非接触式机械密封

流体动压式机械密封是当密封轴旋转时，润滑液体在密封端面产生流体楔动压作用挤入端面之间，建立一层端面液膜，对密封端面提供充分润滑和冷却。槽可开在动环上，也可开在静环上，但最好开在两环中较耐磨的环上。为了避免杂质在槽内积存和进入密封缝隙中，如果泄漏液从内径流向外径，必须把槽开在静环上；相反，则应开在动环上

项目

说　　明

结

构

型

式

及

特

点

(a) 偏心结构式密封环

(b) 带有椭圆形密封环结构

(c) 带有径向槽结构

(d) 带有循环槽结构(受外压作用时用)

(e) 带有循环槽结构(受内压时用)

(f) 带有螺旋槽结构

图a：带偏心结构的密封环是将动环或静环中某一个环的端面的中心线制成与轴线偏移一定距离e(无论是动环或静环，偏心是对两环中较窄的端面宽度即有凸台的环而言的)，使环在旋转时不断带入润滑液至滑动面间起润滑作用。缺点是尺寸比较大，作用在密封环上的载荷不对称

图b：带椭圆形密封环的密封是将动环或静环中某一个环的端面制成椭圆形，由于润滑楔和切向流的作用，能在密封端面之间形成一个流体动力液膜。液体的循环和冷却十分有效地维持润滑楔的存在和稳定性。摩擦因数与介质内压以及端面之间关系的数据目前尚不清楚

图c：带有径向槽结构密封环的径向槽形状有呈45°斜面的矩形、三角形或其他形状的，密封端面之间的液膜压力由流体本身产生。径向槽结构在端面之间形成润滑和压力楔，能有效地减少摩擦面的接触压力、摩擦因数和摩擦副的温度，因而可以提高密封使用压力、速度极限和冷却效应。缺点是液体循环不足，槽边缘区冷却不佳，滞留在槽内的污物颗粒易进入密封端面间隙中

图d、图e：带有循环槽结构密封环的密封端面是弧形循环槽，由于它能抽吸液体，可使密封环外缘得到良好的冷却；它还具有排除杂质能力并且与转向无关，因而工作可靠。流体动力效应是在密封环本身形成的。密封环旋转时，槽能使液体相当强烈地冷却距它较远的密封端面。进行这种冷却时，在密封环初始端面上形成数量与槽数相等流体动力楔和高压区，由于切向流和压力降，在每个槽后形成润滑楔

参

数

设

计

(g) 内装平衡型偏心端面

上单位压力分布图

图a偏心结构密封环的偏心尺寸e：

① 对于高压，偏心尺寸e不宜过大，否则端面比压产生显著的不均匀性，由图g可见，偏心环的偏心一侧容易受到磨损。同时，任意摩擦副内的环有某一偏移时，摩擦面宽度增加2e

② 对于高转速密封，不宜用动环作为偏心环，以避免偏心离心力作用引起的不平衡

③ 由偏心造成端面比压不均匀，其最大和最小端面比压值由式(1)表示

　　　　　　　　　　　　　(式1)

式中　p_c—— 端面比压，MPa；

p_L—— 介质压力，MPa；

e—— 偏心距离，cm；

d，D₁，D₂见图g，cm

式(1)同样适用于内装非平衡型的计算。对于外装平衡型与非平衡型，偏移将不引起摩擦副内端面比压的不均匀性分布

图c 带有径向槽结构的密封环径向槽：

槽的径向深度N 与端面宽度b 之比与平衡比存在如下关系(图c)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(式2)

式中　

“+”—— 对小的黏度或速度；

“-”—— 对大的黏度或速度

密封端面圆周上槽的距离为25.4~63.5mm。如符合上述关系，在p_L＞7MPa的高压下也可得到满意的密封效果。必须注意：

① 太大，槽数太多，则密封表面润滑很好，但压力楔使端面比压减小，于是泄漏损失急剧增加。相反，如果太小，槽数太少，则流体动力润滑和压力楔将不足以承担高的工作载荷，从而发生过度热量和磨损。因此，在平衡比增大的同时也应增大，反之亦然

② 槽的排列应该垂直于中心线，这样可以和轴的转动方向无关

③ 静环和动环都可开槽，但不能两者同时开槽，一般开在较耐磨的材料上，槽口对着液体一侧

④ 为了使污物和磨屑尽可能不进入摩擦面，对于外流式密封，槽应开在静环上，以避开离心力的作用将污物引入摩擦面。对于内流式密封，槽应开在动环上，离心力有助于将污物自槽中甩出

图d、图e 带有循环槽(受外压或内压作用)结构的密封环：

密封环端面宽度b 最低为6~7mm，否则，槽的宽度e不易加工且动压效果差。由于强度原因必须采用很宽的密封面，如密封环采用石墨-陶瓷时，密封设计可以通过端面间隙大小、润滑液膜和发热量确定密封的可靠性。槽距W 宜在55~75mm范围内；槽径向深度N≈0.4Kb(K为载荷系数)

这种密封结构单级密封压力达到25MPa，端面滑动速度100m/s，pυ值达500MPa·m/s

应用

目前，应用广泛的密封端面是带有弧形循环槽结构(外压用和内压用)的密封环