机械密封的基本元件

一、对机械密封的密封环有哪些要求

密封环是动环和静环的总称(下同)，是构成机械密封最主要的元件。密封环在很大程度上决定了机械密封的使用性能和寿命，因此，对它提出了一些要求：

1）有足够的强度和刚度。在工作条件下(如压力、温度和滑动速度等)不损坏，变形应尽量小，工作条件波动时仍能保持密封性。

2）密封端面应有足够的硬度和耐腐蚀性，以保证工作条件下有满意的使用寿命。

3）密封环应有良好的耐热冲击能力。为此，要求材料有较高的导热系数和较小的线膨胀系数，承受热冲击时不至于开裂。

4）密封环匹配应有较小的摩擦系数和良好的自润滑性，密封环材料与密封流体还要有很好的浸润性。工作中如发生短时间的干摩擦，不损伤密封端面。

5）密封环应力求简单、对称并优先考虑用整体型结构。也可采用组合式(如镶装式)密封环，尽量避免用密封端面喷涂式结构。

6）密封环要容易加工制造，安装和维修要方便，价格也要低廉。

二、摩擦副匹配要考虑哪些因素

摩擦副一般都选择一软一硬的配对。目前软环多选用碳石墨(以下简称石墨)，硬环的材质种类很多。只有在特殊情况下，如介质中含有固体颗粒、有结晶析出或高粘度流体中才选用硬对硬的配对。当选用一软一硬的配对时硬环端面的宽度比软环宽，在硬对硬的材质中可不受此限制

为减少泄漏量和机械杂质进入密封端面的可能性，尽量采用内装内流式密封结构

选择导热性良好的材料做动环，以散出较多的热量，降低密封端面的温度

为保证密封环的整体强度和刚度，环的壁厚不可太薄。对于导热性良好的材料，增加环厚有利散热，对于导热性欠佳的材料厚度可小些。对于所受压力较高的密封环，要从力学角度、另行设计，必要时采取加固措施。环的形状要轴对称，以减少其不对称的机械变形和热变形。

动环做补偿环时，例如国产104和B104型密封，动环和轴(轴套)的(直径)间隙为0.40~0.60mm，以防止动环在工作中卡住而失去补偿能力，静环内径要比轴(轴套)大1~2mm，避免两者摩擦。

密封端面的宽度是个重要参数，要综合考虑。

三、密封端面的宽度要考虑哪些因素

密封端面的宽度一般是首先决定软面的宽度，硬面宽度自不待说。泄漏量与端面宽度关系不大。但是，从产生的摩擦热量来说窄一些较好，产生的热量较少，温度梯度小，热变形也小，磨损较均匀;从受力角度考虑过窄不利，破坏和变形的可能性增加了。同时，密封端面的直径又是载荷系数的函数。因此，密封端面的宽度应综合考虑。一般地讲，对普通介质密封端面随直径的增大而加宽。

对于轻烃类介质，端面宽度比在普通介质中宽一些:而高速机械密封，端面宽度相对地窄一些，否则发热量太大，不能正常运转，一般在3mrm左右。

四、对密封环有哪些主要的技术要

1）密封端面的平面度不大于0.0009mm（即三个单色光干涉带)，硬质材料密封端面粗糙度Ra值不大于0.2μm(相当于▽10);软质材料密封端面粗糙度Ra值不大于0.4μm。(相当于▽9);表面不应有裂纹、划伤、气孔和疏松等影响使用性能的缺陷。

2)密封环的密封端面与辅助密封圈接触的端面平行度按GB1184-80的7级精度规定。

3)密封环端面与安装辅助密封圈的内(或外)圆表面的垂直度应按GB1184-80的7级精度的规定。

4)密封环与辅助密封圈接触部位的表面粗糙度Ra值不大于3.2μm;外圆或内孔尺寸公差为hg或Hg。

上述要求是对普通泵用机械密封的密封环而言，对转速较低的釜用机械密封可适当放宽或参考相应的标准，而对高速机械密封则要求更高。

五、密封端面的平面度怎样检测

平面度(也称平直度)是密封环很重要的一个质量指标，要求在0.0009mm以内，这样的数量级用普通的量具是无法测量的。既准确又迅速的方法是用光干涉法。它需要一个光学平晶和单色光源，一般用钠光灯。检测时，将平晶放到被检的密封端面上，斜上方用钠光灯照射（图15）检查干涉条纹的数量。

钠光的波长为0.6μm每个干涉条纹为半个波长，即一条干涉条纹为0.3μm，由干涉条纹的数量即可确定密封端面的平面度

六、怎样确定干涉条纹的数量

密封端面的平面度不同，条纹的种类也不同。图16表示了几种平面度合格的图像，至于不合格的图像各式各样未予绘出。

图16a是平直的条纹，表明密封端面的平面度接近光学平晶的平面度，显然这种平面度最高，图16b是弯曲的条纹，干涉条纹数在一条以内，即小于0.3μm；图16c也是弯曲的条纹，干涉条纹数为二条，平面度在0.6μm以内，图16d是同心圆状的干涉条纹，如果是从平板研磨后取下来检验平面度，这说明端面的内缘高，外缘较低，同心圆数量越多，其内外缘高低差别越大。对压力不高的密封不能超过3个同心圆(按平面度0.0009mm控制)，否则密封端面泄漏量过大。在压力较高的平衡型密封中，可能将密封端面推开，因此，如出现同心圆状的条纹，不要超过2个。

平面度检验时务必经抛光后才能进行，否则，表面光洁度不够，条纹照射不出来，尤其对石墨环更是这样。此外，平晶和密封环端面要擦干净，不得有水分和灰尘，平晶要精心保管，避免将面擦伤。为了保证检验的精度，还应对平晶定期校验

七、为什么对密封端面的粗糙度要求很高

密封端面越光洁，承载能力越大，尤其是端面比压大的密封更显得重要。密封端面粗糙度不同，承载面积差别很大。有人只将密封端面研磨后就安装使用，由表1可知，此时只有40%的承载面积，显然端面比压增加1.5倍。假如端面比压为0.4MPa，实际上将达到1.0MPa。对碳化钨环和石墨配对的摩擦副，由于硬度和弹性的不同就有可能在碳化钨环表面的高点处，因局部压力过大而发热甚至裂纹，石墨环表面将磨出细微的环状沟纹。泵的振动和动静环的不同心，会加剧这种磨损。被磨损掉的石墨存在于密封端面之间，形成了磨粒磨损，使磨损变得更加剧烈，泄漏出来的介质含有石墨的颗粒而呈现黑色。很多密封安装后，开泵出现这种现象，其原因在于密封端面不光洁或不平。

八、动环有几种?各有何特点

动环可分为非补偿型和补偿型两种。在静止型机械密封中，采用非补偿型动环，这种动环紧固在轴上(图17)，有的用轴套压紧在轴上(图3)，显然，这类动环不能浮动。

补偿型动环广泛地应用于旋转型机械密封中。密封端面磨损后，动环在弹性力作用下，自动补偿，动环和轴套的密封方式靠辅助密封圈实现。目前，动环在结构上的差异很大，根据动环和轴套的密封方法可归纳为三大类，辅助密封圈轴向安装的动环、辅助密封圈径向安装的动环和带波纹管的动环。

辅助密封圈轴向安装的动环(图18)，靠弹簧力压紧密封圈来实现密封。弹簧力可视为不变化，密封可靠、使用寿命长、安装较方便，从而得到广泛应用

辅助密封圈径向安装的动环（图19），靠密封圈的过盈和弹性实现密封，其材料大多用聚四氟乙烯和合成橡胶。

随着使用时间的延长，这两种材料分别出现冷流变形和老化而丧失弹性。有文献记载，这种结构的密封，有40%的失效发生在辅助密封圈部位。

第三种动环是指波纹管型密封，将动环和波纹管制成一个整体（图8），故不需要动环密封圈。