高壓機械密封的設計與應用

陳學鋒

摘 要：伴著中國工業發展史的不斷推進，機械制造業也得到了突飛猛進的發展，高壓機械密封的設計與應用也成為機械制造業中一個重要的組成部分。早在工業革命初期，已經出現了高壓機械的設計及應用，比如第一臺蒸汽火車的誕生。高壓容器的出現，不管是在工業生產還是人們日常生活中已經越來越重要了。隨著人們對各類高壓容器需求的不斷加大，迫使各種類型的高壓容器如雨后春筍不斷的涌現。這在很大程度上也刺激了國民經濟的快速可持續發展。

關鍵詞：高壓機械；密封設計；應用

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

0 前言

密封結構作為各種類型高壓容器的核心部件，其設計及應用的優劣直接對高壓容器的性能起著非常大的作用。所以，要想是機械制造達到高質量、高水準。必須從高壓容器的密封著手，研究其內部的結構形態，以及其材質的使用，爭取做到高標準、嚴要求，這樣對于高壓機械的使用壽命以及使用性能都能起到理想的效果。如何提高高壓機械的密封性能，高壓機械密封的設計與應用已經受到眾多機械設計制造專家日益重視，并成為機械研究制造工作中的重點。這一技術的廣泛應用也將成為機械進行自動化以及文明生產非常重要的一個內容。本人結合多年從業經驗，主要就高壓機械密封的設計以及應用做了一點淺顯的探索與思考。從高壓機械密封的概況：高壓機械密封的種類、主要類型：當前高壓機械密封的情況，針對高壓機械結構設計方面以及對影響高壓機械密封設計的客觀因素進行詳細的研究與分析。并就高壓機械密封設計過程中容易出現的問題做出了相應的解決方案，還對高壓機械密封的應用情況進行了粗淺的分析。

1 機械密封的概述

機械密封就是對旋轉機械通用的軸密封類型。機械密封主要應用在氣體、液體等各類介質的密封，如反應釜、泵類等；同時也用于氣體密封，如壓縮機介質軸中的密封。機械密封由于其不易泄漏而且減少日常維護的優點，己逐漸取代了傳統的壓蓋軟填料密封的使用。

機械密封一般有兩個垂直于回轉軸軸線的密封平面，一個密封面構件安裝在泵蓋、端蓋或泵體上始終保持靜止狀態，而另一個安裝在軸上并隨之轉動。為保持高度的密閉性能，正常情況下，常規機械密封的旋轉環與靜止環界面的研磨平面度的誤差不超過萬分之六。 為了保持兩個界面由于摩擦產生的熱量及磨損量的最低限值，這就要求在密封面之間進行流體潤滑。對于單端面密封，通常是將密封介質作為潤滑劑，但對于有害、有毒、易燃、易爆、有腐蝕性介質選用的雙界面或者串聯型機械密封，應選擇與介質能夠相溶的封液作為潤滑和冷卻液。

為了減少磨損及制造過程中的誤差，應有一個密封界面在彈性構件和介質壓力的雙重作用下，可以沿運動軸向有一定量的活動；同時為了滿足由旋轉部件的角度偏差引起的擺動，需要有一個密封界面可以在徑向作輕微的浮動。通常由一個密封面兼顧這兩項作用。

機械密封的主要目的顧名思義就是對可能出現泄漏的機械部位或者已經發生泄漏的機械部位進行密封，加裝防泄漏設施，根據其工作性能需要，進行科學有針對性的設計，從而達到其使用功能，延長高壓機械的使用壽命，增加它的安全性，滿足高效的使用需求。

機械密封的類型 有很多種，按照其工作功能來說，可以分為孔用密封、固定密封軸用密封、防塵密封以及導向環等等；而按照其制作材料來分的話，又可以分為工程塑料、聚氦酯以及橡膠等等。

機械密封的主要工作類型也是層出不窮 ，機械密封與機械的工作活動息息相關，一種密封類型是機械各部件之間不存在相對的運動，一種是機械各部件之間存在著相對運動，機械各部件之間不存在相對的運動產生密封性的靜密封件，機械各部件之間存在著相對運動產生密封性的動密封件。還有就是，機械密封系統為了防止灰塵或者其他物質的進入而進行有針對性的防塵措施設計，這種防塵密封的設計一般都是采用防護套、防塵罩或者與之有類似功能的結構，這種機械密封部件是一種半靜狀態的密封件。

密封件通常按照形狀可分為墊片密封件、環形密封件等等，墊片密封件按制作材質又可以分為，如橡膠密封墊片、非金屬密封墊片、金屬密封墊片等等；按照工作性能又可以分為液態聯結密封、液體墊片密封、螺紋密封膠等等；而運動密封構件則可以分為強制壓力下貼壓在密封而上的接觸型密封件與靠固定間隙（即沒有摩擦接觸）起作用的間隙密封件等等。

2 高壓機械密封設計制造的現狀

機械密封腔體壓力超過3MPa時所采用的機械密封均屬于高壓機械密封，高壓機械密封件的制造材質、工作性能可靠性要求等都有別于普通機械的密封密封設計。當前，我國對高壓機械密封技術的研究和制造還處在相對落后的位置，機械密封的性能極其不穩定，缺乏自主研發的核心產權，大多的機械密封裝置都是從國外引進而來。經過眾多機械專家多年的潛心研究，我國已經在高壓機械密封領域有所突破和收獲。

高壓機械密封傳動裝置的設計原理。密封與零件結構型式是高壓機械密封的兩個重點，在對高壓機械密封結構設計時，一定要將設備密封的壓力平衡問題做充分考慮，因為設備密封壓力不平衡會導致密封發生變形或者位置變化的情況，這些均會影響設備的密封效果。 高壓機械.密封裝置端面設計原則 ：對于高壓機械 高溫性端面的設計，摩擦副有一定的指數要求，摩擦副作為機械密封的重要部件，首先要保證摩擦副的平整度、粗糙度，制造材質必須要抗耐磨、抗腐蝕并且要有足夠的使用強度。在高壓機械密封設備對斷面設計時，要充分保證摩擦面的導熱性能，通過導熱減少設備部件的溫差變化，使設備部件之間保持作用力的平衡，防止設備部件的端面發生物理變形。

密封端面的設計，在動環端面或者靜環端面的作用下形成了流體運動壓槽，此壓槽的深度保證在一毫米左右，這種新型的流體運動壓槽式密封裝置能保證在高壓的情況下，高壓密封裝置保持端面的穩定；并且在摩擦生熱的工作狀態下，端面仍然穩定。當密封環出現旋轉時，運動壓槽可以使離密封端面較遠距離的液體快速得到冷卻降溫。endprint

在密封裝置的材質選擇上，高壓機械密封的選材必須是耐熱、易導熱、耐摩擦、承受高強度的相關特性。并且能夠滿足壓力設備的設計需要。

3 高壓機械進行密封設計的基本原則

避免泄漏情況的出現。想要達到密封效果就要考慮密封件的工作原理，密封件的彈性優劣，對于保證填充密封面的任何的一個需要密封的部位起著決定性因素。通過密封件彈性流動，始終讓密封件保持在受力狀態。高壓機械密封性的強弱與機械設備被密封面上是否留有足夠的壓力有著密切的關系。如何盡可能地減低密封件的磨損，也是一個不可回避的問題，保證高壓機械的穩定性，保證動態響應，均可以減少對載荷功率的損耗。對機械設備密封件相互之間的功能要進行明確的規范，要滿足機械設備各密封系統的要求，機械設備密封件的每項功能都要保證達到機械設備要求的密封功能。

4 高壓機械密封的應用安裝方法及使用要求

必須科學有序：機械密封是精度很高的機械部件。能否對其正確的安裝與操作，這些都將影響其使用壽命和運轉效果。機械密封安裝步驟方法：了解被安裝的密封部件書法和使用工況范圍相適應，遇到有雜質顆粒、易燃、有毒時，必須采用相應的應對措施；安裝原則基本就是先裝左邊部分，裝到密封板上；然后裝右面動環，動環跟靜環的密封面要保證清潔等等。

高壓機械密封的使用原則要求：設備轉軸的徑向跳動應保證小于等于百分之四毫米，軸向竄動量保證在零點一毫米之內；高壓機械設備的密封部位在安裝時保持其清潔是非常必要的，在安裝使用時，對密封零件應進行清洗，查看密封端面是否完好無損，并且防止雜質和灰塵帶入設備密封部位；在安裝過程中一定要認真仔細、輕拿輕放，嚴禁碰擊、敲打密封部位和密封件，以免破壞機械密封摩擦付導致密封失效；安裝時在與密封相接觸的表面應涂一層清潔的潤滑油，使密封件及密封部位保持光滑，以便順利安裝；安裝靜環壓蓋時，螺絲必須對角擰緊保證受力均勻，保證靜環端面與軸心線的垂直。高壓機械密封安裝后用手來回推運動環，保證動環在軸上能夠靈活移動，松緊度適宜；安裝后用手盤動轉軸、感覺轉軸的轉動是否均勻；設備在運轉前應充滿介質，防止干摩擦加大密封件的磨損而使密封失效。

5 結束語

綜上所述，高壓機械密封技術是一個有待提高優化的一項新技術，這項技術依賴于機械材料科學和機械加工制造科，隨著我國工業時代的到來，機械密封技術的研究受到越來越多的關注，機械密封精細度的不斷提高，機械密封技術的不斷創新，對高分子材料的研究與應用，這使得機械密封產品的技術參數、使用壽命，安全性能以及工作性能都得到了進一步的發展。 只有加強新材料、新技術的開發應用，才能使我國在高壓機械密封領域處于領先地位。

參考文獻：

[1]陳建鑫，楊林娟.機械密封技術最新進展[J].南通職業大學學報（綜合版），2004（04）.

[2]馬麗娟.機械密封的基本結構與工作原理及基本參數研究[J].商品與質量，2011（03）.

[3]顧永泉.機械密封實用技術[M].機械工業出版社，2001.endprint