一、第一章概述
机械密封是旋转轴用动密封，分为接触式和非接触式两种，目前多数采用接触式机械密封，而非接触式机械密封正在发展之中，并已引起人们注意。机械密封是机器上的非功能性零部件，但它在减少泄漏，稳定生产上起了很大作用。
根据石油化工行业调查，当今有80～90%的离心泵轴封采用机械密封。凡高温、高压、高速和腐蚀、有毒、易燃、易爆及工作条件苛刻的场合几乎都采用机械密封。所以，机械密封已成为离心泵最主要的轴封方式。
第一节机械密封发展概况
机械密封最早于1885年在英国发明并获专利，至1900年开始用。1876年第一台氨冷冻机出现以及空气分离技术的发展，直到本世纪20年代，机械密封在冷冻机装置上才得到较多应用。因此，世界上著名的密封公司如英国克兰密封公司(CranePackingLtd.)、德国Pacific公司(Pacific-WietzGmbH)在1923年就从事机械密封件生产，美国杜拉密封公(DurametallicCo.)于1934年正式生产机械密封。起步较晚的日本比拉公司()在1950年研究开发并于1954年生产机械密封。
由于第二次世界大战和石油化工工业发展，减少泄漏，节省能源成为形势所需。因此，汽车制造业、泵制造业和石油化工企业广泛采用机械密封.
机械密封在美国是1945年普及，在日本是1955年普及。德国对机械密封的研究使用较早，但因战争影响，直到战后才重新整顿发展，目前在密封理论研究方面又处于世界领先地位。
我国从50年代开始对机械密封进行研究、制造并在炼油行业采用，自1958年以来离心油泵上大部分改用机械密封。1966年我国筹建第一家专业生产机械密封的工厂一天津机械密封件厂(现与英国克兰密封公司合资经营改为天津克兰密封有限公司)，继而成立了天津机械密封研究所。以后，沈阳水泵厂、沈阳机械密封研究所、上海水泵厂、北京化工机械厂等单位以及军工企业、地方和乡镇企业相继建立并生产机械密封。目前全国拥有
生产机械密封的大小厂家近100家。年产各种类型的机械密封数10万套，广泛用于各个工业部门。
经过多年的生产实践证明：机械密封具有密封性能好，工作寿命长，摩擦损失小，运转可靠，相对经济性好等特点，在消除“跑、冒、滴、漏”，改进设备运行状况和操作条件方面起了重要作用。所以，目前炼油厂工艺介质泵80%以上采用机械密封。
随着机械密封应用范围日益扩大，各国相应的机械密封标准也随之产生，如西德DIN24960，英国BS5257(第三章)，日本JISB2405等机械密封标准，美国API610有关泵用机械密封和冲洗管线的规定。
为了统一机械密封密封腔规格，国际标准化机构制订了ISO3069机械密封密封腔尺寸，已被西德Burgmann、西德Pacific--Wictz、英国Crane、日本Pillar、日本Eagle等公司采用。
我国在1975年就制订了泵用机械密封标准，1978年又制订了釜用机械密封标准。现在经机电部合肥通用机械研究所、化工部兰州化工机械研究院、中国船舶总公司等单位组织先后制订了29种机械密封标准和技术条件，如表1-1所示。
表1-1国内机械密封标准和规范
密封学是涉及多门学科的边缘科学，这门学科至今尚未完全形成，各国密封工作者不断对此进行研究和探讨。我国石油大学、北京化工学院、天津大学等院校和有关研究部门同样对密封理论进行研究和探讨，如机械密封摩擦副环的动态热应力和端面热裂机理，机械密封PV值，机械密封性能试验，辅助系统对密封寿命的影响等。
机械密封为何能得到如此广泛应用，除了理论指导，设计改进之外，更重要的是摩擦副材料研究开发的结果。从引进的机械密封可以看出，多种多样适合工艺介质的材料，使密封达到预期效果。我国用于机械密封的材料品种虽然没有国外那么多，但结合国情的密封材料不断出现。例如，用于强碱的硬质合金环，氮化硅密封环，各种氧化铝陶瓷环等；在石墨制品方面，以哈尔滨、上海、四川东新三大电碳厂为代表，生产机械密封用的石墨制品系列产品，基本上能满足国内密封件的需要。与比同时，我国在自我发展的基础上，吸收、引进国外先进技术。例如，天津机械密封件厂与英国克兰密封公司合资经营引进计算机设计和管理技术，生产克兰公司59U、59B、109、209、10T等系列产品；浙江省奉化机械密封件厂引进日本Eagle公司碳化硅密封环制造技术，现已批量生产。其它厂则在引进西德Burgmann公司技术和美国EGGSealol公司技术。
我国生产机械密封已有20多年，定型的机械密封品种有10多种，为生产作出一定成绩。不过，国内的机械密封与国外相比还有一定的差距，为便于了解目前国内外机械密封有关参数，列表如下：
表1-2国内外机械密封有关性能比较表
我国机械密封不但在性能上与国外相比有差距，而且在产品品种规格上也不如国外专业密封公司品种规格多。例如，我国专业机械密封厂产品型号比较多的也仅10个系列，而英国克兰公司A~F六组产品就达44个系列，西德布格曼公司机泵用机械密封有17个系列，釜用有6个系列，而且系列内还有子系列。
必须指出，差距并不局限于密封性能和品种方面，管理上差距更是值得重视的问题。国外密封公司都有完整的产品代号和材料代号系统，并和设计图纸相对应。系列化、标准化生产，通用性强，生产灵活，产品既符合标准规范又满足用户要求。
当前机械密封发展趋势可分为以下几点:
1.窄面密封，提高密封性能，减少摩擦发热；
2.向高PV值方向发展，适应高速、高压的要求；
3.串联式双端面、多端面以及复合式密封的应用(如普通机械密封与波纹管密封合用)；
4.低温和极低温密封;
5.高粘度，含颗粒介质的密封；
6.安全可靠性更高的密封，如核电站泵用机械密封；
7.特种材料和最适宜的配对材料以及易于成形材料的研究(主要兴趣集中于新型陶瓷上)；
8.密封端面形状的改进；
9.便于装卸的和剖分式密封的应用；
10.焊接波纹管和多层(二层、三层)波纹管的应用；
11.密封面泄漏量检测及报警装置的应用；
12.管理科学化、系统化的研究。
第二节机械密封的工作原理、结构和分类
（一）机械密封的工作原理
机械密封是用于旋转轴的动密封，又称端面密封，其主要特点是密封面垂直于(或大致)旋转轴线，并且由弹性元件、辅助密封圈等构成的轴向磨损补偿机构。因此，也有简称机械密封为：“轴向滑动环密封”。由于对机械密封的说法众多，国际上尚无统一规定，现摘录国家标准GB5894-86中有关机械密封的说明：”机械密封’(端面密封)--由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下
保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。“
当然，机械密封的定义或术语可能会随着机械密封的发展有所改变。例如，已有密封端面为锥面的机械密封出现，各种类型波纹管机械密封推广使用，对辅助密封的含义也会有所延伸。尽管机械密封的结构多种多样，但其工作原理基本相同。
机械密封的工作原理就是以两个相互贴合，平的与旋转轴线垂直的密封表面，并相对
转动的密封装置。它是靠弹性元件(如弹簧或波纹管)和密封介质的压力，随轴旋转的动环和不随轴旋转的静环的接触端面上产生适当的压紧力，使这两个接触端面紧密贴合，端面间维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目的。
机械密封一般有4个密封点，如图1-1所示A、B、C、D点。A点为端面密封点，B点为静环与压盖端面之间的密封点，C点为动环与轴(或轴套)配合面之间的密封点，D点为压盖与机体(密封箱体)之间的密封点。除A点为动密封，B、C、D点均为静密封。
由上述可知，本手册所列举的机械密封是指接触式机械密封。
（二）机械密封的基本结构
机械密封发展很快，新结构层出不穷，但是，无论泵用和釜用机械密封其基本结构由以下4个部分组成（见图1-1）1.端面密封环(摩擦副)--动环和静环；
2.缓冲补偿和压紧机构(弹性元件)--由弹簧、波纹管或波纹管加弹簧组合而成：
3.辅助密封--端面密封环以外的防泄漏密封圈(如O形、V形、楔形圈域密封垫：
4.传动件一如弹簧座、固定螺钉、推环、传动销等。
以上4个部分构成机械密封组件。此外，为提高机械密封的密封效果和延长使用寿命，附加循环、节流、冲洗冷却、阻封和杂质过滤等辅助装置。
图1-2(a)~(f)所示为石油化工系统通用的机械密封结构。
图1-2仅列举几种机械密封结构，通常，各密封公司以单端面结构为基础，通过不同类型的零件或部件组合成各种各样的机械密封结构，以适应不同工艺条件和介质的要求。例如，双端面、多端面或混合式密封以及适用于特种用途的密封，可由单端面密封组合而成。
关于扬子石油化工公司引进装置采用的机械密封结构，详见第三章国外密封公司机械密封产品简介中实例部分。
（三）机械密封的分类
机械密封根据主机用途、作用原理、结构特点、工况条件等可分成多种类型，各国说法不一，迄今国际上对机械密封的系统分类以及种类、形状的名称还无统一规定。
我国新颁布的专业标准ZBJ22001-88《机械密封分类方法》，它按用途、原理、结构、工况和轴径等分类，是比较全面的分类方法。
从实用角度，通常将机械密封分成：平衡型和非平衡型；单端面和双端面；大（单）弹簧和小(多)弹簧；外装式和内装式；组合形式是背对背还是串联式；用途上是泵用还是釜用几种。
将机械密封分成各类是便于了解机械密封的结构和功能。表1-3所列举的是常规的机械密封分类方法，比较切合实用。
扬子石油化工公司引进装置使用机械密封的型号和结构类型见表2-4。
表1-3机械密封类型
