高压机械密封的构造方式非常关键，假设设计 不合理，其它的细节部分再怎样思索，也只能 到达事倍功半的效果。因此，构外型式设计好 了，密封性能就好了一半。构造方式包括两部 分：密封构外型式，零件构外型式。设计构造 方式重点要思索压力的平衡问题，以防止力不 平衡呵斥密封移位或变形，从而导致密封失效。

　　研制初期，由于实验室条件的限制，不能模拟现场工况，因此， 我们将实验室实验改在现场进展。在现场按要求将机械密封装上设 备，按机械密封实验规范，先作静压实验，静压合格后，再作动压 实验。我们的带中间环单端面高压密封产品曾经在镇海炼化化肥厂 合成氨安装4112-P3泵上运用有3年时间，运转情况良好，已完全替 代进口产品。此泵任务参数如下：介质：水，进口压力8.6Mpa，出 口压力9.5MPa，密封腔压力9.65MPa，温度187℃。同时在齐鲁塑料 厂聚丙烯安装的P200泵上采用的双端面密封和P201泵上采用的三端 面密封，运用也曾经有6年时间；在内蒙化肥厂和九江大化肥合成 氨安装A-GA302泵上运用曾经有2年时间；在荆门化肥厂P200泵上 也运用了几年时间。经过现场工业运转，证明我们的设计是合理的， 研制是胜利的，参数和构造的选择也是正确的，我们提供的产品已 完全替代进口同类产品，运用寿命有些甚至超越了国外同类产品。

　　这种密封的热流体动力效应就是在密封端面缝隙 高度为0.2～1.5μm的情况下，在非槽环带密封 区2上主要为边境摩擦，这时密封的走漏量极小。

　　构造特点 1.石墨静环 轴向力平衡 2.常用于高 压热水的密 封 3.辅助系统 采用plan23

　　另外小弹簧弹力均匀，并且可使机械密封构造紧凑， 因此，选用小弹簧；辅助密封圈选用V形圈，因O形 圈在高压下容易被挤入动环与轴套〔或轴〕间的缝 隙中，呵斥密封失效；外接强迫冲洗液，带走摩擦 热，冲洗液应沿摩擦副的切线〕密封腔内温度：T=-40～180℃

　　3〕转速：n≤15000rpm，线MPa，对于常温、水介质，采用单端面密封时，n值可达 15000r/min〕

　　机械密封属于动密封，传动机构提供和维持机械 密封的任务运转形状。处于高压中的一切密封零 件都遭到高的压力作用，其中承力的最薄弱环节 当属传动机构，由于传动机构经常是一些小零件， 杆细、壁薄是它的特点。传动机构一旦失效，密 封一定失效。因此要思索可靠的传动方式，需按 起动扭矩来校核强度。起动扭矩比任务扭矩大得 多，可以估算为任务扭矩的四倍。

　　(2〕端面比压确实定 密封负荷程度的标志是PV值，通常轴的转速是恒定的，密封端面的 压力负荷主要受介质压力影响，所以可以经过采用平衡型构造来减 小有效的压力值。减小摩擦端面的宽度，可以减小摩擦热。高压密 封设计的要点之一是确定载荷系数及端面宽度。要确定载荷系数和 端面宽度的最正确值比较困难，通常端面宽度b=2～5mm［4］，根 据载荷系数设计及强度设计的需求进展调整。我们知道，端面比压 P比=P弹〔K-λ〕△P介。在机械密封的设计中，应防止出现K-λ≤0 的情况，否那么机械密封将处于极不稳定的形状，随时有被翻开的 能够，呵斥密封失效。另外，摩擦热的大小与端面比压的大小成正 比，要降低摩擦热，就必需求控制端面比压，和选择较小的弹簧比 压P弹。在此，我们选择载荷系数K与该工况下的膜压系数λ相近， 弹簧比压P弹选用0.1～0.15MPa，这样就可将端面比压控制在理想 的范围内，从而到达控制摩擦热的目的，提高机械密封的运用寿命。

　　〔3〕密封端面型式确实定 机械密封的主要零件是摩擦副。密封端面接受着 最恶劣的任务环境，因此，端面要求很高：既要 求有很高的平面度、粗糙度、和轴的垂直度，又 要求资料具有很高的强度、刚度、耐磨性、耐蚀 性和耐高温性。由于在高压下，端面摩擦热更高， 端面更容易产生热变形，同时端面也更容易产生 力变形，所以，高压机械密封的端面，必需求思 索合理的方式，以利于导热，减小温升，平衡作 用力，抑制端面变形。

　　高压机械密封零件资料选取原那么思索的内容 和通用型机械密封一样，不同的是，对机械强 度、刚度、耐热性和导热性、摩擦性能和气密 性要求更高。同时，资料的其他性能〔通常要 降低〕也要满足工况要求。

　　机械密封离不开辅助系统，对于高压密封更是如此。 合理地设计辅助系统，对于改善密封的任务环境， 提高密封的可靠性和运用寿命意义艰苦。

　　构造特点 1.载荷系数、端 面宽度、零件 尺寸特殊设计 2.构造类似通用 型密封，运用 范围广，本钱 低，不修正腔 体

　　1) 密封腔内压力P=3～15MPa〔轴径d≤φ50，转速n≤3000r/min，对 于常温、水介质，采用单端面密封时，P值可达15 MPa〕

　　普通密封大多采用弹簧式密封，经过对密封构造， 尺寸，设计参数及其它相关要素进展调整，提高密 封的运用参数〔如压力，转速〕，拓展密封的运用 范围。采用弹簧式高压高速密封具有本钱低，互换 性好，通用性强的特点，弹簧式高压高速密封在现 代密封领域占有重要位置。

　　高压密封常用于热水循环泵、锅炉给水泵、丙烷泵、甲醇 泵、乙二醇泵，或炭黑洗涤水，灰水，汽包水，除氧水， 醋酸乙烯，聚丙烯介质的密封，以及原油管道保送等。

　　载荷系数为密封重要设计参数，其取值的大小直 接影响端面比压，影响密封端面的贴合形状。在 高压下，其取值尤为重要，载荷系数只需有微小 变动，就会引起端面比压发生很大的变化，而且 可供参考的取值极为有限。高压机械密封载荷系 数与密封构造、介质性质有关，其值确实定必需 经过大量的实验获得。

　　机械密封需求把轴的运动方式，经过一系列零件〔如轴套、弹簧座、 推环等〕，传送给旋转环。同时，需求对静止环防转，以及对不需 求浮动的零件进展定位和紧固。通常，这些功能是靠密封的传动机 构完成的。常用的传动方式有：紧定螺钉、键、拨叉、并圈弹簧、 销钉、凸耳、勾圈弹簧、波纹管、锁紧螺母等。对于高压密封，应 采用加强措施：紧定螺钉应加大规格，并在被压零件上划凹坑；销 钉规格需加大；凸耳壁厚应添加或采用实凸耳；波纹管应采用双层 构造。不采用并圈弹簧、勾圈弹簧来传动，尽能够采用键、拨叉来 传动。力的作用点也尽能够远离轴心，以减小传动件受的作用力。

　　构造特点 1.静止式，可用于大轴径 2.防止镶嵌构造 3.动环轴向力由台阶接受 4.楔形抱轴器使传动可靠

　　图8是一种静止式高压机械密封，适用于大轴径或高线速 度的场所。该构造思索了力平衡，并采用楔形抱轴器，最 高压力可达15MPa。

　　2〕双端面、串联式及三端面高压机械密封 其设计思绪与单端面高压机械密封的设计思绪一样，不同 之处在于，对于双端面密封，其运用压力低于6MPa时， 在静环的设计上可不用浮动式构造。在设计中必需求思索 力矩的可靠传送，动、静环要有最正确的几何外形，以及 高的强度和刚度，良好的跟随性。对于有毒、易燃、易爆 的介质，单端面密封不能适用，因密封一旦失效，将会呵 斥严重的后果，给国家和企业呵斥宏大的经济损失，还会 呵斥环境污染，甚至会危及生命平安。针对这种工况，我 们设计了平衡型双端面机械密封。为了及时将密封腔内的 摩擦热带走，在传动套上加一螺旋套，加大密封液的循环。 弹簧选用小弹簧，辅圈选用O形圈，构造如图9所示。当 密封压力很高时，如超越6MPa，可采用串联式密封，假 设介质为易燃、易爆、有毒或贵重流体时，可采用三端面 密封，即双端面加串联式构造。

　　构造特点 1.构造简 单，零件 厚实 2.键加拨 叉传动 3.能接受 高压到 12MPa

　　1—弹簧座；2—紧定螺钉；3—弹簧；4—导向销；5—推环；6—动环V形圈； 7—动环组件；8—静环密封圈；9—静环；10—.防转销；11—传动螺钉 图7 典型单端面高压泵用密封

　　图7也是一种典型的的单端面高压泵用机械密封， 属于多弹簧、螺钉加键传动、平衡型构造，静环 端面可以开设流体动压槽以顺应更高的任务负荷。 这种密封的特点是构造简单，零件采用添加了厚 壁的构造，动环、静环常采用硬对硬资料组合方 式。该种密封型式运用范围很广。

　　密封端面可以采用流体动压槽方式，这种方式 是在动环或静环端面上开数个均布的流体动压 槽，深度1mm左右。槽形多种多样，如图1。根 据工况，主要是运用PV值来设计，经过实验来 确立。这是一种新型的流体动压式密封，专门 为在高压和高摩擦热的情况下，改善密封端面 光滑膜稳定性而研制的。当密封环旋转时，槽 能使液体剧烈地冷却距它较远的密封端面〔见 图2〕。进展这种冷却时，在密封环的初始外表 上构成与槽数相等的流体动力楔和高压区。由 于切向流和压力降，在每一槽后构成慧星状光 滑楔。因此，随着密封面上载荷和滑动速度的 添加，摩擦系数反而减小。

　　经过长期的研讨和实验，我们引荐，对于非流体 动压式密封，高压机械密封的载荷系数比膜压系 数高0.05~0.15［2］，配合弹簧比压选取；对于 流体动压式密封，载荷系数应设计成0.7~0.85 ［3］。这样，既保证了密封端面一直贴合，又 限制了高压对密封端面比压的影响幅度。

　　4.密封的主要型式、技术目的 〔1〕机封总体构造确实定 1〕单端面高压机械密封 图4为我们设计的一种典型的高压泵用带中间环的单端面机械密 封的构造。在设计中，我们仔细仔细地对国外同类型机械密封的 构造进展了分析。我们以为进口机械密封静环上两个对称的椭圆 形孔〔如图5〕减弱了静环的机械强度〔曾经出现过进口机械密 封延续失效的情况〕，其失效的景象均为从两椭圆形孔处断裂。 为提高摩擦副的强度、刚度，选用整体式构造的动静环，防止热 镶产生的内应力呵斥摩擦副变形，影响密封性能。静环采用浮动 式构造。我们对进口机械密封静环的构造作了如下的改良，首先 改原静环的防转销防转为对称的凸耳防转，以增大静环本身的强 度；其次在静环的外圆周上开出均匀的半圆槽，让介质以最短的 时间充溢静环反面的平衡腔，改善其受力情况。改良后的静环构 造如图6所示。从而提高其跟随性，还可以降低对静环本身强度 和刚度的要求。

　　〔2〕采用合理的构外型式 1〕密封构外型式 密封构造方式需详细情况详细分析，通常的方 式是平衡轴向力〔如采用对称构造，静环背部 设立平衡腔等〕，采用串联式或三端面构造， 采用平衡型密封。 2〕零件构外型式 对于密封中各零件，应设计成有利于对称受力、 抑制变形的的构造方式。采用圆弧过渡防止零 件断面面积突变，增大零件截面，提高零件加 工精度。

　　对于高压机械密封，应设置介质冲洗和静环背部急 冷安装。对于双密封和多端面密封，应设置缓冲阻 塞液循环系统。与通用型密封比，应加快循环，增 大缓冲阻塞液的循环量，并在循环管路中安装换热 器。循环可以经过密封腔内部的泵送环来实现。

　　〔4〕合理选取零件材质 高压密封摩擦副中碳石墨的强度及刚度是设计中的 关键，碳石墨环变形是影响其性能的重要要素。摩 擦副的硬环资料〔如硬质合金、碳化硅等〕的强度 比碳石墨资料高一个数量级，因此硬环的强度与刚 度均能满足要求，但是这些资料一旦变形就不易复 原，设计时应留意热变形以及抗冲击性能。过高的 负荷，特别是可变的密封压力，会引起端面变形， 即使微米级的变形也将影响密封的性能。

　　按照JB/4127.2机械密封分类规范，当密封腔体压 力超越3MPa时所采用的机械密封就属于高压机 械密封；密封端面平均线m/s被定 义为高速机械密封。

　　高压高速密封可以采用浮环密封，机械加浮环密 封，干气密封，金属波纹管等很多方式的密封。 此处仅研讨弹簧式机械密封。