密封基础知识(基本结构)讲解
密封基础知识(基本结构)
JC Tianjin Training
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What is a mechanical seal?
什么是机械密封？
two flat sliding surfaces, which maintain a close running clearance while separated by a fluid film
Must be:
present - beware dry running谨防干运转
Stable稳定
谨防磨损征兆 clean - beware abrasive wear symptoms reasonable viscosity合理的黏度 temperature controlled受控的温度 acceptable pressure允许的压力
Advantages 优点
sudden failure very unlikely 几乎不会突发意外事故 higher pressure capability - face not stressed
耐压性能高-应力变形小
wide choice of materials for all components
As the face moves forward to take up wear, the o-ring moves forward with the face, pushed by the hydraulic and spring pressures
25
Secondary Seal: Pusher 二次密封：推进式
Sintered silicon carbide 无压烧结碳化硅 (277) Reaction silicon carbide 反应烧结碳化硅（088） Sintered silicon carbide with controlled porosity 微孔碳化硅 （584）
机械密封基础知识
机械密封基础知识
机械密封端面组合： 机械密封端面组合： 考虑到介质复杂情况，环保要求，自动监控， 考虑到介质复杂情况，环保要求，自动监控，安全性等要 机械密封组合成不同形式用以满足上述要求： 求，机械密封组合成不同形式用以满足上述要求： 机械密封端面组合形式： 机械密封端面组合形式： 单端面机械密封组合形式 双端面机械密封组合形式 背对背式 面对面式 串联式 多端面机械密封组合形式 辅助密封： 辅助密封： 喉部节流密封； 喉部节流密封； 二次节流密封； 二次节流密封；
Pressure Gauge Pressure Switch External Pressure Source One-way Block Valve (Normally Open) Level Gauge
Points to Note for API Plan 53: Typically used with an arrangement 3 pressurised dual seal. During normal operation, circulation is maintained by an internal pumping ring. The reservoir pressure is greater than the process pressure being sealed.
Points to Note for API Plan 52: Typically used with an arrangement 2 unpressurised dual seal. During normal operation, circulation is maintained by an internal pumping ring. The reservoir is usually continuously vented to a vapour recovery system and is maintained at a pressure less than the pressure in the seal chamber.
机械密封结构
机械密封结构
从结构比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较 容易，因而使用很普遍。双端面因要通入带液体（封液）至 密封腔内起“封堵”和润滑作用，就需另设一套装置。单端 面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮 颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度 低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许 内漏的情况。
机械密封结构
机械密封结构
机械密封结构
机械密封结构
第二节 密封特性与端面液膜承载能力
一、密封特性
1.轴承润滑理论
（1）两平行平板
贴近移动板的油层速度 贴近静止板的油层速度 各油层以不同速度 移动
FX
v
u
y
移动件
O
静止件
Y
油层间剪应力 与速度梯度油层
成正比
此式也称为牛顿粘性液摩擦定律 式中，A——移动板的面积 η——比例常数，即液体的粘度。
内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大 的弹簧力即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较 小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大， 因而增加了密封的可靠性。
一般情况下内装式的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装 式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能采用内装式 结构。
机械密封结构
4、单端面、双端面和多端面
按摩擦面对数分为单端面、 双端面和多端面。
单端面：指在密封机构中仅 有一对摩擦副。
双端面：指在密封机构中有 两对摩擦副，且两对摩擦副 处于相同封液压力下（图35）。
密封机构中有两对以上的摩 擦副且密封腔的压力逐渐降 低，根据摩擦副的对数分别 称为双端面、三端面和多端 面。
机械密封结构
经典：密封基础知识(基本结构)
too thin - wear, causing early seal failure too thick - visible leakage
Must be:
present - beware dry running谨防干运转
不像一个机械密封而 更像一个限制装置,需 要泄漏否则将会灼伤.
会磨损轴或轴套
高功耗用来克服磨擦
产品损失
需要大量的水
安装,维修和盘根调整 需要停车时间
泄漏导致设备破坏和
不可见泄漏、机械密封 和盘根之间的泄漏率在1 到100或者更好
证明机械密封的寿命可 达8到10年毫无故障
无产品损失,节省水和能 量可以节省成本
Secondary Seal
Tertiary Seal
Primary Seal 9
Complete Seal一个完整密
封的例子
Primary Ring补偿环
Snap Ring卡环
Anti-X Ring 挡环 O-Ring O型圈
Disk推环 Springs弹簧
Retainer传动套 Set Screw定位螺丝
Basic Mechanical Seals 密封基础知识
JC Tianjin Training
1
What is a mechanical seal?
什么是机械密封？
two flat sliding surfaces, which maintain a close running clearance while separated by a fluid film
3. A secondary sealing element 二次密封
机械密封简介结构_图文
基本结构:
端面密封磨擦副 缓冲补偿和压紧机构 辅助密封(二级密封挠性元件) 传动机构
基本密封点:
端面主密封点 静环与端盖辅助密封点 动环与轴套辅助密封点 端盖与腔体连接密封点 轴套与轴辅助密封点
此外为了保证和提高机械密封的密封效果延长使用寿命,采取不同端面的组合，增加如 冲洗,节流冷却,阻封和杂质过滤等辅助系统.
动环(补偿环) 卡环
支撑环
O形圈 推环
弹簧
传动套 顶丝
O形圈 静环
轴
旋转部分
静止部分
辅助密封
动、静环和弹簧
动、静环端面形成3~5微米厚的液膜：
分开两个密封面 润滑密封面 减小摩擦—防止产生大量的热 防止泄漏
机械密封简介结构_图文.ppt
第一部分 机械密封技术概述
石油化工行业 食品行业 造纸行业 发电厂
化学工业
在离心泵上的典型应用
在搅拌釜上的典型应用
1）顶部密封
驱动电机
轴承
密封
2）底部密封
3）侧面密封
密封 轴承 驱动电机
密封 轴承
4）水平密封
驱动电机
轴承 密封
密封 轴承
在旋转轴和静止的腔体之间 充满液体或气体封的作用正是为了阻止 这些物质泄漏到大气中去
优点: ☆ 价格便宜 ☆ 可选的型式较多 ☆ 维修简单 ☆ 安装简易
缺点: ☆ 泄漏量大 ☆ 冲洗液影响介质 ☆ 在轴上旋转的时候
引起磨损、能量损耗
外界
端盖
轴 介质
机械密封技术概述
静环 补偿环
辅助密封
密封腔
2 密封基础知识(基本结构)
Basic Mechanical Seals 密封基础知识JC Tianjin Training© 2001 John Crane EAA1 1What is a mechanical seal?什么是机械密封？ two flat sliding surfaces, which maintain a close running clearance while separated by a fluid film两个平滑表面中间有干净液膜隔离，保持贴合运转rotating seal unitstationary seal unit2 2Desired Features of a Seal 机械密封必须有的特征Small axial clearance 小的轴向间隙 Self adjusting 自调节Shaft Movement 轴的运动Long-life 很长的寿命 Easy maintenance 容易检修 Low cost 低成本Basic Mechanical Seal基础机械密封1Loose ring set screwed to the shaft4 4Basic Mechanical Seal基础机械密封2Wear here will create leakageO-ring prevents leakage through the bore5 5Basic Mechanical Seal基础机械密封Heat generated here 此处生热 Leak path3Large component 大零件Spring ensures automatic adjustment 弹簧确保自动调整6 6Basic Mechanical Seal基础机械密封Recirculation for cooling4Gasket or O-ring 垫片或者O型圈Secondary Seal Tertiary Seal Primary Seal 三次密封 二次密封 主密封7 7Basic Mechanical Seal基础机械密封Spring or Spring Force5Seat or Mating RingFace or Primary Ring8 8Basic Mechanical Seal基础机械密封SPRING OR SPRING FORCE Recirculation for cooling Gasket or O-ring SEATSecondary Seal Primary SealTertiary Seal9 9An Example of a Complete Seal一个完整密封的例子Primary Ring补偿环 Snap Ring卡环 Anti-X Ring 挡环 O-Ring O型圈 Disk推环 Springs弹簧 Retainer传动套 Set Screw定位螺丝 Mating Ring 配合环 O-Ring O型圈Shaft轴Simply put, a mechanical seal is: 简单的说,机械密封就是:1. A wearable, stationary, primary sealing element 一个耐磨,静止的密封件 2. A wearable, rotating, primary sealing element 一个耐磨,旋转的密封件 3. A secondary sealing element 二次密封 4. A mechanical loading device to press primary sealing elements 1 and 2 against one another, and 使件1和件2相互贴合的机械装置 5. Auxiliary components to complete seal 辅助密封Gland Packing v. Mechanical Seals 盘根和机械密封不像一个机械密封而更像 一个限制装置,需要泄漏否 则将会灼伤. 会磨损轴或轴套 高功耗用来克服磨擦 产品损失 需要大量的水 安装,维修和盘根调整需要 停车时间 泄漏导致设备破坏和摧毁 不可见泄漏、机械密封和盘 根之间的泄漏率在1到100或 者更好 证明机械密封的寿命可达8 到10年毫无故障 无产品损失,节省水和能量可 以节省成本 安装后维修很少 密封有潜在危害的物质时机 械密封可以提供更好的安全 性12 12Primary Seal 主密封a thin film of liquid forms the primary (dynamic) seal between the rotating and stationary elements FILM REACTIONSPRING FORCE FLUID PRESSUREfluid film (3 - 5 microns)13 13Primary Seal – Film Thickness 主密封——膜厚度Faces lapped flat to within 1 - 3 light bands.14 14Primary Seal – Film Thickness 主密封——膜厚度Fluid film thickness is very importanttoo thin - wear, causing early seal failure too thick - visible leakageMust be:present - beware dry running stable clean - beware abrasive wear symptoms reasonable viscosity temperature controlled acceptable pressure15 15Primary Seal – Face Flatness 主密封——平面If faces not flat, contact generates heat Excessive wear - short life 如果密封面不平，接触摩擦生热，密封磨损快、寿命短 1 light band = 0.0000116 inch or 0.0003 mm16 16The Sealing Interface 密封面Lubrication Purpose: 润滑目的Separate surfaces 分离两个面 Prevent contact of high surface points 防止摩擦面高点接触 Reduce friction/heat generation 减少摩擦/生热Magnified Surface A 放大面Separation 分离面Lubricant 润滑剂Heat 热量Magnified Surface B 放大面Process Fluid Acts as Lubricant Between Faces 流体在两个面之间充当润滑剂的过程Pump Housing 泵腔 Process Fluid 工艺流体 Gland 密封端盖Primary Ring 补偿环Mating Ring 配合环Invisible Leakage: 不可见泄漏 Fluid Evaporates Upon Reaching Atmosphere 微量的泄漏在大气侧蒸发Without Lubrication, Faces Run Dry And Overheat 没有润滑干运转导致过热Pump Housing 泵腔 No Fluid Or Dry Running 没有流体或者干运转 Gland 密封端盖Primary Ring 补偿环Mating Ring 配合环常用动环材料Face (Primary Ring) Materials 动环材料Carbon-graphite 碳石墨类 resin impregnated 树脂浸渍 （171） antimony impregnated 金属锑浸渍 （218） Carbon converted to Silicon Carbide 硅化石墨（121） CVR 化学汽相反应硅化石墨 CVD 化学汽相沉积硅化石墨 Solid Silicon Carbide 碳化硅 Sintered silicon carbide 无压烧结碳化硅 (277) Reaction silicon carbide 反应烧结碳化硅（088） Sintered silicon carbide with controlled porosity 微孔碳 化硅 （584） Tungsten Carbide 碳化钨 Cobalt bonded 钴基碳化钨（025） 20 Nickel bonded 镍基碳化钨（005） 20常用静环材料Seat (Mating Ring-Narrow) Materials 静环材料Ceramic 陶瓷 99.7% Aluminium Oxide 氧化铝 (059) Solid Silicon Carbide 碳化硅 Sintered silicon carbide 无压烧结碳化硅 (277) Reaction silicon carbide 反应烧结碳化硅（088） Sintered silicon carbide with controlled porosity 微 孔碳化硅 （584） Tungsten Carbide 碳化钨 Cobalt bonded 钴基碳化钨（025） Nickel bonded 镍基碳化钨（005）21 21Secondary Seal 二次密封Three basic forms 三种基本形式o-rings o型圈 Wedges 楔形环 Bellows 波纹管 Elastomer 橡胶的 Metal 金属的Formed 成型的 edge welded 焊接的Two groupsPusher推进式sliding o-rings wedges Non-pusher非推进式bellowsPTFE22 22Secondary Sealing Elements 二次密封Elastomeric Bellows 橡胶波纹管 Half Convolution 半波 Teflon Bellows 聚四氟乙烯 波纹管 Welded Metal Bellows 焊接金属波纹管V Rings V型圈U Cup 杯型Wedge 楔形Encapsulated O Ring 包覆 O型圈O Ring O型圈Pusher vs. Non-Pusher 推进式/非推进式Pusher 推进式 vs. Non-Pusher 非推进式O-ring secondary seal must slide along shaft as seal face wears O型圈二次密封在密封面磨 损的时候必须能够沿轴滑动Bellows secondary seal expands to accommodate face wear. Bellows tail is stationary against shaft. 波纹管伸长能够补偿密封面磨 损,波纹管尾部与轴保持静止Secondary Seal: Pusher 二次密封：推进式As the face moves forward to take up wear, the o-ring moves forward with the face, pushed by the hydraulic and spring pressures25 25Secondary Seal: Pusher 二次密封：推进式Advantages 优点sudden failure very unlikely 几乎不会突发意外事故 higher pressure capability - face not stressed wide choice of materials for all components 所有成分的材料选择广泛 field repairableDisadvantages 缺点hang-up (not likely where o-ring is well isolated) 挂起 permanent set / pressure problems (cause hang-up) excellent shaft surface finish required maximum temperature ~ +260°C 最高温度+260°C26 26Pusher Seal: Hang-up 推进式密封：挂起An external quench will prevent hang-upProduct leakage solidifies / crystallises / polymerises Prevents o-ring pushing forward - leakage increases27 27Secondary Seal: O-Ring 二次密封：O型圈Type 8B128 28Secondary Seal: Wedge 二次密封：楔形环29 29Secondary Seal: Non-Pusher 二次密封：非推进式Bellows flexes to take up wear, misalignment and axial play Fine machined shaft surface required Do not use a ‘good’ lubricant - never use silicon grease30 30Secondary Seal: Bellows 二次密封：波纹管No contact here 此处不发生接触Elastomer Bellows grips shaft tightly31 31Secondary Seal: Metal Bellows 二次密封：金属波纹管static o-ring 静止o型圈32 32Secondary Seal: PTFE Bellows 二次密封：PTFE波纹管Type 10TType 10R33 33Tertiary Seal 三次密封Tertiary Seal 三次密封Prevents leakage round mating ringSometimes also prevents mating ring rotation35 35Tertiary Seal 三次密封Four basic types 四种基本的形式O-rings O型圈 Elastomers 橡胶 Seat Rings (square or rectangular section) PTFE graphite Cup Rings elastomers Gaskets or Flat Joints PTFE compressed fibre36 36Tertiary Seal: O-ring 三次密封：O型环Tertiary Seal: O-ring 三次密封：O型环Tertiary Seal: O-ring 三次密封：O型环Tertiary Seal: Seat Ring 三次密封：静环40 40Tertiary Seal: Cup Rubber 三次密封：Spring Design Features 弹簧设计特点Springs 弹簧 Provide The Initial Closing Force 提供初始闭合力 Are Very Important At Low Pressures 低压下很重要 Are Not So Important At High Pressures 高压下不重要Design Features 设计特点Springs 弹簧 Single 单弹簧 Multiple 多弹簧 Bellows 波纹管 Wave 波形Design Features 设计特点Springs 弹簧 High Speed Seals Use Stationary Springs (5000 ft/min Typical Break Point) 高速机械密封使用静止弹簧 (5000ft/min 典型的分界点)Design Features 设计特点Springs 弹簧Corrosion 腐蚀 Clogging 堵塞 Uniformity Of Load 负荷一致 Inventory 库存Types of Drive Mechanisms 驱动机械的类型Drive Mechanism 驱动机械Must Transmit Torque 必须能够传递转距 Must Allow Axial Movement (Primary Ring) 必须能够使动环轴向运动Types of Drive Mechanisms 驱动机械的类型Dent Drive 凹轮驱动 Key Drive 键驱动 Set Screw Drive 定位螺丝驱动Pin Drive 销驱动Snap Ring Drive 卡环驱动Slot and Ear 缝和支耳Elastomer Drive 橡胶驱动Spring Drive 弹簧驱动Design FeaturesBalance RatioBalance ratio is used to control the face load. Closing Force Opening ForceDesign FeaturesBalance RatioBalance ratio is the ratio of the closing area to the opening area. A cAoClosing Area Balance Ratio = Opening AreaDesign FeaturesBalance RatioAn Unbalanced SealAcFcA o。
机械密封基础知识
（三）密封机理 1、4个密封点（亦称4个泄漏点，如图1-1）
泄漏点1—摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持贴和（动密封点, 两个摩擦副之间有相对转动）
泄漏点2—补偿环密封圈，静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动;
泄漏点3—非补偿环封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止 ;
2020/7/17
七、石化行业典型泵的密封
（一）石化行业高温泵（热油泵）密封分析 （二）轻烃泵密封分析 （三）低温泵密封分析 （四）高速机械密封
2020/7/17
八、机械密封的安装和使用
（一）安装机封的泵的技术要求 （二）安装密封前要了解泵及介质情况 （三）机械密封的安装 （四）泵的抽空和汽蚀
2020/7/17
2020/7/17
十、补充内容
（一）机械密封标准介绍 （二）机械密封辅助系统 （三）机械密封的安装 （四）磁力密封介绍 （五）高压机械密封研制
2020/7/17
一、机械密封原理
（一）定义与组成（图1-1）
组成:
1.密封端面： 动环、静环─摩擦副
2.缓冲补偿机构：
由弹性元件(圆柱弹簧 、圆锥弹簧、波片弹簧 、波纹管等)构成。— 使贴合; 3.辅助密封圈： 包括动环密封圈、静环 密封圈等，有各种形式 ：如O型圈、V型圈、楔 形圈等
❖两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低, ❖用于高压场合。
2020/7/17
（十四）波纹管机械密封
❖去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处, 补偿环追随性提高.
❖避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。 ❖金属波纹管用于高温介质 ❖聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。
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机械密封基础知识-三机械密封的计算精选全文
2024/9/28
4
（三）液膜反力的计算
Fm =λP介 S
（液膜比压Pm=λP介）
λ：膜压系数≈0.5（中粘度），=0.65～0.75（低粘度），
=0.3～0.4（高粘度）。
它是一个平均值，表示液膜压力占介质压力的比例，
并不表示压力的分布情况。该公式为端面比压的计算
提供了方便。
S：端面面积S=π（d22－d12）/4
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各种组对在非平衡型机械密封中的许用［PV］值
SiC/ SiC/ 石墨 SiC
WC/ WC/ WC/
WC/ Al2O3/ Cr2O3喷涂/ Stellite/
石墨 WC 填充PTFE 青铜 石墨
石墨
石墨
180
14.5
7~1 5
4.4
5
2 3~7.5 15
3~9
2024/9/28
三、机械密封的计算
（一）补偿环的受力状况
要进行端面比压计算，首先要分析补偿环的受力情况。 如图，补偿环受到的力有：
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1
向左的：弹簧力Ft、介质压力所产生的作用力Fp 向右的：液膜反力Fm、静环作用的端面支承力F； 摩擦力R，很小可以忽略； 以上四力平衡，有F=Ft＋Fp－Fm 端面比压P=F/S （S为端面面积） 上面各项力的计算方法在后面章节再加以叙述。
（4）端面缝隙情况：渐开形，λ减小；渐收形，λ增大
（5）其他因素：转速高，对于内流式λ减小，对于外流式λ
增大。此外端面比压、密封面温度、粗糙度等都有一定影响。
2024/9/28
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（六）弹簧比压的计算
Pt =F弹/S F弹可计算得出，但一般有误差±10%，这是由于制造厂、 制造工艺、原材料的化学成分、热处理工艺等存在差异的 缘故。 一般Pt =0.15~0.2Mpa(内装)，0.3~0.6Mpa(外装)，反应釜中， 转速低，轴摆动大，取大值。
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SPRING FORCE
FLUID PRESSURE
fluid film (3 - 5 microns)
13
Primary Seal – Film Thickness
主密封——膜厚度
Faces lapped flat to within 1 - 3 light bands. 14
不像一个机械密封而 更像一个限制装置,需 要泄漏否则将会灼伤.
会磨损轴或轴套
高功耗用来克服磨擦
产品损失
需要大量的水
安装,维修和盘根调整 需要停车时间
泄漏导致设备破坏和
不可见泄漏、机械密封 和盘根之间的泄漏率在1 到100或者更好
证明机械密封的寿命可 达8到10年毫无故障
Basic Mechanical Seal
基础机械密封 1
Loose ring set screwed to the shaft
把一个有间隙的环用顶丝固定在轴上
4
Basic Mechanical Seal
基础机械密封
2
Wear here will create leakage 这里的磨损将导致泄漏
无产品损失,节省水和能 量可以节省成本
安装后维修很少
密封有潜在危害的物质 时机械密封可以提供更 12 好的安全性
FILM REACTION
Primary Seal 主密封
a thin film of liquid forms the primary (dynamic) seal between the rotating and
Basic Mechanical Sining
1
What is a mechanical seal?
什么是机械密封？
two flat sliding surfaces, which maintain a close running clearance while separated by a fluid film
Secondary Seal
Tertiary Seal
Primary Seal 9
Complete Seal一个完整密
封的例子
Primary Ring补偿环
Snap Ring卡环
Anti-X Ring 挡环 O-Ring O型圈
Disk推环 Springs弹簧
Retainer传动套 Set Screw定位螺丝
两个光滑平面之间维持着一个由流体膜隔开的微小间隙
rotating seal unit stationary seal unit
2
Seal
机械密封必须有的特征
Small axial clearance 小的轴向间隙 Self adjusting 自调节
Shaft Movement 轴的运动
Long-life 很长的寿命 Easy maintenance 容易检修 Low cost 低成本
基础机械密封
Sea5l
Spring or Spring Force
Seat or Mating Ring
Face or Primary Ring
8
Basic Mechanical Seal
基础机械密封
SPRING OR SPRING FORCE
Recirculation for cooling
Gasket or O-ring SEAT
acceptable pressure允许的压力
15
Primary Seal – Face Flatness
主密封——平面
If faces not flat, contact generates heat Excessive wear - short life
1 light band = 0.0000116 inch or 0.0003 mm
3. A secondary sealing element 二次密封
4. A mechanical loading device to press primary sealing elements 1 and 2 against one another, and 使件1和件2相互贴合的机械装置
Gland Packing v. Mechanical Seals 盘根和机械密封
Primary Seal – Film Thickness
Flui主d fi密lm 封thic—kne—ss膜is 厚ver度y important
too thin - wear, causing early seal failure too thick - visible leakage
Must be:
present - beware dry running谨防干运转
Stable稳定
谨防磨损征兆
clean - beware abrasive wear symptoms
reasonable viscosity合理的黏度
temperature controlled受控的温度
O-ring prevents leakage through the bore
5
Basic Mechanical Seal
基础机械密封 3
Leak path Heat generated here 此处生热
Large component 大零件
Spring ensures automatic adjustment
弹簧确保自动调整
6
Basic Mechanical
基础机械密封
Seal4
Recirculation for cooling
Gasket or O-ring 垫片或者O型圈
Secondary Seal
Tertiary Seal
二次密封
Primary Seal 三次密封
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主密封
Basic Mechanical
O-Ring O型圈
Mating Ring 配合环
Shaft轴
seal is: 简单的说,机械密封就是:
1. A wearable, stationary, primary sealing element 一个耐磨,静止的密封件
2. A wearable, rotating, primary sealing element 一个耐磨,旋转的密封件