机械密封（Mechanical Seal）又称端面密封，是旋转轴用动密封。机械密封是一种用于旋转设备（如泵、压缩机、搅拌器）的轴封装置，目的是防止工作介质（液体或气体）沿转轴泄漏，同时防止外部杂质进入设备内部。它是现代工业中应用广泛、性能可靠的一种轴封形式。

一、 机械密封的基本原理

机械密封的核心原理是利用两个精密的、极平坦的密封端面（一个旋转，一个静止） 在介质压力和辅助密封（如弹簧、波纹管）的压紧力作用下紧密贴合，并保持一层极薄的流体膜（可以是液体或气体），从而实现相对旋转运动下的动态密封。这层流体膜起着润滑、冷却和平衡压力的作用。

关键组成部分及其作用

1. 旋转环（动环）： 安装在旋转轴上，随轴一起转动。其端面是主要的密封面之一。

2. 静止环（静环）： 固定在设备壳体（压盖）上，不随轴转动。其端面与动环端面配对形成主密封面。

3. 主密封端面： 动环和静环相互接触（实际是微米级液膜分隔）的精密研磨平面。这是阻止泄漏的主要屏障。

4. 辅助密封件（O型圈、楔形环、垫片等）：

   • 在动环与轴（或轴套）之间、静环与压盖之间提供静态密封，防止介质从这些部位泄漏。

   • 补偿少量的轴向位移和振动。

5. 弹性元件（弹簧、波纹管、金属波纹管等）：

   • 提供初始压紧力： 确保密封端面在设备启动前就能紧密贴合。

   • 补偿端面磨损： 随着密封端面的轻微磨损，弹性元件能自动推动动环（或静环）向前移动，维持端面贴合。

   • 缓冲振动和轴向窜动。

6. 传动机构（销、键槽、突耳等）： 确保旋转环随轴一起旋转，不发生相对转动。

7. 防转机构： 防止静止环随轴转动。

8. 密封腔（压盖）： 容纳机械密封组件的空间。

工作过程简述

当设备运行时，旋转轴带动动环旋转。在弹簧力（或其它弹性元件力）和密封腔介质压力的共同作用下，动环端面与静环端面紧密贴合，形成极薄的液膜。这层液膜在摩擦热和剪切力的作用下形成特定的流体动压或流体静压效应，既防止了介质的大量泄漏（泄漏量极小，表现为微量蒸发或滴漏），又润滑了密封端面，带走摩擦热。辅助密封件则阻止了介质沿轴向其他路径泄漏。

二、 机械密封的主要特点

优点

1. 泄漏量极小：

   • 这是机械密封突出的优点。正常工作时，其泄漏量远低于传统的填料密封（盘根），通常仅为后者的1%甚至更低。理想状态下可实现“零泄漏”或仅有微量蒸汽逸出，符合严格的环保和安全要求。

2. 使用寿命长：

   • 在正确的选型、安装和使用条件下，机械密封的使用寿命可达数千甚至上万小时，比填料密封长得多，大大减少了维护频率和备件成本。

3. 摩擦功耗低：

   • 密封端面间的液膜润滑大大降低了摩擦系数，其功耗通常仅为填料密封的10%-50%，节能效果显著，尤其对于大功率设备。

4. 轴（或轴套）无磨损：

   • 机械密封的轴向压紧力作用在密封端面上，而不是像填料密封那样直接抱紧在轴上，因此避免了轴或轴套的磨损，延长了主轴寿命。

5. 适用范围广：

   • 压力范围宽： 从真空到超高压（可达数百兆帕）。

   • 温度范围宽： 从深冷到高温（-200°C 到 +1000°C，取决于材料和结构）。

   • 转速高： 可适应高速旋转设备（线速度可达100m/s以上）。

   • 介质适应性强： 通过选择合适的端面材料（碳化硅、硬质合金、石墨、陶瓷等）和辅助密封材料（氟橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨、金属等），可以密封各种腐蚀性、有毒、易燃易爆、含颗粒、高粘度或易结晶的介质。

6. 无需经常调整：

   • 依靠弹性元件自动补偿端面磨损，在运行期间一般不需要像填料密封那样频繁拧紧压盖。

7. 耐振性好：

   • 设计良好的机械密封能够承受一定的振动和轴向窜动。

缺点

1. 结构复杂，制造成本高：

   • 相比简单的填料密封，机械密封零件多、精度要求高（特别是密封端面的平面度、光洁度要求极高），因此初始购置成本较高。

2. 安装和维修要求高：

   • 安装精度要求严格（如轴向窜动量、径向跳动量、轴套间隙等），需要专业工具和技能。维修更换也比填料密封复杂，通常需要拆卸设备。

3. 故障处理较困难：

   • 一旦发生故障（如突然泄漏增大），现场快速判断原因和修复有时较困难，可能需要停机和拆解检查。

4. 对介质清洁度有一定要求：

   • 虽然双端面密封或带冲洗方案可以处理含颗粒介质，但颗粒物仍会增加密封端面磨损甚至划伤的风险。需要配备相应的过滤或冲洗系统。

5. 干运转风险：

   • 某些类型的机械密封（特别是依靠被密封介质润滑的）在介质断流或空转时，密封端面可能因缺乏润滑液膜而发生干摩擦，导致瞬间高温和严重损坏。需要采取预防措施（如双端面密封、外供冲洗液、干运行保护）。

三、 典型应用

机械密封广泛应用于各种旋转设备中，特别是：

• 各种离心泵、旋涡泵、转子泵（化工、石油、制药、食品、电力、水处理等行业）。

• 离心式压缩机、鼓风机。

• 反应釜、搅拌器、混合器。

• 船舶推进器轴、潜水电机。

• 汽车水泵、空调压缩机。

• 真空设备。

总结

机械密封通过精密配合的旋转端面在流体膜润滑下实现动态密封，其核心优势在于泄漏量极小、寿命长、功耗低、对轴无磨损。尽管存在结构复杂、成本较高、安装维修要求高等缺点，但其卓越的密封性能和广泛的适用性使其成为现代工业中旋转设备轴封的首选解决方案，尤其是在要求严格密封、长周期运行、节能环保的关键场合。选择合适的机械密封类型、材料和辅助系统（如冲洗、冷却、保温）对于其可靠运行至关重要。但是机械密封也具有缺点：1、结构较复杂，对制造加工要求高；2、安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安 装技术水平；3、发生偶然性事故时，处理较困难； 4、一次性投资高。