碳环密封属于非接触式密封装置，是浮环密封的一种形式 。其结构如图1所示。碳环密封的工作原理与浮环密封相同，不同的是其浮环材料采用非金属石墨环材料 。碳环密封的结构包括环形密封腔和环形轴套(轴套也可不使用)。密封腔内至少装有两个截面为矩形的环形石墨密封环(也叫碳环 )，通过控制碳环内径与环形轴套之间的间隙来达到密封效果 。碳环和轴之间的单边间隙通常取为3～10μm，密封介质可以为空气、N₂、CO₂、氨气等 。

一、碳环

碳环相当于浮环密封中的动环，材质为炭精 。碳环材料按照JB／T9580规定分两类：机械用碳类和特种石墨类 。机械用碳类碳环采用的浸渍物为环氧树脂、酚醛树脂、巴氏合金、铝合金、铜合金等。特种石墨类碳环主要采用硅作为浸渍物，硬度较大。

碳环应做水压试验，持续10min不得有渗漏 。碳环加工不允许有裂纹、氧化、分层、贯穿性麻点等缺陷。碳环结构可以为整体式，也可以为分瓣式，常见的为三瓣式。碳环结构如图2所示，整体式碳环结构，安装方式为从轴向安装。三瓣式碳环结构，安装时用弹簧箍在一起，安装在密封腔体内。多瓣式碳环结构 [1]，切割成多段的密封圈合围成一个圆环，被切割的每段密封环的切口为斜切口，且每段切口是沿着同一方向进行平均切割，斜切口的切线为密封环内圆周的圆周切线，保证密封环在磨损之后碳环沿着斜切口向内滑移贴近轴套。使密封间隙保持不变。具有自动补偿能力的无间隙碳环形式，其作用原理与图2(c)相似，均利用碳环圆周槽上的碳环实现碳环的自动补偿。

碳环的肖氏硬度为459OHS。碳环在高温高压下与旋转轴接触容易导致轴的疲劳磨损 ，因此经常在轴外设置轴套 。并将轴套接触表面进行硬度处理，涂三氧化二铝或者三氧化二铬，或者采用纯铬涂层 。当转速和压力不高时。可直接对轴表面进行涂层处理，以提高轴的接触硬度，达到保护旋转轴的目的。轴套外表面涂有耐磨层，涂层材料一般为三氧化二铝或 三氧化二铬 。碳环密封用于密封易燃、易爆、有毒等有害气体时，密封腔内可以充入缓冲气，通常为惰性气体氮气，以保证气体的零泄漏。碳环在一120℃时因本身的自润性降低，影响与轴的配合，会降低密封效果。专利 CN202001607U介绍了一种可用于低温密封的碳环结构，主要是在碳环密封座的外圆周上添加铝制(也可为铜制)的加热环，用抱箍和螺栓对加热环进行固定，加热环内布有电加热管线，与外部加热控制电源相连，通过温控仪控制整个密封的使用温度 。

二 、碳环加工方法

流体在通过碳环密封时是通过逐级节流降压实现密封的，故在碳环组装前通过人工研刮碳环内径来控制其与主轴的间隙，使间隙在技术要求数值范围内。碳环有一定的硬度，新备件碳环留有加工余量，多采用机加工来替代人工研刮，以提高加工精度。整体式碳环的加工精度可通过控制加工速度、进刀量和加强冷却的方法来保证。对于分瓣式碳环需要采用专用工装才能保证加工精度。专用工装应保证精度定位与设计基准重合。夹紧力与支撑点要对应 。