碳環(huán)密封屬于非接觸式密封裝置，是浮環(huán)密封的一種形式 。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。碳環(huán)密封的工作原理與浮環(huán)密封相同，不同的是其浮環(huán)材料采用非金屬石墨環(huán)材料 。碳環(huán)密封的結(jié)構(gòu)包括環(huán)形密封腔和環(huán)形軸套(軸套也可不使用)。密封腔內(nèi)至少裝有兩個(gè)截面為矩形的環(huán)形石墨密封環(huán)(也叫碳環(huán) )，通過(guò)控制碳環(huán)內(nèi)徑與環(huán)形軸套之間的間隙來(lái)達(dá)到密封效果 。碳環(huán)和軸之間的單邊間隙通常取為3～10μm，密封介質(zhì)可以為空氣、N?、CO?、氨氣等 。

一、碳環(huán)

碳環(huán)相當(dāng)于浮環(huán)密封中的動(dòng)環(huán)，材質(zhì)為炭精 。碳環(huán)材料按照J(rèn)B／T9580規(guī)定分兩類(lèi)：機(jī)械用碳類(lèi)和特種石墨類(lèi) 。機(jī)械用碳類(lèi)碳環(huán)采用的浸漬物為環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、巴氏合金、鋁合金、銅合金等。特種石墨類(lèi)碳環(huán)主要采用硅作為浸漬物，硬度較大。

碳環(huán)應(yīng)做水壓試驗(yàn)，持續(xù)10min不得有滲漏 。碳環(huán)加工不允許有裂紋、氧化、分層、貫穿性麻點(diǎn)等缺陷。碳環(huán)結(jié)構(gòu)可以為整體式，也可以為分瓣式，常見(jiàn)的為三瓣式。碳環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2所示，整體式碳環(huán)結(jié)構(gòu)，安裝方式為從軸向安裝。三瓣式碳環(huán)結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)用彈簧箍在一起，安裝在密封腔體內(nèi)。多瓣式碳環(huán)結(jié)構(gòu) [1]，切割成多段的密封圈合圍成一個(gè)圓環(huán)，被切割的每段密封環(huán)的切口為斜切口，且每段切口是沿著同一方向進(jìn)行平均切割，斜切口的切線為密封環(huán)內(nèi)圓周的圓周切線，保證密封環(huán)在磨損之后碳環(huán)沿著斜切口向內(nèi)滑移貼近軸套。使密封間隙保持不變。具有自動(dòng)補(bǔ)償能力的無(wú)間隙碳環(huán)形式，其作用原理與圖2(c)相似，均利用碳環(huán)圓周槽上的碳環(huán)實(shí)現(xiàn)碳環(huán)的自動(dòng)補(bǔ)償。

碳環(huán)的肖氏硬度為459OHS。碳環(huán)在高溫高壓下與旋轉(zhuǎn)軸接觸容易導(dǎo)致軸的疲勞磨損 ，因此經(jīng)常在軸外設(shè)置軸套 。并將軸套接觸表面進(jìn)行硬度處理，涂三氧化二鋁或者三氧化二鉻，或者采用純鉻涂層 。當(dāng)轉(zhuǎn)速和壓力不高時(shí)?？芍苯訉?duì)軸表面進(jìn)行涂層處理，以提高軸的接觸硬度，達(dá)到保護(hù)旋轉(zhuǎn)軸的目的。軸套外表面涂有耐磨層，涂層材料一般為三氧化二鋁或 三氧化二鉻 。碳環(huán)密封用于密封易燃、易爆、有毒等有害氣體時(shí)，密封腔內(nèi)可以充入緩沖氣，通常為惰性氣體氮?dú)?，以保證氣體的零泄漏。碳環(huán)在一120℃時(shí)因本身的自潤(rùn)性降低，影響與軸的配合，會(huì)降低密封效果。專(zhuān)利 CN202001607U介紹了一種可用于低溫密封的碳環(huán)結(jié)構(gòu)，主要是在碳環(huán)密封座的外圓周上添加鋁制(也可為銅制)的加熱環(huán)，用抱箍和螺栓對(duì)加熱環(huán)進(jìn)行固定，加熱環(huán)內(nèi)布有電加熱管線，與外部加熱控制電源相連，通過(guò)溫控儀控制整個(gè)密封的使用溫度 。

二 、碳環(huán)加工方法

流體在通過(guò)碳環(huán)密封時(shí)是通過(guò)逐級(jí)節(jié)流降壓實(shí)現(xiàn)密封的，故在碳環(huán)組裝前通過(guò)人工研刮碳環(huán)內(nèi)徑來(lái)控制其與主軸的間隙，使間隙在技術(shù)要求數(shù)值范圍內(nèi)。碳環(huán)有一定的硬度，新備件碳環(huán)留有加工余量，多采用機(jī)加工來(lái)替代人工研刮，以提高加工精度。整體式碳環(huán)的加工精度可通過(guò)控制加工速度、進(jìn)刀量和加強(qiáng)冷卻的方法來(lái)保證。對(duì)于分瓣式碳環(huán)需要采用專(zhuān)用工裝才能保證加工精度。專(zhuān)用工裝應(yīng)保證精度定位與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。夾緊力與支撐點(diǎn)要對(duì)應(yīng) 。