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机械密封常识（三）：机械密封的基本型式及选型简介

机械密封的基本型式及选型简介

机械密封的基本形式有：
接触式和非接触式密封
接触式机械密封是指密封面微凸体接触的机械密封，密封面间隙h=0.1～1µ;m普通的机械密封均属接触式机械密封。非接触式机械密封实质是指密封面微凸体不接触的机械密封，密封面间隙对于流体动压密封h>2µ;m，对于流体静压密封h>5µ;m。接触式机械密封的摩擦状态是混合摩擦，也有边界和干摩擦；非接触式机械密封的摩擦状态则是流体润滑，也有弹性流体动力润滑。普通的接触式机械密封泄漏量小、结构简单，广泛使用。非接触式机械密封泄漏量大、结构复杂，大多用在高参数条件下使用或作多级密封的前置密封。
内装式和外装式机械密封

静环在压盖内侧的机械密封称为内装式机械密封；静环在压盖外侧的机械密封称为外装式机械密封。
内装式机械密封的弹簧和动环在密封箱内与介质接触，可利用箱内介质压力来密封，其优点是：受力状态好、泄漏量小，冷却与润滑条件好，使用范围广。外装式机械密封的弹簧和动环在密封箱外不与介质接触，使用于强腐蚀、高粘度、易结晶介质。因泄漏方向与离心力方向相同，泄漏量大，其使用工作压力低。
非平衡式和平衡式机械密封

面积比B≥1的机械密封称之为非平衡式机械密封(图b)；面积比B <1的机械密封称之为平衡式机械密封（图a)。密封流体作用面积大于密封面面积的非平衡式机械密封，其密封端面上的作用力随密封流体压力升高而增大，因此只适用于低压；而在平衡式机械密封中，其密封端面上的作用力随密封流体压力变化较小，因此它适用于高压。
内流式和外流式机械密封

密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相反的机械密封称之为内流式机械密封；密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相同的机械密封称之为外流式机械密封。
由于内流式机械密封中离心力不仅能阻止泄漏流体，而且还可以防止固体颗粒进入密封面间，故其泄漏量要比外流式小些。通常内流式机械密封适用与高压，而外流式机械密封的最高压力为1～2MPa。
④弹簧旋转式和弹簧静止式机械密封

弹簧元件随轴旋转的机械密封称之为弹簧旋转式机械密封；弹簧元件不随轴旋转的机械密封称之为弹簧旋转式机械密封。
由于弹簧旋转式机械密封的弹簧转动件受离心力的影响，所以不适用于高速密封，但由于结构简单、径向尺寸小，常用于一般的机械密封。由于弹簧静止式机械密封的弹簧不受离心力的影响，常用于高速机械密封。
单弹簧式和多弹簧式机械密封
只有一个集中大弹簧的机械密封称之为单弹簧式机械密封；具有多个点布小弹簧的单弹簧式称之为多弹簧式机械密封。单弹簧式机械密封的端面受力不均匀，而且高速下离心力使弹簧偏移或变形，弹簧力不易调节，轴向尺寸大，因此它多用于小直径（轴径尺寸为d=80mm～150mm）低速密封；多弹簧点布机械密封的端面受力均匀，受离心力影响较小，弹簧力可通过改变弹簧个数来调节，因此它适用于大直径、高速机械密封，但在腐蚀性介质和有颗粒介质的场合下，小弹簧结构会因易腐蚀和堵塞而失效。
单密封、双密封和多密封
只有一对端面摩擦副的密封为单密封；有两对端面摩擦副的密封为双密封；有两对端面摩擦副以上的密封为多密封。单密封结构简单，最常用。在单端面机械密封不能满足要求时，则采用、双密封或多密封。双密封有轴向双端面机械密封和径向双端面机械密封，径向双端面机械密封结构紧凑，轴向双端面机械密封有背靠背或面对面布置结构。
机械密封结构型式的选择是设计环节中的重要步骤，必须先进行调查：①工作参数—介质压力、温度、轴径和转速。②介质特性—浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维杂质，是否易汽化或结晶等。③主机工作特点与环境条件—连续或间歇操作；主机安装在室内或露天；周围气氛性质及气温变化等。④主机对密封的允许泄漏量、泄漏方向(内漏或外漏)要求；寿命及可靠性要求。⑤主机对密封结构尺寸的限制。⑥操作及生产工艺的稳定性。
    1.根据工作参数p、v、t选型
    这里p是指密封腔处的介质压力，根据p值的大小可以初步确定是否选择平衡式的结构以及平衡程度。对于介质粘度高、润滑性好的，p≤0.8MPa，或低粘度、润滑性较差的介质，p≤0.5MPa时，通常选用非平衡式结构。p值超过上述范围时，应考虑选用平衡式结构。当p＞15MPa时，一般单端面平衡式结构很难达到密封要求，此时可选用串联式多端面密封。
    υ是指密封面平均直径的圆周速度，根据υ值的大小确定弹性元件是否随轴旋转，即采用弹簧旋转式或弹簧静止式结构，一般υ＜20～30m/s的可采用弹簧旋转式，速度更高的条件下，由于旋转件的不平衡质量易引起强烈振动，最好采用弹簧静止式结构。若p和υ的值都高时，可考虑选用流体动压式结构。
    t是指密封腔内的介质温度，根据t的大小确定辅助密封圈的材质、密封面的冷却方法及其辅助系统。温度t在0～80℃范围内，辅助密封圈通常选用丁腈橡胶O形密封圈；-50℃≤t＜150℃，根据介质腐蚀性强弱，可选用氟橡胶、硅橡胶或聚四氟乙烯成型填料密封圈：温度＜-50或t≥150℃时，橡胶和聚四氟乙烯会产生低温脆裂或高温老化，此时可采用金属波纹管结构。介质浊度高于80℃时，在密封领域中通常就要按高温来考虑，此时必须采取相应的冷却措施。
2.根据介质特性选型
    腐蚀性较弱的介质，通常选用内置式机械密封，其端面受力状态和介质泄漏方向都比外置式合理。对于强腐蚀性介质，由于弹簧选材较困难，可选用外置式或聚四氟乙烯波纹管式机械密封，但一般只适用p≤0.2～0.3MPa的范围内。
    易结晶、易凝固和高粘度的介质，应采用大弹簧旋转式结构。因为小弹簧容易被固体物堵塞，高粘度介质会使小弹簧轴向补偿移动受阻。
    易燃、易爆、有毒介质，为了保证介质不外漏，应该采用有封液(隔离液)的双端面结构或集装式机械密封。
按上述工作参数和介质特性选定的结构往往只是一个初步方案，最终确定还必须考虑主机的特征和对密封的某些特殊要求。例如，火箭发动机的密封寿命只需几分钟，但要求短时间内绝对不漏。舰船上的主机有时为了获得更有效的空间，对密封的尺寸和安装位置往往提出十分苛刻的要求，又如潜艇上的排水泵，在潜艇沉浮过程中，压力变化幅度很大等。在这些情况下，就不能按常规选择标准结构，而必须对具体工况作特殊设计，同时采取必要的辅助措施。

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