机械密封主要零件结构形式分析

①离心泵动环的结构形式 动环常用的结构形式如图1所示。

图1(a)比较简单，省略了推环，适合采用橡胶O形辅助密封圈，缺点是密封圈沟槽直径不易测量，使加工与维修不便;

图1(b)对于各种形状的辅助密封圈都能适应，装拆方便，且容易找出因密封圈尺寸不合适而发生泄漏的原因;

图1(c)只适合用0形密封圈，对密封圈尺寸精度要求低，容易密封，但密封圈易变形.

图1(d)和(e)，为镶嵌式结构，这种结构是将密封端面做成矩形截面的环状零件(称为动环)，镶嵌在金属环座内(称为动环座)，从而可节约贵重金属。

图1(d)为采用压装和热装的刚性过盈镶嵌结构，加工简便，但由于动环与动环座材料的线胀系数不同，高温时易脱落，一般使用于轴径小于100 mm、使用压力小于5 MPa、密封端面平均线速度小于20 m/s的场合。

图1(e)为柔性过盈镶嵌结构，其径向不与动环座接触，而是支承在柔性的辅助密封圈上，并采用柱销连接，从而克服了图1(d)的缺点，但加工困难，在标准型机械密封中很少采用。

图1(f)为喷涂结构，是将硬质合金粉或陶瓷粉等离子喷涂于环座上，该结构特点是省料，但由于涂层往往不致密，使用中存在涂层开裂及剥落现象，因此，粉料配方及喷涂工艺还有待改进。

上述各种结构中，图1(d)是国内目前采用最普遍的一种。

图1 动环常用的结构形式

图2 静环常用的结构形式

②离心泵静环的结构形式 静环常用的结构形式如图2所示。

图2(a)为最常用的形式，0形、V形辅助密封圈均可使用;

图2(b)的尾部较长，安装两个0形密封圈，中间环隙可通水冷却;

图2(c)也是为了加强冷却;

图2(d)的静环两端均是工作面，一端失效后可调头使用另一端;

图2(e)为O形圈置于静环槽内，从而简化了静环座的加工;

图2(f)为采用端盖及垫片固定在密封腔体上，多用于外装式或轻载的简易机械密封上。

③辅助密封元件的结构形式 摩擦副的动、静环的结构形式往往取决于所采用的辅助密封元件的形式。辅助密封元件有两类：径向接触式辅助密封与波纹管辅助密封。

　　a.径向接触式辅助密封    径向接触式辅助密封包括动环密封圈和静环密封圈，它们分别构成动环与轴、静环与端盖之间的密封。同时，由于密封圈材料具有弹性，能对密封环起弹性支承作用，并对密封端面的歪斜和轴的振动有一定的补偿和吸振效果，可提高密封端面的贴合度。当端面磨损后，在弹性力作用下，密封圈随补偿环沿轴向作微小的补偿移动。

　　图3 几种密封圈断面形状

　　用作动环及静环的辅助密封圈主要有图3所示的几种断面形状。最常用的有O形和V形两种，还有方形、楔形、矩形、包覆形等几种。一般是根据使用条件决定。如一般介质可以采用O形圈，溶剂类、强氧化性介质可用聚四氟乙烯制的V形圈，高温下可用柔性石墨或氟塑料制的楔形环，矩形垫一般只用在图2( f)的形式中。氟塑料全包覆橡胶O形圈可应用在普通橡胶O形圈无法适应的某些化学介质环境中。它既有橡胶O形圈所具有的低压缩永久变形性能，又具有氟塑料特有的耐热、耐寒、耐油、耐磨、耐老化、耐化学介质腐蚀等特性，可替代部分传统的橡胶O形圈，广泛应用于-60～200℃温度范围内，除卤化物、熔融碱金属、氟碳化合物外各种介质的密封场合。

　　b.波纹管辅助密封 波纹管有辅助密封的功能(见图4-1)。波纹管密封的特点就是摩擦副挠性安装环的所有相对位移可以由弹性波纹管来补偿，这就允许安装摩擦副密封环有较大的偏差。不存在径向接触式辅助密封圈沿密封面滑移的问题。　

　图4-1 波纹管有辅助密封的功能

④传动形式 动环需要随轴一起旋转，为了考虑动环具有一定的浮动性，一般它不直接固定在转轴上，通常在动环和轴之间，需要有一个转矩传递机构，带动动环旋转，并克服搅拌和端面的摩擦转矩。

　　转矩传递机构在有效传递转矩的同时，不能妨碍补偿机构的补偿作用和密封环的浮动减振能力。转轴将转矩传递到密封组件的常见机构有紧定螺钉、销钉、平键及分瓣环等。密封组件将转轴传递来的转矩传递给动环的常见机构有图4所示的几种形式。

　　图4   几种传递转矩的结构形式结构

　　由于拨叉径向尺寸小(较薄)、且冲压后冷作硬化易断裂，常用于中性介质。

　　e.波纹管传动 波纹管是集弹性元件、辅助密封和转矩传动机构于一身的密封元件。其转矩的传动方式是波纹管机械密封所特有的，波纹管的两端分别与传动座和动环连接、至于连接方式依波纹管材料而定。例如，对于金属波纹管采用焊接;对于橡胶波纹管和聚四氟乙烯波纹管，j则采用整体或其他方法连接。转轴通过紧定螺钉、键等机构将转矩传递到传动座，传动座通过波纹管即把转矩传递到动环。

⑤静环支承方式 如果密封环的支承方式不合理，在受介质压力、弹簧力及支承反力作用下，可能会引起密封环过大的变形而使密封失效。一般金属材料的弹性模量较大，即使在较高压力作用下，环的变形也不显著。而对于弹性模量低的材料如石墨、塑料环等，当处于较高的压力时，往往会发生不可忽视的力变形。机械密封中常将石墨、塑料等软材料作静环，对于给定结构尺寸的静环，在一定载荷条件下，其变形程度主要取决于环的支承方式。

　　静环一般由腔体支承。支承方式应使静环密封可靠，受力合理，尽量减少变形。静环常用的支承方式有图5所示的几种形式。

　　a.浮动式 静环靠柔性件(如0形圈等)的压缩变形支承在密封腔体上，并允许轴向和径向略作浮动[图5(a)]0密封要求严格时，可安装两道密封[图5(b)]。高黏度介质和高压、高速条件下应设置防转销[图5(c)、(d)]。浮动式支承方式结构简单，拆装方便，能吸收部分轴和腔体的振动。但柔性体把静环隔离，不利于热传导。

　　b.紧固式 静环靠机械方法支承[图5(e)]。结构简单，传热好，但不能吸收腔体振动。

　　c.镶装式 静环过盈配合在密封腔体上[图5(f)]。结构简单，传热好。但配合部位精度和粗糙度要求高，不能吸收腔体的振动，端面磨损后不易更换。

　　图5  静环常用的支承方式

　　d.离心泵轴向定位式   静环由密封腔体定位，靠柔性件的压缩变形支承[图5(g)]0密封要求严格时，可安装两道密封[图5(h)]。高黏度介质和高压、高速条件下，应设置防转销[图5(i)]。轴向定位式结构简单，拆装方便，传热好，但不能吸收腔体轴向振动。