环之间施加一定的压力时，它们会紧密地结合起来，从而防止泄漏。
机械密封通常用于高压或高速应用中。
填料密封填料密封是另一种常见的密封方式，在填料密封中，填料被放置在两个表面之间，填料的作用是填补表面之间的微小间隙，从而实现密封。
填料密封可以使用各种材料，如橡胶、金属、聚四氟乙烯等。
液体密封液体密封是一种通过在表面涂覆液体来实现密封的方式。
液体密封可以是硬化的液体、油脂或其他液体。
液体密封通常用于静态或低速应用，其优点是密封效果好，且能够适应尺寸变化。
密封设计的关键因素制定一个高效的密封设计方案需要考虑许多关键因素，以下是几个需要特别注意的因素。
环境条件环境条件对密封设计至关重要。
不同的环境条件对密封材料和密封方式有不同的要求。
一些常见的环境条件包括温度、压力、湿度和化学品暴露等。
在设计密封时，需要根据实际应用环境选择合适的密封材料和密封方式，以确保密封的可靠性和长寿命。
材料选择密封材料的选择是密封设计的核心。
不同的材料具有不同的物理和化学性质，对不同的环境条件和应用要求具有不同的适应性。
常见的密封材料包括橡胶、金属、塑料和复合材料等。
在选择密封材料时，需要考虑其耐磨性、耐腐蚀性、耐温性和密封性能等因素。
维护和更换密封件的维护和更换对保持密封性能至关重要。
密封件在长时间使用后会发生磨损和老化，导致泄漏。
定期检查和更换密封件可以有效地延长密封系统的寿命，并减少故障和维修成本。
第六章 机械密封
按密封端面接 触状态
按弹簧元件的 运动状态
按密封端面数 目
14
按静环安装位 置
按密封流体在 密封端面引起 的卸载程度
按工作条件
按介质泄漏方 向
按弹性元件的 结构和布置
按用途
1) 按密封端面接触状态分类
密封 端面 接触 状态
接触式 非接触式 半接触式
流体压力与弹性元件压力下机 械密封，端面名义间隙小，多 在混合和边界润滑下运行。
d
2 2
d12
式中 p ——密封流体压力，指机械密封内外侧流体的压差。
(6-4)
p p1 p2 10
(6-5)
6.1.3 力学分析
载荷系数 K 指密封流体压力作用在补偿环上，使之对于非补偿环趋于闭合的有效作
用面积 Ae 与密封环带面积 A 之比。其物理本质是密封流体压力作用比压 pe 与密封流体压力 p 之比。
3
6.1.2机械密封的基本结构、工作原理*
1
2
冲洗液
3
4
5
D
6
B
C A
10 9
87
图6-1 机械密封结构原理
1—弹簧座；2—弹簧；3—旋转环(动环)；4—压盖；5—静环密封圈；6—防转 销；7—静止环(静环)；8—动环密封圈；9—轴(或轴套)；10—紧定螺钉 A，B，C，D—密封部位(通道)
4
机械密封基本元件的作用*
Ae
4
d22 db2
(6-3)
式中，db 为滑移直径，也称为平衡直径，指密封流体压力作用在
补偿环辅助密封圈处的轴(或轴套)的直径。
密封流体压力作用比压 pe 单位密封面上承受的流体压力所施
加的使密封端面闭合的力。
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（ ） 环不 意 图 ａ 动
（ ） 环 不 意 图 ｂ 静
１Ｙ ３ － Ｇ 合金块 ；－ 形圈 ；－ ２０ ３ 动环 不锈钢 基体 ； ４ 聚四氟乙烯块 ；－ 一 ５ 静环不锈钢基体
图２ 动环和静环结构示意图
动环制造工 艺［ ：） ２ １ 制作动环 的不锈钢基体 、 １ 为 Ｙ３ Ｇ 合金块 ； ） ２ 在动环不锈钢基体 上安装 ０形圈 ， 将
图 １ 机械 密封装配及密封试验原理示意 图
由 图 １ 知 ， 套 机 械 密 封 由一 对 动 环 和 一 对 静 可 一 环组成 ， 在设备使用时动静结合 。当传动轴在 电机的 带动下转动时 ， 弹簧座靠传动轴上 的销子与传动轴连 为一 体 一 起转 动 ， 时靠 销 子 的作 用 动 环也 与 轴 同步 同 转 动 ， 环 静 止 不 动 。 弹簧 的作 用 是 使 动环 与 静 环 密 静 封 面 始 终 保 持一 定 的压 力 ， 同时 给 矩形 Ｏ形 圈 一 定 的 预 紧力 ， 保证 良好 的密封效果 。设备的密封 由动静环 的接触面与 Ｏ 形圈来保证。密封气密性试验时… 氮气 ， 从进气管进入 ， 当压力表示 值为 ０１ Ｐ 时 ， 阀门 ． Ｍａ 将 ５ 关 闭 。密 封 试 验合 格 的标 准 是 每 小 时泄 露 量 在 ００２ ． ０
都 可 以成功 。
３ 静环 密封 性试 验 工装设 计
３１ 初 始 工装 ．
在 ２０ 年年 初 ， 们 在装 配一 套 机械 密 封 时拆 装 ０９ 我 反 复 了数 次 之 后 ， 封试 验 总是 不 能成 功 。我 们 检 查 密
１简 体 ；－ 环 Ｏ形 圈 ；－ 形 Ｏ形 圈 ；一 环 ；－ 四 氯 乙 烯 ； 一 ２静 ３矩 ４静 ５聚
环本 身密封性 不合格的话 ， 么问题 应该 出在镶装 处。密封试验 时， 那 气体只 能从 镶四氟块处泄露 ， 这就达到 了 环 静
四氟在不受压力情况 下测试其 密封性 的 目的。 关键词 ： 环 ； 动 静环 ； 动静 结合面 ； 密封性 ； 镶装
中图分类号 ：Ｂ ２ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ３ ７ ３ ２ １ ）４ ０ ３ — ３ １０ — ７ Ｘ（０ １０ — ０ ７ ０
Ｙ ３ 金块过赢配合压人 ； ） Ｇ合 ３ 机械研磨 Ｙ ３ Ｇ 合金面； ４ 光谱 检验 密封 面研 磨质 量 。 ） 静环制造工艺为 ：１ 制作静环 的不锈钢基体和 （） 聚 四 氟 乙烯 块 ；２ 将 聚 四氟 乙烯 块 过渡 配 合 压 八 不 （） 锈钢基体如图 ２ 所示 ， 在装配缝隙处均匀涂抹高强度 ， 耐腐蚀胶水密封 ３ 机械研磨聚 四氟乙烯面 ；４ 光 （） （） 谱 检 验 密 封 面研 磨 质量 。从 动 、 环 的制 造 工艺 及 结 静 构来 看 ， 如果 动 、 环 本 身密 封性 不 合 格 的话 ， 么 问 静 那 题 应 该 出在镶装 处 ， 了检 测这个 推 断 ， 计 了一套 简 为 设 易密 封试 验工 装 ， 图 ３ 如 所示 。
示 意 图
６ 硬质合金 ；－ 一 ７ 动环 ；－ ８ 结构 支撑 ；－ ９ 弹簧座 ；
１ １ 、２ 法 兰 、 栓 、 ０、 １１ 一 螺 螺母 ；３ 精密压力表 ；４、５ 阀门 、 １－ １ １一 进气管 ；
ｌ一 ６ 动环 Ｏ 形圈 ；７ 传 动轴 ；８ 弹簧 ；９ 接管 １一 １－ １一
收稿 日期 ：０ １ ０ — ５ ２ １ － ３ ２ 作者简 介： 庞 ￣（９ ３ ） 男， １８ 一 ， 河北献县人 ， 助理 工程 师， 本科 ， 究方向 ： 研 机械加 工工艺及机械设计。
・
３ ・ ７
第４ 总第 １２ ） 期（ ２期
机 械 管 理 开 发
２ ｌ 年 ８月 ０１
了所有的和装配相关的尺寸及 Ｏ 形圈的线径 、 厚度 ， 都 符合图纸要求 ， 并且动 、 静环都重新返厂对密封面进行 了二 次机 械 研 磨 ， 对 经二 次 机 械研 磨 过 的静 环 密 封 也 面 进行 了手 工 研磨 ， 色试 验 验证 密封 面效 果 非 常 理 涂 想 ， 就 是 在装 配 后 总是 产 生 泄露 。后 来分 析 可 能是 可 动 、 环 本 身 密 封 性 不合 格 。图 ２ 动 、 环 的 结构 静 是 静
第 ４ （ 第 １２ ） 期 总 ２期
Ｎｏ４ Ｓ ．（ ＵＭ ．２ Ｎｏ１ ２）
机 械 管 理 开 发
ＭＥＣ ＨＡＮＩ ＡＬ ＭＡＮＡＧＥ Ｃ ＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬ ＭＥＮ ＯＰ Ｔ
２ １ 年 ８月 ０１
Ａｕ ．０ ｇ２ １ １
机械密封静环密封性试验工装设计
一
Ｍａ Ｐ 以内。进入简体内的气体有三条路径可能产生泄 露， 如图 １ 所示 ： ） １ 动环 Ｏ形圈 ； ） ２ 动静的结 合面 ；） ３ 静 环 Ｏ形 圈 和矩 形 Ｏ形 圈 。从 这些 年 我们 的装 配 经验 来看 ， 如果密封试验不合格 ， 一般情况下是动静结合面 产生泄露 。只需将机械密封从简体 内拆下来 ， 在研磨 好的铸铁平板上配合航空煤油和细研磨膏手工研磨静 环的四氟面， 然后在研磨好 的四氟面上涂色 ， 使动环密 封面与静环密封面结合 ， 用力按压 ， 随后检验动环密封 面上 色痕 的宽 度 与均 匀 度 ， 果 色 痕宽 度 适 中 、 匀 、 如 均 无 明显 细纹 和 断层 ， 么 重新 装 配 后基 本 上 密 封试 验 那
１ 概
述
．
我厂每年都能接到上海某设计 院终缩聚釜传动端 制造的批量定单。此设备是物料搅拌釜的传动装置 ， 反应 釜 内要 求 绝对 密 封 ， 允 许 有 其它 杂 质 和气 体 混 不 入， 否则会影响物料的纯度 ， 降低产品质量 。而釜腔内 所有 的密封性都靠传聚釜 能 否正 常运 行 机 生产 出合 格产 品的关 键 。机械 密封 是 我厂 外协 由天 津 家专 业 厂 家 制造 ， 动端 上 的其 它零 部 件 在 我厂 加 传 工制 造 ， 最后 在我 厂装 配并 发 货 。 ２ 机械 密 封 的密 封性 试验 原理 ．
庞
摘
欣
３０７ ） ０ ２ １
（ 天津津滨石化设备有 限公 司， 天津
要 ： 械 密封 的制 造质量是终缩 聚釜能否正常运行 生产 出合格产品 的关键 。设备 的密封 由动静 环的接触 面与 机
Ｏ形 圈来保证 。 密封试验 原理 即设备 实 际使 用过程 中的密封原理 。从 动 、 环的制造 工艺及结构 来看 ， 果动 、 静 如 静