机械密封的组成、材料、运行与维护

  机械密封件属于精密、结构较为复杂的机械基础元件之一，是各种泵类、反应合成釜、透平压缩机、潜水电机等设备的核心部件。其密封性能和常规使用的寿命取决于许多因素，如选型、机器的精度、正确的安装使用等。

  机械密封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。

  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钉

  （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。

  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，应清理洗涤干净后再进行拆卸。

  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，不应重新上紧接着使用。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。

  a、全方面检查机械密封，以及附属装置和管线安装是否齐全，是不是满足技术要求。

  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，检查是不是轻快均匀。如盘车吃力或不动时，则应检查装配尺寸是不是错误，安装是否合理。

  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。

  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。

  d、密封情况要常常检验核查。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。

  密封”在我国的发展源远流长，古人曾经用棉、麻等纤维来做提水机械的密封件，而国外到1782年才使用填料。密封的重要性，在这里就不多说了，如今国外已然浮现研究密封规律、密封装置设计技术和应用科学原理的学科——“密封学”，科研院校也有专门研究密封学的专业课程，而在我国，迄今为止，据我所知，大学里有流体力学和液压传动等课程，但还没有一个专门研究密封的“密封系”，所以我们的研究水平与国外相比，还是有所差距的。

  密封所设计的专业领域非常多，除了材料和机械方面，还有力学（包括流体力学、边界层理论等等）、摩擦学、自动控制等等。所以对密封来讲，研究难度也是相对较大的。国内密封行业的水平，个人觉得与国外相比差距应该不少于50年。

  想学习密封，就一定要先了解泄漏，泄漏的原理了解了，那相对应密封的机理也就有了。泄漏无外乎有三种——

  三是扩散，是指在浓度差的作用下，密封介质通过间隙或材料的毛细管发生的物质传递。

  垫片密封、填料密封、机械密封、非接触型密封以及注剂式带压堵漏是常见的密封形式。其中填料密封应该算是最常见的，它还包括软填料密封、硬填料密封和成型填料密封。成型填料密封包括我们常见的O形圈、Y形圈、油封等等。非接触型密封包括间隙密封、迷宫密封、浮动密封、动力密封、磁流体密封和全封闭式密封。

  使用阀门时，往往根据详细情况，更换原带垫圈。常有垫圈有：橡胶平垫圈、橡胶O形圈、塑料平垫圈、聚四氟乙烯包垫圈、石棉橡胶垫圈、金属平垫圈、金属异形垫圈、金属包皮垫圈、波形垫圈、缠绕垫圈等。

  (1) 橡胶平垫圈：变形容易，压紧时不费力，但耐压、耐温能力都较差，只用于压力低、温度不高的地方。天然橡胶有一定耐酸碱性能，使用温度不宜超过60℃；氯丁橡胶也能耐某些酸碱，使用温度80℃；丁腈橡胶耐油，可用至80℃；氟橡胶耐腐蚀和抗老化性能很好，耐温性能也比一般橡胶强，可在150℃介质中使用。

  (2) 橡胶O形垫圈：断面形状是正圆，有一定的自紧作用，密封效果比平垫圈好，压紧力更小。

  (3) 塑料平垫圈：塑料的最大特点是抵抗腐蚀能力好,大部分塑料耐温性能不好。聚四氟乙烯为塑料之冠，不但耐腐蚀和抗老化性能优异，而且耐温范围比较宽阔，可在-180℃～+200℃之内长期使用。

  (4) 聚四氟乙烯包垫圈：为了充分的发挥聚四氟乙烯的优点，同时弥补它弹性较差的缺点，做成聚四氟乙烯包裹橡胶或石棉橡胶的垫圈。这样，既同聚四氟乙烯平垫圈一样耐腐蚀，又有良好的弹性，增强密封效果，减小压紧力。其断面形状如图4-20所示。

  (5) 石棉橡胶垫圈：由石棉橡胶板剪成。它的组分是60～80%的石棉和10～20%的橡胶，以及填充剂、硫化剂等。它有很好的耐热性、耐冷性、化学稳定性，而且货源丰富，价格实惠公道。使用时，压紧力不必很大。由于它能粘附金属，所以最好表面涂一层石墨粉，以免拆卸时费劲。

  石棉橡胶板有四种颜色：灰色，用于低压(牌号XB-200，耐压≤16公斤/平方厘米，耐温200℃) ；红色，用于中压(牌号XB-350，耐压可达40公斤/平方厘米，耐温350℃) ；紫红色，用于高压(牌号XB-450，耐压100公斤/平方厘米耐温450℃) ；绿色，用于油类，耐压性能也很好。

  (6) 金属平热圈：铅，耐温100℃；铝430℃；铜315℃；低碳钢550℃；银650℃；镍810℃；蒙乃尔(镍铜)合金810℃，不锈钢870℃。其中铅耐压能力比较差，铝可耐64公斤/平方厘米，其他材料可耐高压。

  此外，还有方形、菱形、三角形、齿形、燕尾形、B形、C形等，一般只在高中压阀门中使用。

  (8) 金属包皮垫圈：金属既有良好的耐温耐压性能，又有良好的弹性。包皮材料有铝、铜、低碳钢、不锈钢、蒙乃尔合金等。里面填充材料有石棉、聚四氟乙烯、玻璃纤维等。

  (9) 波形垫圈：具有压紧力小，密封效果好的特点。常采用金属与非金属组合的形式。

  (10) 缠绕垫圈：是把很薄的金属带和非金属带紧贴在一起，缠绕成多层的圆形，断面呈波浪状，有很好的弹性和密封性。金属带可用08钢、0Cr13、1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9Ti、铜、铝、钛、蒙乃尔合金等制作。非金属带材料有石棉、聚四氟乙烯等。

  以上，讲述密封垫圈性能时，列举了一些数字。必须说明，这些数字跟法兰形式、介质情况和安装修理技术等有密切的关系，有时可以超过，有时达不到，而且耐压和耐温性能，也是互相转化的，例如温度高了，耐压能力往往降低，这些细微的问题，只能在实践中体会。

  以上介绍的密封垫圈还很不全面，况且密封技术正处于迅猛发展中。下面举例介绍几项新材料和新技术。

  (1) 液体密封：随着高分子有机合成工业的迅猛发展，出现了液态密封胶，使用于静密封；这项新技术，通常叫做液体密封。液体密封的原理，是利用液态密封胶的粘附性、流动性和单分子膜效应(越薄的膜自然回复倾向越大) ，在适当压力下，使它象垫圈一样地起作用。所以对使用着的密封胶，也叫做液体垫圈。

  (2) 聚四氟乙烯生料密封：聚四氟乙烯也是高分子有机物，它在烧结成制品之前，叫做生料，质地柔软，也有单分子膜效应。用生料做成的带叫生料带，可以卷成盘长期保存。使用时能自由成形，任意接头，只要一有压力，便形成一个均匀地起着密封作用的环形膜。作为阀门中阀体与阀盖间的垫圈，可在不取出阀瓣或闸板的情况下，撬开一缝隙，塞进生料带去就行了。压紧力小，不粘手，也不粘法兰面，更换十分方便。对于榫槽法兰最适宜。聚四氟乙烯生料，还可做成管形和棒状，作密封用。

  (3) 金属空心O形圈：弹性好，压紧力小，有自紧作用，可选用多种金属材料，从而在低温、高温和强腐蚀性介质中都能适应。

  (4) 石墨板密封圈：在人们印象中，石墨是脆性物质，缺乏弹性和韧性，但经过特殊处理的石墨，却是质地柔软，弹性良好。这样，石墨的耐热性能和化学稳定性，便可以在垫圈材料中得以显示；而且这种垫圈压紧力小，密封效果异常优越。这种石墨还能做成带，跟金属带配合，组成性能优异的缠绕垫圈。石墨板密封圈和石墨----金属缠绕垫圈的出现，是高温抗腐蚀密封的重大突破。这类垫圈，国外已经大量生产和使用。