機械密封（Mechanical Seal）又稱端面密封，是旋轉(zhuǎn)軸用動密封。機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備（如泵、壓縮機、攪拌器）的軸封裝置，目的是防止工作介質(zhì)（液體或氣體）沿轉(zhuǎn)軸泄漏，同時防止外部雜質(zhì)進入設(shè)備內(nèi)部。它是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用廣泛、性能可靠的一種軸封形式。

一、 機械密封的基本原理

機械密封的核心原理是利用兩個精密的、極平坦的密封端面（一個旋轉(zhuǎn)，一個靜止） 在介質(zhì)壓力和輔助密封（如彈簧、波紋管）的壓緊力作用下緊密貼合，并保持一層極薄的流體膜（可以是液體或氣體），從而實現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)運動下的動態(tài)密封。這層流體膜起著潤滑、冷卻和平衡壓力的作用。

關(guān)鍵組成部分及其作用

1. 旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）： 安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，隨軸一起轉(zhuǎn)動。其端面是主要的密封面之一。

2. 靜止環(huán)（靜環(huán)）： 固定在設(shè)備殼體（壓蓋）上，不隨軸轉(zhuǎn)動。其端面與動環(huán)端面配對形成主密封面。

3. 主密封端面： 動環(huán)和靜環(huán)相互接觸（實際是微米級液膜分隔）的精密研磨平面。這是阻止泄漏的主要屏障。

4. 輔助密封件（O型圈、楔形環(huán)、墊片等）：

   • 在動環(huán)與軸（或軸套）之間、靜環(huán)與壓蓋之間提供靜態(tài)密封，防止介質(zhì)從這些部位泄漏。

   • 補償少量的軸向位移和振動。

5. 彈性元件（彈簧、波紋管、金屬波紋管等）：

   • 提供初始壓緊力： 確保密封端面在設(shè)備啟動前就能緊密貼合。

   • 補償端面磨損： 隨著密封端面的輕微磨損，彈性元件能自動推動動環(huán)（或靜環(huán)）向前移動，維持端面貼合。

   • 緩沖振動和軸向竄動。

6. 傳動機構(gòu)（銷、鍵槽、突耳等）： 確保旋轉(zhuǎn)環(huán)隨軸一起旋轉(zhuǎn)，不發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。

7. 防轉(zhuǎn)機構(gòu)： 防止靜止環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動。

8. 密封腔（壓蓋）： 容納機械密封組件的空間。

工作過程簡述

當(dāng)設(shè)備運行時，旋轉(zhuǎn)軸帶動動環(huán)旋轉(zhuǎn)。在彈簧力（或其它彈性元件力）和密封腔介質(zhì)壓力的共同作用下，動環(huán)端面與靜環(huán)端面緊密貼合，形成極薄的液膜。這層液膜在摩擦熱和剪切力的作用下形成特定的流體動壓或流體靜壓效應(yīng)，既防止了介質(zhì)的大量泄漏（泄漏量極小，表現(xiàn)為微量蒸發(fā)或滴漏），又潤滑了密封端面，帶走摩擦熱。輔助密封件則阻止了介質(zhì)沿軸向其他路徑泄漏。

二、 機械密封的主要特點

優(yōu)點

1. 泄漏量極�。�

   • 這是機械密封突出的優(yōu)點。正常工作時，其泄漏量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的填料密封（盤根），通常僅為后者的1%甚至更低。理想狀態(tài)下可實現(xiàn)“零泄漏”或僅有微量蒸汽逸出，符合嚴(yán)格的環(huán)保和安全要求。

2. 使用壽命長：

   • 在正確的選型、安裝和使用條件下，機械密封的使用壽命可達數(shù)千甚至上萬小時，比填料密封長得多，大大減少了維護頻率和備件成本。

3. 摩擦功耗低：

   • 密封端面間的液膜潤滑大大降低了摩擦系數(shù)，其功耗通常僅為填料密封的10%-50%，節(jié)能效果顯著，尤其對于大功率設(shè)備。

4. 軸（或軸套）無磨損：

   • 機械密封的軸向壓緊力作用在密封端面上，而不是像填料密封那樣直接抱緊在軸上，因此避免了軸或軸套的磨損，延長了主軸壽命。

5. 適用范圍廣：

   • 壓力范圍寬： 從真空到超高壓（可達數(shù)百兆帕）。

   • 溫度范圍寬： 從深冷到高溫（-200°C 到 +1000°C，取決于材料和結(jié)構(gòu)）。

   • 轉(zhuǎn)速高： 可適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備（線速度可達100m/s以上）。

   • 介質(zhì)適應(yīng)性強： 通過選擇合適的端面材料（碳化硅、硬質(zhì)合金、石墨、陶瓷等）和輔助密封材料（氟橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、聚四氟乙烯、柔性石墨、金屬等），可以密封各種腐蝕性、有毒、易燃易爆、含顆粒、高粘度或易結(jié)晶的介質(zhì)。

6. 無需經(jīng)常調(diào)整：

   • 依靠彈性元件自動補償端面磨損，在運行期間一般不需要像填料密封那樣頻繁擰緊壓蓋。

7. 耐振性好：

   • 設(shè)計良好的機械密封能夠承受一定的振動和軸向竄動。

缺點

1. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高：

   • 相比簡單的填料密封，機械密封零件多、精度要求高（特別是密封端面的平面度、光潔度要求極高），因此初始購置成本較高。

2. 安裝和維修要求高：

   • 安裝精度要求嚴(yán)格（如軸向竄動量、徑向跳動量、軸套間隙等），需要專業(yè)工具和技能。維修更換也比填料密封復(fù)雜，通常需要拆卸設(shè)備。

3. 故障處理較困難：

   • 一旦發(fā)生故障（如突然泄漏增大），現(xiàn)場快速判斷原因和修復(fù)有時較困難，可能需要停機和拆解檢查。

4. 對介質(zhì)清潔度有一定要求：

   • 雖然雙端面密封或帶沖洗方案可以處理含顆粒介質(zhì)，但顆粒物仍會增加密封端面磨損甚至劃傷的風(fēng)險。需要配備相應(yīng)的過濾或沖洗系統(tǒng)。

5. 干運轉(zhuǎn)風(fēng)險：

   • 某些類型的機械密封（特別是依靠被密封介質(zhì)潤滑的）在介質(zhì)斷流或空轉(zhuǎn)時，密封端面可能因缺乏潤滑液膜而發(fā)生干摩擦，導(dǎo)致瞬間高溫和嚴(yán)重?fù)p壞。需要采取預(yù)防措施（如雙端面密封、外供沖洗液、干運行保護）。

三、 典型應(yīng)用

機械密封廣泛應(yīng)用于各種旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，特別是：

• 各種離心泵、旋渦泵、轉(zhuǎn)子泵（化工、石油、制藥、食品、電力、水處理等行業(yè)）。

• 離心式壓縮機、鼓風(fēng)機。

• 反應(yīng)釜、攪拌器、混合器。

• 船舶推進器軸、潛水電機。

• 汽車水泵、空調(diào)壓縮機。

• 真空設(shè)備。

總結(jié)

機械密封通過精密配合的旋轉(zhuǎn)端面在流體膜潤滑下實現(xiàn)動態(tài)密封，其核心優(yōu)勢在于泄漏量極小、壽命長、功耗低、對軸無磨損。盡管存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、安裝維修要求高等缺點，但其卓越的密封性能和廣泛的適用性使其成為現(xiàn)代工業(yè)中旋轉(zhuǎn)設(shè)備軸封的首選解決方案，尤其是在要求嚴(yán)格密封、長周期運行、節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵場合。選擇合適的機械密封類型、材料和輔助系統(tǒng)（如沖洗、冷卻、保溫）對于其可靠運行至關(guān)重要。但是機械密封也具有缺點：1、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對制造加工要求高；2、安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安 裝技術(shù)水平；3、發(fā)生偶然性事故時，處理較困難； 4、一次性投資高。