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

一、碳環

碳環相當于浮環密封中的動環，材質為炭精 。碳環材料按照JB／T9580規定分兩類：機械用碳類和特種石墨類 。機械用碳類碳環采用的浸漬物為環氧樹脂、酚醛樹脂、巴氏合金、鋁合金、銅合金等。特種石墨類碳環主要采用硅作為浸漬物，硬度較大。

碳環應做水壓試驗，持續10min不得有滲漏 。碳環加工不允許有裂紋、氧化、分層、貫穿性麻點等缺陷。碳環結構可以為整體式，也可以為分瓣式，常見的為三瓣式。碳環結構如圖2所示，整體式碳環結構，安裝方式為從軸向安裝。三瓣式碳環結構，安裝時用彈簧箍在一起，安裝在密封腔體內。多瓣式碳環結構 [1]，切割成多段的密封圈合圍成一個圓環，被切割的每段密封環的切口為斜切口，且每段切口是沿著同一方向進行平均切割，斜切口的切線為密封環內圓周的圓周切線，保證密封環在磨損之后碳環沿著斜切口向內滑移貼近軸套。使密封間隙保持不變。具有自動補償能力的無間隙碳環形式，其作用原理與圖2(c)相似，均利用碳環圓周槽上的碳環實現碳環的自動補償。

碳環的肖氏硬度為459OHS。碳環在高溫高壓下與旋轉軸接觸容易導致軸的疲勞磨損 ，因此經常在軸外設置軸套 。并將軸套接觸表面進行硬度處理，涂三氧化二鋁或者三氧化二鉻，或者采用純鉻涂層 。當轉速和壓力不高時。可直接對軸表面進行涂層處理，以提高軸的接觸硬度，達到保護旋轉軸的目的。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 。碳環密封用于密封易燃、易爆、有毒等有害氣體時，密封腔內可以充入緩沖氣，通常為惰性氣體氮氣，以保證氣體的零泄漏。碳環在一120℃時因本身的自潤性降低，影響與軸的配合，會降低密封效果。專利 CN202001607U介紹了一種可用于低溫密封的碳環結構，主要是在碳環密封座的外圓周上添加鋁制(也可為銅制)的加熱環，用抱箍和螺栓對加熱環進行固定，加熱環內布有電加熱管線，與外部加熱控制電源相連，通過溫控儀控制整個密封的使用溫度 。

二 、碳環加工方法

流體在通過碳環密封時是通過逐級節流降壓實現密封的，故在碳環組裝前通過人工研刮碳環內徑來控制其與主軸的間隙，使間隙在技術要求數值范圍內。碳環有一定的硬度，新備件碳環留有加工余量，多采用機加工來替代人工研刮，以提高加工精度。整體式碳環的加工精度可通過控制加工速度、進刀量和加強冷卻的方法來保證。對于分瓣式碳環需要采用專用工裝才能保證加工精度。專用工裝應保證精度定位與設計基準重合。夾緊力與支撐點要對應 。