3.2 离心泵
在过程工业中，离心泵是使用最广泛的泵。离心泵的特点是结构简单、流量均匀，可用耐腐蚀材料制造，且易于调节和自控，因此在过程工业生产中占有特殊的地位。
3.2.1 离心泵的工作原理和特性
在过程工业中使用的各种泵，其作用一般来说是把所需要的一定量的液体打到工艺所要求的高度，或送入有一定压力的容器。这种在单位时间内所输送的液体量即为泵的流量，其单位通常用L/s或m3/h表示。所要求的高度或所要求的压力，即相当于泵的扬程。实际扬程加上输送液体的管路内各种损失压力，即为泵的总扬程，单位通常用m（液柱高度）来表示。
3.2.1.1 工作原理
离心泵开泵之前，打开出入管道阀，泵体内应充满流体；当泵叶轮转动时，叶轮的叶片驱使流体一起转动，使流体产生了离心力。在此离心力的作用下，流体沿叶片流道被甩向叶轮出口，经扩压器、蜗壳送入排出管。流体从叶轮获得能量，使压力能和速度能增加，当一个叶轮不能满足流体足够能量时，可用多级叶轮串联，获取较高能量。
在流体被甩向叶轮出口的同时，叶轮中心入口处的压力显著下降，形成了瞬时真空，入口管的流体经泵吸入室进入叶轮中心。当叶轮不停地旋转时，流体就不断地被吸入和排出，将流体送到管道和容器中。
离心泵的工作过程，就是在叶轮转动时将机械能传给叶轮内的流体，并转换为流体的流动能；当流体经过扩压器时，由于流道截面变大，流速减慢，使一部分动能转换成压力能，流体的压力就升高了。所以流体在泵内经过两次能量转换，即从机械能转换成流体动能，该动能又部分地转换为压力能，从而泵就完成了输送液体的任务。
3.2.1.2 离心泵的特性
（1）流量和口径
泵的流量是指单位时间内排到管路系统的液体体积，由装置所需要的流量来确定。一般来讲，应根据流量选择泵的口径和确定泵的数量。泵的吸入口径与流量的关系如图3-3所示。
图3-3 泵的吸入口径与流量的关系
（2）总扬程
扬程也叫压头，是指离心泵对单位重量液体所提供的有效能量。泵的作用是从吸入液面吸入液体，将其输送到排出液面。此排出液面与吸入液面的压力差加上两个液面的垂直距离叫做泵的实际扬程，用ha表示。为了向具有这一实际扬程的位置抽送液体，泵所产生的扬程叫总扬程，用H表示。
上述关系如图3-4所示。
图3-4 泵的扬程说明
泵的总扬程，除实际扬程外还要加上速度头、管路和管件的摩擦损失水头，故可用下式表示：
（3-1）
式中 H——总扬程；
hv——排出管末端的残余速度头，m，
；
hf——管路的摩擦损失水头，m；
ha——实际扬程，
；
pd——作用于排出液面的静压力（表压），MPa；
ps——作用于吸入液面的静压力（表压），MPa；
hd——从泵中心到排出液面的垂直距离，m；
hs——从泵中心到吸入液面的垂直距离，m。
若对已安装泵的实际总扬程进行考核，则现场工程师可根据下式进行计算：
（3-2）
式中 H——泵的实际考核总扬程，m；
p泵——泵出口压力，MPa；
p真——泵吸入口的真空度，MPa；
u2——泵出口流速，m/s；
u1——泵入口流速，m/s；
h——泵出入口位差，m；
ρ——液体密度，kg/cm3；
g——重力加速度，m/s2。
3.2.1.3 泵的转速和比转数
泵的转速即每分钟运转的次数，单位用r/min表示。在转速一定的情况下，泵的流量、扬程、功率亦为一定值；反之，亦随之变化。当用电机驱动泵时则同步转速用下式表示：
（3-3）
式中 p——电机极数；
f——频率，Hz；
n——同步转速，r/min。
对于同步转速若考虑2%～5%的转差率，则可选定泵的实际转速n'，根据最高效率的流量和总扬程，泵的比转数为：
（3-4）
式中 ns——泵的比转数；
n'——泵的实际转速，r/min；
Q——泵的流量，m3/min；
H——泵的总扬程，m。
对于双吸泵，则有：
（3-5）
对于多级泵，则有：
（3-6）
式中 z——泵的级数。
比转数的意义是在相似条件下，改变一个叶轮的大小使之在单位总扬程下获得流量时的每分钟的转数。它表示叶轮的相似性。也就是说，对于形状相似的叶轮，不论大小，比转数ns的值是一定的。
比转数是泵设计中具有重要意义的数值。比转数大，则泵的流量大而扬程低；比转数小，则泵的流量小而扬程高。当泵的出口管径相同时，如果两台泵的流量相似，则比转数小的扬程小，轴功率的消耗也大。一般来说，比转数小的离心泵，叶轮出口宽度窄，外径大，叶片所形成的流道窄而长；比转数大的离心泵，叶轮出口宽，外径小，流道短而宽。
为了生产的方便，设定泵运行的参数指标可从图3-5中查出泵的比转数。例如：一泵的扬程为18m，流量为50m3/min，转速为900r/min，查该泵的比转数是多少？根据图3-5查纵坐标扬程18m，作水平线交于流量为50m3/min的线上，再作垂直线交于转速为900r/min的线上，之后作水平线，可知其比转数为ns=730。
图3-5 比转数ns
3.2.1.4 泵的特性曲线
离心泵的流量Q、扬程H、功率P和效率η是泵的基本性能参数，它们之间存在一定的关系，将这些关系整理后用曲线表示出来，即为泵的特性曲线。假定泵的最高效率点的值为100%，用相对该值的流量比、扬程比、功率比的形式表示泵的特性曲线，如图3-6所示。
图3-6 离心泵的特性曲线
（1）Q-H曲线
离心泵的流量和扬程之间的关系曲线叫流量-扬程曲线，用Q-H表示。当流量不大时，扬程近似不变；流量增加到一定值时，扬程开始降低。扬程降低的快慢与该泵的比转数有关，比转数小的则下降慢些，比转数大的则下降快些。
（2）Q-P曲线
离心泵的流量和功率之间的关系曲线叫流量-功率曲线，用Q-P表示。流量和功率为正比例关系，即当流量增加时功率也增加。增加的快慢与比转数有关，比转数越小，流量增加后功率增加越快；比转数越大，流量增加后功率增加越慢。
（3）Q-η曲线
离心泵的流量和效率之间的关系曲线叫流量-效率曲线，用Q-η表示。当泵的流量为“0”时，效率也为“0”，随着流量的增加，效率值也增加，但增加到一定值后又开始下降了，开始下降的最高点叫最高效率区。高效区与比转数有关，比转数小的，高效区宽，泵的使用范围大；比转数大的，高效区窄，泵的使用范围也小。
泵在运行过程中有时需要对泵的工况点进行调节。泵的工况点是泵特性曲线与管路特性曲线的交点，可以通过改变泵的特性曲线或改变管路特性曲线两种途径来改变工况点。
泵特性曲线的调节可以通过调节转速、切割叶轮外径、改变前置导流叶片角度、改变半开式叶轮叶片端部间隙、串联和并联来实现。管路特性曲线的调节可以通过开闭闸阀、调节液位、旁路分流来实现。
3.2.1.5 离心泵的汽蚀
离心泵的叶轮在高速旋转时产生很大的离心力，液体在离心力的作用下使泵的入口处产生低于大气压的真空度，这种运动液体的压力降低到在该温度下的液体汽化压力时，液体就开始汽化形成气泡。还有，当压力降低时，溶解在液体中的气体常在汽化之前释放出来，形成气泡。这样，在运动的液体中形成的气泡随液体一起流动。当气泡达到静压超过饱和蒸气压区域时，气泡中的气体又突然凝结而使气泡破灭。当气泡破灭后，周围的液体以高速向气泡中心运动，这就形成了高频的水锤作用，打击叶轮表面，并产生噪声和振动。这种气泡的产生和破灭过程反复进行，就对这一区域的叶轮表面产生破坏作用，使泵流量减少、扬程下降、效率降低等。这种现象就叫汽蚀现象。
离心泵中最易发生汽蚀的部位有：①叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；②压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；③无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间密封间隙以及叶梢的低压侧；④多级泵中第一级叶轮。
为避免泵的汽蚀现象，应选择抗腐蚀材料，或者在叶轮上涂环氧树脂，刷防腐油漆等防腐蚀材料，同时在设计和安装泵时，要考虑吸入真空度、吸入高度及液体的流动速度等因素。
3.2.1.6 离心泵特性的改变
在过程工业生产中由于投产后工艺参数随生产的发展有不少的改变，或者说，按原设计条件选用的泵必须改变其特性方可适用于实际生产。
（1）改变泵转速后其他性能的变化
离心泵改变转速后，其扬程、流量、轴功率也发生相应的变化，在实际运行中可应用离心泵的比例定律改变泵的特性。泵的比例定律可用下式表示：
（3-7）
（3-8）
（3-9）
式中 n1，H1，Q1，P1——泵原来的转速、扬程、流量、功率；
n2，H2，Q2，P2——泵改变后的转速、扬程、流量、功率。
（2）切削泵叶轮尺寸后其他性能的变化
离心泵的叶轮直径如果因出口压力高而需减少，则其扬程、流量、轴功率也会发生相应的变化，可用离心泵的切割定律来实现。切割定律可用下式表示：
（3-10）
（3-11）
（3-12）
式中 D1，Q1，H1，P1——泵原来的叶轮直径、流量、扬程、功率；
D2，Q2，H2，P2——泵叶轮切割后的叶轮直径、流量、扬程、功率。
泵叶轮直径切削较大时，效率也有明显下降。一般的叶轮切削量可参考表3-3。
表3-3 泵叶轮切削量比较
3.2.1.7 离心泵轴向力的平衡
不管是单蜗壳泵还是双吸泵、多级泵，在实际运行中均出现过振动，经频谱分析，大多为轴向力或径向力不平衡所致。造成轴向力、径向力不平衡的原因是多种多样的，有的是轴强度不够，有的是键槽开得不规范，有的是叶轮两侧盖板变形等。
（1）单级泵轴向力的平衡方法
单级泵如果是用在易汽化且有腐蚀性介质的液体中，可制作成双吸泵，或者在叶轮上开平衡孔，或用平衡管与吸入口低压区连通。
（2）多级泵轴向力的平衡方法
在过程工业生产中多级泵用来输送高压力的液体，如锅炉给水、钾碱液等，对于轴向力在设计和制造时，一般做成偶数叶轮，并作对称布置，如图3-7所示。
图3-7 多级叶轮布置方式
如果根据制造工艺的要求，使叶轮均按一个方向排列，则当计算出轴向力很大时，必须从结构上解决，增加平衡盘或者平衡鼓，或者两者结合起来使用。如图3-8所示。
图3-8 安装平衡盘、平衡鼓的泵
3.2.1.8 离心泵径向力的平衡
如上所述，径向力也是造成振动的重要原因，为消除径向力的影响，必须在泵运行中测定和计算径向力的分布状况。一般对单蜗壳泵来讲，如果轴、叶轮、轴承设计合理，选材适当，又严格按工况运转，是不会因径向力造成不平衡的；但如果偏离了工况，在整个叶轮外圆上压力分布呈不对称状态，迫使叶轮受到径向力的作用，径向力大时，则会造成轴弯曲，当弯曲挠度超过旋转密封件与固定件之间的间隙时，就会产生摩擦，从而产生剧烈的振动。泵轴在交变应力作用下很快发生疲劳破坏。
减少径向力的办法是选用或设计成双蜗壳形式的泵，它可基本平衡径向力，但成本较高，流道制造比较复杂，一般可采用导叶或同心圆泵体。
3.2.2 离心泵的分类
离心泵根据使用目的、介质种类、结构形式的不同可以有很多种分类方法。按流体的吸入方式可以分为单吸式泵和双吸式泵；按级数可以分为单级泵和多级泵；按泵体形式可以分为蜗壳泵和筒形泵。蜗壳泵的壳体呈螺旋形状，是生产中使用最普遍的泵；筒形泵的泵壳呈筒形，能承受高压。
不同形式及用途的离心泵用特定的字母表示，如表3-4所示。
表3-4 泵的代码及形式特征
（1）IS型离心式清水泵
该型泵用于输送清水或物理、化学性质类似于清水的其他液体，液体温度不高于85℃。其性能范围为：流量为6.3～400m3/h，扬程为5～125m。
（2）BL型单级单吸离心泵
BL型泵用于输送清水或物理、化学性质类似于水的液体。这类泵的叶轮轴直接采用电机轴，从而省去了轴承及轴承座，因此有结构简单、体积小、重量轻、装卸方便等优点。
（3）S型单级双吸离心泵
S型泵用于输送清水或物理、化学性质类似于水的液体，液体温度不超过80℃。这类泵流量大、扬程高。
（4）D型分段式多级离心泵
D型泵是卧式、单吸、多级分段式离心泵，用于输送不含固体颗粒、温度低于80℃的清水或物理、化学性质类似于水的液体。泵的入口为水平方向，出口垂直向上。这是一组小流量、高扬程的泵，级数越多，扬程越高。
（5）R型热水循环泵
R型泵用于输送温度低于250℃的不含固体颗粒的高压热水。
（6）G型管道离心泵
G型泵用于输送温度低于80℃、无腐蚀性的清水或物理、化学性质类似于清水的液体。泵可以安装在水平管道或垂直管道中运行，也可多台串联或并联运行。
（7）F型耐腐蚀离心泵
F型泵是单级、单吸、悬臂式耐腐蚀离心泵，用于输送温度为-20～105℃、不含固体颗粒、有腐蚀性的液体。其性能范围为：流量为2～400m3/h，扬程为15～125m。
（8）Y型离心式油泵
离心式油泵主要用于输送不含固体颗粒的石油产品及易燃易爆的化工产品。泵的入口和出口朝上，轴封装置和轴承带有冷却水夹套，正常工作时通冷水冷却，泵壳为后开门式，易于检修。当泵材料为铸铁时，要求流体温度为-20～+200℃；当泵材料为合金钢或铸钢时，要求流体温度为-45～+400℃。
其性能范围为：流量为2～600m3/h，扬程为32～200m。
（9）DM型多级杂质离心泵
DM型泵是单吸多级分段式离心泵，用于输送稍有浑浊的煤水或物理、化学性质类似的液体。
3.2.3 离心泵的主要部件
离心泵主要由吸入和排出部分、叶轮和转轴、轴密封、扩压器和泵壳四大部分组成，主要部件的结构如图3-9所示。
图3-9 离心泵基本组成
1—泵壳；2—扩压器；3—吸入室；4—排出室；5—蜗壳；6—叶轮；7—环；8—轴密封；9—转轴
3.2.3.1 叶轮
（1）叶轮的形状
叶轮是起抽送液体作用的主体，是离心泵最重要的部件。离心泵通过叶轮的离心力作用给予抽送流体以速度能，并将该速度能的一部分转换为压力能，以提高流体的压力和速度，完成泵输送液体的过程。
泵叶轮的形状随着比转数的不同有不同的差别。叶轮按比转数从大到小的顺序和液体在叶轮中流动的方向，可分为径流式叶轮、混流式叶轮、斜流式叶轮、轴流式叶轮，如图3-10所示。
图3-10 比转数与叶轮形状
叶轮按结构可分为闭式叶轮、开式叶轮、诱导轮全开式叶轮、半开式叶轮，如图3-11所示。
图3-11 叶轮形状
①闭式叶轮 闭式叶轮的前面和后面分别由前盖板、后盖板、叶片、轮毂组成，叶轮内形成完全密封的流道。闭式叶轮扬程高、效率高，广泛应用于过程工业中无杂质的流体介质。
②诱导轮全开式叶轮 诱导轮全开式叶轮是在叶轮前部焊接带有螺旋状的“B”形诱导片而制成的，可适用于输送高转速、高扬程、容易汽化的流体。
③半开式叶轮 半开式叶轮没有前盖板，只有后盖板和叶片、轮毂，可用于输送含有固体颗粒的液体。
④开式叶轮 开式叶轮只有后盖板而没有前盖板，后盖板尺寸较小，故扬程较低，多用于输送有磨损介质和泥沙泵。
（2）叶片数量
如上所述，叶轮具有各种形状。叶轮的作用和其中的能量损失与叶片的数量和叶片流道的大小、弯曲、扩散、粗糙度，叶片间的相互重叠，叶片厚度，叶片出口角度，叶片两端的形状等诸多因素有关。
离心泵叶轮叶片数越多，其泵的口径、流量越大，比转数越小；叶片数越少，比转数越大。
若按吸入形式不同，叶轮又可分为单吸式和双吸式。
①单吸式离心泵 单吸式离心泵如图3-12所示。流体只能从一侧吸入，叶轮悬臂支承在转轴上，叶轮受力状态不好，只适用于小流量范围。
图3-12 单吸式离心泵
1—泵体；2—叶轮；3—泵盖；4—泵轴；5—填料；6—轴套；7—填料压盖；8—轴承压盖；9—轴承箱； 10—径向轴承；11—止推轴承；12—油封；13—轴承箱托架；14—V形环；15—托架底板；16—底板丝堵；17—水封环；18—填料套；19—叶轮螺母防松挡片；20—叶轮螺母；21—耐磨环
②双吸式离心泵 双吸式离心泵如图3-13所示。和单吸式离心泵相比，在流量和总扬程相同的情况下，双吸叶轮的比转数小，故一般来说其吸入性能好。双吸式叶轮流体由两侧吸入叶轮，改善了汽蚀性，同时泵转子受力状态也较好。
图3-13 双吸式离心泵
1—联轴器；2—泵轴；3—偏导器盘；4—轴承箱；5—单列轴承；6—油环套筒；7，17—轴承箱端盖；8—机械密封压盖；9—机械密封；10—减压套；11—壳体口环；12—叶轮；13—叶轮口环；14—上壳体；15—下壳体；16—机械密封接管；18—带油环；19—止推轴承；20—轴承锁紧螺母；21—机械密封轴套；22—轴套螺母
另外，还有按级数分的，有单级泵、多级泵；还有按泵轴方向分的，有卧式泵、立式泵；还有按速度能的转换方式分的，有蜗壳泵、透平泵。但不管哪种分类的方式，其结构的工作原理是一样的。
3.2.3.2 泵壳
泵壳是泵结构的中心，其形式也比较多。
（1）水平剖分式
这种形式的泵壳是在通过轴心的水平剖分面上分开的。拆卸泵壳时和吸入、排出管道无关，维修比较方便。
（2）垂直剖分式
这种形式的泵壳是在垂直轴心的平面上剖分的，不易泄漏，当维修时必须拆卸进出口管道，所以维修不如水平剖分式泵壳方便。
（3）倾斜剖分式
这种形式的泵壳是从前端吸入、从上面排出的。该泵壳在通过轴心的倾斜面上剖分，检修时，不必拆卸吸入和排出管道，只拆开上半部泵壳即可检修内部。
（4）筒体式
这种形式的泵是把泵壳制作成筒体式的，对于压力非常高的泵，用单层泵体难以承受其压力，所以采用双层泵体。筒体式泵壳可承受较高压力，其内安装水平剖分式或垂直剖分式的转子。在生产化肥装置中高温高压的锅炉给水泵多是筒体式多级离心泵。
若按支承形式分，泵壳可分为标准支承式、中心支承式、悬臂式、管道式、悬挂式。
（1）标准支承式
这种形式的泵壳一般是卧式的，在泵体两侧带有支脚，支脚用螺栓固定在底座上。
（2）中心支承式
这种形式的泵壳下侧的支脚安装在底座上，可适应输送高温流体时对泵壳产生的热膨胀应力的影响。
（3）悬臂式
这种形式的泵壳是一个整体，并将泵体与吸入盖的组合件安装在轴承托架上，结构紧凑，拆卸方便。
（4）管道式
这种形式的泵壳是作为管道的一部分和管道连接在一起的，并由管道支承。检修时，不需拆下与管道连接的泵体，就可以检修泵的转子和电动机。
（5）悬挂式
这种形式的泵壳装在排出管道上，泵壳在排出管以下的部分悬挂在吸入容器上。该泵壳是垂直剖分式的。
3.2.3.3 填料密封
对于小流量、低扬程的离心泵，用于密封的是填料密封，其密封机理如下：
编织填料安装在填料函内，填料与轴、填料与填料盒内壁接触面之间有一个环形微小间隙。这个间隙的大小是关系到介质泄漏量的主要因素。填料在填料盒内由于压紧力的作用而变形，从而填充了环形间隙，阻止了介质的泄漏。在预紧压力传递下，由于超过阻力所致，使每道填料环受大小不等而方向相同的径向力，如图3-14所示，当径向力大于介质压力时，可以阻止介质泄漏的产生。如用编织填料时，介质的泄漏可能有以下情况：
图3-14 填料密封径向力分布
①填料本身被介质穿透造成泄漏。这就需要选用不能穿透的金属圈和聚四氟乙烯等填料和编织填料混装的办法，防止穿透泄漏。
②填料与轴、填料与填料函的接触面之间的间隙可用填料压盖的预紧力大小来控制，使间隙小到能阻止流体介质通过的程度，就可以防止泄漏。但此预紧力是不好把握的，需要有一定的经验方能处理好。否则，预紧力过大，摩擦力也急剧增加，填料磨损加快，温度升高，填料中的浸渍剂加快磨损，填料体积随之减小，径向密封力下降，很容易造成泄漏。反之，预紧力小于介质压力时，又起不到密封作用。所以在了解了填料密封的机理后，方可按实际情形精心实施密封。
填料密封可有以下结构形式。
（1）压盖式填料密封
压盖式填料密封如图3-15所示，是使用较普遍的填料密封，多用于泵内压力不高或内部几乎不产生负压、无空气吸入的一般水泵。
图3-15 压盖式填料密封
（2）带液封环的填料密封
带液封环的填料密封如图3-16所示，在填料箱中间设置液封，并在两侧装入相同的填料。
放置液封环的目的是：当泵的内部产生负压时，有从压盖处吸入空气的可能，如用压力液体从液封环处注入，即可防止吸入空气。
图3-16 带液封环的填料密封
（3）双重压盖式填料密封
双重压盖式填料密封如图3-17所示，从填料中间的液封环处将内部的高压液体分出来，再返回泵的吸入口或其他低压部分，这样可减轻填料所承受的压力；同时从设在压盖上的另一个液封环处注入压力液，以保持填料受力的平衡。这种形式的填料密封可用于抽送高压、腐蚀性和有毒害的介质，通过双重填料密封，可以防止流体外漏。
图3-17 双重压盖式填料密封
（4）带节流环的填料密封
带节流环的填料密封如图3-18所示，为了不使带压力流体直接作用于填料，而造成填料磨损失效，故在轴封内设置一节流套；该节流套和轴封制造成一体，外部注入干净的液体使其保护填料不致让带杂质流体进入填料内。
图3-18 带节流环的填料密封
（5）带水套的填料密封
带水套的填料密封如图3-19所示，这种形式的密封适用于抽送高温介质的液体。为了防止填料因受热而失效，在轴封部分填料的外部设置冷却室，其内通入冷却水使填料冷却。也有采用如图3-20所示带水套的填料密封的，先使溶液本身冷却，可达到轴套内表面冷却与水套冷却的目的。
图3-19 带水套的填料密封
图3-20 轴套内表面冷却与水套并用的填料密封
还有采用不带甩油环的填料密封的，但在填料制作和安装时充分考虑了填料本身的润滑性，其结构如图3-21所示。
图3-21 不带甩油环的填料密封
为了适用于各种介质的填料材料的开发和应用，轴封的填料密封结构也在不断进行设计更新，应用的范围也更加广泛，填料的制造也由传统的条状改成更可靠的模压形式，这就方便了安装和维修，大大延长了使用寿命。
3.2.3.4 机械密封
机械密封是用来防止旋转轴与机体之间流体泄漏的密封，是由一对垂直于旋转轴线的端面在弹性补偿机构和辅助密封的配合下相互贴合并相对旋转而构成的密封装置。由于其密封面是端面，故也叫端面密封。
（1）机械密封的工作原理
旋转轴的各种类型的机械密封，尽管结构形式不同，但工作原理是一样的。
图3-22所示是一简单的机械密封。旋转轴和装在轴上的动环一起旋转，静环安装在壳体上。轴旋转时，动、静环形成了摩擦副，动、静环之间的间隙决定了工作为某一压力的流体介质的泄漏量。
图3-22 机械密封原理
1—旋转轴；2—动环；3—静环；4—壳体
在机械密封的总体装置中，其密封面（也就是容易造成流体介质泄漏的面）有四处：
①主密封面。如上述的动环和静环形成摩擦副的面，密封流体介质的压力和弹性元件（弹簧、波纹管）的弹力对这一密封面产生一压紧力，使之紧密贴合在一起。在摩擦副两端面之间存在一层很薄的润滑膜，离心泵使用的机械密封的润滑膜处于全液体湿润摩擦状态，端面之间流体润滑膜的压力在不同程度上平衡了端面的预紧力。一般机械密封的端面是镜面，使比压均匀，贴合紧密，达到无泄漏的目的。
②静环与压盖之间的密封面。这个密封面属静密封面，通常按流体的特性选用相应的O形圈进行辅助密封，防止流体从静环与压盖之间产生泄漏。
③动环与轴或轴套之间的密封面。这也是静密封面。对于动环为补偿环的旋转式密封来讲，在端面跳动不同步及磨损时，该辅助密封可做较小的轴向移动，一般用弹簧和波纹管作为辅助密封元件。
④压盖与壳体之间的密封面。这也是静密封面，通常用O形环进行密封，但在安装时，要保证端盖和装静环的端面对轴线的垂直度。
（2）机械密封的结构和零件的功用
机械密封的基本结构如图3-23所示，主要由五部分组成。
图3-23 机械密封的基本结构（旋转式）
1—补偿环；2—补偿环辅助密封圈；3—弹簧；4—弹簧座；5—紧固螺钉；6—非补偿环；7—非补偿环辅助密封圈；8—销钉
①补偿环与非补偿环。补偿环是具有轴向补偿功能的密封环，通称静环，一般不随轴转动，通过弹性体进行补偿。非补偿环是不具有轴向补偿能力的密封环，一般通称动环。两者端面贴合在一起形成密封，起主要密封作用。静环用低硬度材料制成，如浸石墨金属、聚四氟乙烯等，端面较窄；动环用高硬度材料制成，如碳化钨、钴铬钨等，端面较宽。
②弹性元件与弹簧座。弹性元件是指弹簧或波纹管或具有弹性的密封元件，它构成了加载、补偿、缓冲作用的装置，从而能保证机械密封在安装后端面贴合，磨损时及时补偿，振动或窜动时起缓冲的作用。
弹性元件产生的弹力大小必须能够克服补偿辅助密封圈在轴或轴套上滑动时的摩擦阻力；过大的弹性力（预紧力）会使端面磨损加快，严重影响机械密封的性能。弹性元件可以是单个布置的圆锥形螺旋弹簧，也可以多个在腔室内旋转多个周向布置的圆柱螺旋弹簧，也可以是成对的波形弹簧或有伸缩性的波纹管。放置弹簧的腔体可以做成多种形式，但弹簧必须固定地放置在弹簧座内，而且轴向方向和径向方向不允许有振动和窜动。
③弹性元件中还有辅助的密封圈。其中补偿环辅助密封圈可制成O形、V形、凹形的截面，常用来密封补偿环与轴、轴套之间的泄漏面。弹性元件中的辅助密封圈也有非补偿环辅助密封圈，它在轴旋转时，用以密封非补偿环与端盖之间的泄漏，可以制成O形、V形、凹形、“口”形的截面。
④传动机械。该部件由凸轮、凹坑、柱销、拨叉等方式来传动转矩，多设置在弹簧座和补偿环上。
⑤防转机构。一般制作成销钉和防转块，可克服旋转时密封装置松动而强制性的转矩作用。
（3）机械密封的分类
机械密封的分类方法很多，常见的分类如表3-5所示。
表3-5 机械密封的分类
机械密封无论在密封元件上还是在制造装置技术上，发展均较快。
快装式机械密封组越来越广泛地应用到离心泵中，这须从泵的设计制造开始就决定机封的选型。纵观密封技术发展过程，第一代的迷宫式抽充气密封，因泄漏量较大，故运行时维修量大；第二代的浮环密封虽比迷宫充气密封有了很大进步，但不适用于高压力、高压差、高转速的离心泵；第三代的机械密封广泛应用于各种行业的大小机泵上，但机械密封辅助系统（润滑油、冲洗缓冲水等）较为复杂，综合消耗较大；所以又开发出了第四代即干气密封，这是一种流体动、静压结合型的膜润滑的机械密封，其突出特点是非接触式、寿命长、可靠性高、事故停车率低、维护费用低、功率消耗少、泄漏量极小、运行费用低，完全消除了密封油、密封水的复杂管道和设备，占地面积小，重量轻。
（4）离心泵机械密封的选用
离心泵广泛应用于过程工业中，过程工业涉及的流体介质大多是高温、高压和有腐蚀性的，根据工厂变化的工艺条件，选择使用比较适合的机械密封是保证设备正常运行的关键。选择的准则有以下几项：
①主密封环元件的材料应根据压力、转速、化学性质、温度、压差而确定。
②适用于操作温度：
a.动、静环在操作温度下的结构稳定性。
b.密封元件的耐热冲击性。
c.密封面润滑膜的特性。
d.速度、压力下的适用性。
③能避免密封面周围产生过热现象。
④防止工艺液体可能发生的闪蒸、润滑和汽化。