高压机械密封的设计与应用

陈学锋

摘 要：伴着中国工业发展史的不断推进，机械制造业也得到了突飞猛进的发展，高压机械密封的设计与应用也成为机械制造业中一个重要的组成部分。早在工业革命初期，已经出现了高压机械的设计及应用，比如第一台蒸汽火车的诞生。高压容器的出现，不管是在工业生产还是人们日常生活中已经越来越重要了。随着人们对各类高压容器需求的不断加大，迫使各种类型的高压容器如雨后春笋不断的涌现。这在很大程度上也刺激了国民经济的快速可持续发展。

关键词：高压机械；密封设计；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.039

0 前言

密封结构作为各种类型高压容器的核心部件，其设计及应用的优劣直接对高压容器的性能起着非常大的作用。所以，要想是机械制造达到高质量、高水准。必须从高压容器的密封着手，研究其内部的结构形态，以及其材质的使用，争取做到高标准、严要求，这样对于高压机械的使用寿命以及使用性能都能起到理想的效果。如何提高高压机械的密封性能，高压机械密封的设计与应用已经受到众多机械设计制造专家日益重视，并成为机械研究制造工作中的重点。这一技术的广泛应用也将成为机械进行自动化以及文明生产非常重要的一个内容。本人结合多年从业经验，主要就高压机械密封的设计以及应用做了一点浅显的探索与思考。从高压机械密封的概况：高压机械密封的种类、主要类型：当前高压机械密封的情况，针对高压机械结构设计方面以及对影响高压机械密封设计的客观因素进行详细的研究与分析。并就高压机械密封设计过程中容易出现的问题做出了相应的解决方案，还对高压机械密封的应用情况进行了粗浅的分析。

1 机械密封的概述

机械密封就是对旋转机械通用的轴密封类型。机械密封主要应用在气体、液体等各类介质的密封，如反应釜、泵类等；同时也用于气体密封，如压缩机介质轴中的密封。机械密封由于其不易泄漏而且减少日常维护的优点，己逐渐取代了传统的压盖软填料密封的使用。

机械密封一般有两个垂直于回转轴轴线的密封平面，一个密封面构件安装在泵盖、端盖或泵体上始终保持静止状态，而另一个安装在轴上并随之转动。为保持高度的密闭性能，正常情况下，常规机械密封的旋转环与静止环界面的研磨平面度的误差不超过万分之六。 为了保持两个界面由于摩擦产生的热量及磨损量的最低限值，这就要求在密封面之间进行流体润滑。对于单端面密封，通常是将密封介质作为润滑剂，但对于有害、有毒、易燃、易爆、有腐蚀性介质选用的双界面或者串聯型机械密封，应选择与介质能够相溶的封液作为润滑和冷却液。

为了减少磨损及制造过程中的误差，应有一个密封界面在弹性构件和介质压力的双重作用下，可以沿运动轴向有一定量的活动；同时为了满足由旋转部件的角度偏差引起的摆动，需要有一个密封界面可以在径向作轻微的浮动。通常由一个密封面兼顾这两项作用。

机械密封的主要目的顾名思义就是对可能出现泄漏的机械部位或者已经发生泄漏的机械部位进行密封，加装防泄漏设施，根据其工作性能需要，进行科学有针对性的设计，从而达到其使用功能，延长高压机械的使用寿命，增加它的安全性，满足高效的使用需求。

机械密封的类型 有很多种，按照其工作功能来说，可以分为孔用密封、固定密封轴用密封、防尘密封以及导向环等等；而按照其制作材料来分的话，又可以分为工程塑料、聚氦酯以及橡胶等等。

机械密封的主要工作类型也是层出不穷 ，机械密封与机械的工作活动息息相关，一种密封类型是机械各部件之间不存在相对的运动，一种是机械各部件之间存在着相对运动，机械各部件之间不存在相对的运动产生密封性的静密封件，机械各部件之间存在着相对运动产生密封性的动密封件。还有就是，机械密封系统为了防止灰尘或者其他物质的进入而进行有针对性的防尘措施设计，这种防尘密封的设计一般都是采用防护套、防尘罩或者与之有类似功能的结构，这种机械密封部件是一种半静状态的密封件。

密封件通常按照形状可分为垫片密封件、环形密封件等等，垫片密封件按制作材质又可以分为，如橡胶密封垫片、非金属密封垫片、金属密封垫片等等；按照工作性能又可以分为液态联结密封、液体垫片密封、螺纹密封胶等等；而运动密封构件则可以分为强制压力下贴压在密封而上的接触型密封件与靠固定间隙（即没有摩擦接触）起作用的间隙密封件等等。

2 高压机械密封设计制造的现状

机械密封腔体压力超过3MPa时所采用的机械密封均属于高压机械密封，高压机械密封件的制造材质、工作性能可靠性要求等都有别于普通机械的密封密封设计。当前，我国对高压机械密封技术的研究和制造还处在相对落后的位置，机械密封的性能极其不稳定，缺乏自主研发的核心产权，大多的机械密封装置都是从国外引进而来。经过众多机械专家多年的潜心研究，我国已经在高压机械密封领域有所突破和收获。

高压机械密封传动装置的设计原理。密封与零件结构型式是高压机械密封的两个重点，在对高压机械密封结构设计时，一定要将设备密封的压力平衡问题做充分考虑，因为设备密封压力不平衡会导致密封发生变形或者位置变化的情况，这些均会影响设备的密封效果。 高压机械.密封装置端面设计原则 ：对于高压机械 高温性端面的设计，摩擦副有一定的指数要求，摩擦副作为机械密封的重要部件，首先要保证摩擦副的平整度、粗糙度，制造材质必须要抗耐磨、抗腐蚀并且要有足够的使用强度。在高压机械密封设备对断面设计时，要充分保证摩擦面的导热性能，通过导热减少设备部件的温差变化，使设备部件之间保持作用力的平衡，防止设备部件的端面发生物理变形。

密封端面的设计，在动环端面或者静环端面的作用下形成了流体运动压槽，此压槽的深度保证在一毫米左右，这种新型的流体运动压槽式密封装置能保证在高压的情况下，高压密封装置保持端面的稳定；并且在摩擦生热的工作状态下，端面仍然稳定。当密封环出现旋转时，运动压槽可以使离密封端面较远距离的液体快速得到冷却降温。endprint

在密封装置的材质选择上，高压机械密封的选材必须是耐热、易导热、耐摩擦、承受高强度的相关特性。并且能够满足压力设备的设计需要。

3 高压机械进行密封设计的基本原则

避免泄漏情况的出现。想要达到密封效果就要考虑密封件的工作原理，密封件的弹性优劣，对于保证填充密封面的任何的一个需要密封的部位起着决定性因素。通过密封件弹性流动，始终让密封件保持在受力状态。高压机械密封性的强弱与机械设备被密封面上是否留有足够的压力有着密切的关系。如何尽可能地减低密封件的磨损，也是一个不可回避的问题，保证高压机械的稳定性，保证动态响应，均可以减少对载荷功率的损耗。对机械设备密封件相互之间的功能要进行明确的规范，要满足机械设备各密封系统的要求，机械设备密封件的每项功能都要保证达到机械设备要求的密封功能。

4 高压机械密封的应用安装方法及使用要求

必须科学有序：机械密封是精度很高的机械部件。能否对其正确的安装与操作，这些都将影响其使用寿命和运转效果。机械密封安装步骤方法：了解被安装的密封部件书法和使用工况范围相适应，遇到有杂质颗粒、易燃、有毒时，必须采用相应的应对措施；安装原则基本就是先装左边部分，装到密封板上；然后装右面动环，动环跟静环的密封面要保证清洁等等。

高壓机械密封的使用原则要求：设备转轴的径向跳动应保证小于等于百分之四毫米，轴向窜动量保证在零点一毫米之内；高压机械设备的密封部位在安装时保持其清洁是非常必要的，在安装使用时，对密封零件应进行清洗，查看密封端面是否完好无损，并且防止杂质和灰尘带入设备密封部位；在安装过程中一定要认真仔细、轻拿轻放，严禁碰击、敲打密封部位和密封件，以免破坏机械密封摩擦付导致密封失效；安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的润滑油，使密封件及密封部位保持光滑，以便顺利安装；安装静环压盖时，螺丝必须对角拧紧保证受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直。高压机械密封安装后用手来回推运动环，保证动环在轴上能够灵活移动，松紧度适宜；安装后用手盘动转轴、感觉转轴的转动是否均匀；设备在运转前应充满介质，防止干摩擦加大密封件的磨损而使密封失效。

5 结束语

综上所述，高压机械密封技术是一个有待提高优化的一项新技术，这项技术依赖于机械材料科学和机械加工制造科，随着我国工业时代的到来，机械密封技术的研究受到越来越多的关注，机械密封精细度的不断提高，机械密封技术的不断创新，对高分子材料的研究与应用，这使得机械密封产品的技术参数、使用寿命，安全性能以及工作性能都得到了进一步的发展。 只有加强新材料、新技术的开发应用，才能使我国在高压机械密封领域处于领先地位。

参考文献：

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[2]马丽娟.机械密封的基本结构与工作原理及基本参数研究[J].商品与质量，2011（03）.

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