機械密封技術(shù).ppt

1、第三章 機械密封,教學(xué)重點： （1）機械密封結(jié)構(gòu)、原理； （2）機械密封與軟填料密封比較時的優(yōu)缺點； （3）內(nèi)（外）流式單端面機械密封的端面比壓計算。 教學(xué)難點： （1）機械密封的設(shè)計計算； （2）機械密封的冷卻、沖洗與安裝； （3）特殊工況下機械密封的設(shè)計要點。 （4）密封技術(shù)與潤滑的關(guān)系 。,1,2,一、密封原理和特點,1.結(jié)構(gòu),第一節(jié) 機械密封原理和基本結(jié)構(gòu)型式,（1）組成,3,（2）固定,緊定螺釘把彈簧固定在軸上 靜環(huán)的周向固定：靜環(huán)上開槽，然后通過防轉(zhuǎn)銷與靜環(huán)座固定。而靜環(huán)座又與設(shè)備聯(lián)在一起。,4,2.密封原理,機械密封主要是將較易泄漏的軸向密封改為不易泄漏的端面密封。如圖3-1所示

2、，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時，帶動了彈簧座、彈簧壓板、動環(huán)等零件一起轉(zhuǎn)動，由于彈簧力的作用使動環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上。軸旋轉(zhuǎn)時，動環(huán)與軸一起旋轉(zhuǎn)，而靜環(huán)則固定在座架上靜止不動，這樣動環(huán)與靜環(huán)相接觸的環(huán)形密封面阻止了介質(zhì)的泄漏。,5,機械密封一般有四個密封處：,A、動環(huán)與靜環(huán)之間的密封動密封,B、動環(huán)與軸或軸套之間的密封相對靜密封,C、靜環(huán)與靜環(huán)座之間的密封靜密封,D、靜環(huán)座（壓蓋）與設(shè)備之間的密封靜密封,機械密封的主要特點主是密封面為垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面。,A,B,C,D,6,3.基本構(gòu)件,（1）動環(huán)和靜環(huán),材料 較好的耐磨性，能有減摩作用（即f要?。?良好的導(dǎo)熱性，把摩擦熱及時傳出 孔隙率小，結(jié)構(gòu)緊密，以免介質(zhì)在

3、壓力下有滲透。 動、靜環(huán)是一對摩擦副，它們的硬度各不相同。,一般動環(huán)的硬度比靜環(huán)的硬度大。動環(huán)的材料可用鑄鐵、硬質(zhì)合金、高合金鋼等，在有腐蝕介質(zhì)的條件下可用不銹鋼或不銹鋼表面（端面）堆焊硬質(zhì)合金、陶瓷等；靜環(huán)的材料可用鑄鐵、磷青銅、巴氏合金等，也常用浸漬石墨或填充聚四氟乙烯。,7,配對方法： 當(dāng)介質(zhì)粘度小，潤滑性差時，采用金屬配各種非金 屬（因為大多數(shù)非金屬材料都有自潤滑作用）；當(dāng) 介質(zhì)粘度較大時，采用金屬與金屬配對。 加工精度 由于摩擦副的端面要起密封作用，并且摩擦環(huán)要相 互滑動摩擦，故端面的加工精度影響著密封的效果 和使用壽命。因此，JB4127-85機械密封技術(shù)條 件規(guī)定較高。,8,（2

4、）彈簧加荷裝置,（3）輔助密封元件,型式：O形、V形、矩形等,作用：產(chǎn)生壓緊力，保持動、靜環(huán)端而后緊密接觸，且是一個緩沖元件，可以補償軸的跳動及加工誤差而引起的摩擦面不貼合。 再進(jìn)一步，如果我們把彈簧施加到密封環(huán)帶單位面積上的壓緊力稱為彈簧比壓ps，那么ps的作用有兩點：起動停車或介質(zhì)壓力波動時，使密封面維持足夠的比壓；克服密封圈與軸的摩擦力，保持動環(huán)沿軸向移動，以補償端面的磨損。 因此有人把機械密封定義為：機械密封是一種帶有緩沖機構(gòu)，并通過與旋轉(zhuǎn)軸大體垂直并做相對轉(zhuǎn)動的密封端面進(jìn)行密封的裝置。,9,優(yōu)點,密封可靠，在一個較長的使用期中，不會泄漏或很少泄漏； 使用壽命長，正確選擇摩擦副材料和比

5、壓的機械密封可用25年，最長的達(dá)9年； 維修周期長，在正常工作的情況下，不需要維修； 摩擦功率消耗少； 軸或軸套不受磨損； 對旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對殼體孔的偏斜不敏感； 適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高真空、高壓、各種轉(zhuǎn)速以及各種腐蝕、易燃、易爆、有毒介質(zhì)的密封。,4.機械密封的優(yōu)缺點：（與軟填料密封比較）,缺點,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對制造加工要求高； 安裝與更換比較麻煩，要求工人有一定的安裝技術(shù)水平； 發(fā)生偶然事故時，處理比較困難； 一次性投資高。,10,表3-1機械密封與填料密封的比較,11,二、結(jié)構(gòu)類型,按介質(zhì)泄漏方向分為內(nèi)流式和外流式。 內(nèi)流式：介質(zhì)沿半徑方向從端面外周向內(nèi)泄者稱為內(nèi)流式。 外流式

6、：介質(zhì)沿半徑方向從端面內(nèi)周向外泄者稱為外流式。 內(nèi)流式的泄漏方向與離心力方向相反，離心力阻礙著流體的泄漏，因而內(nèi)流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固體顆粒的情況尤其應(yīng)該采用內(nèi)流式。這樣可防止固體顆粒進(jìn)入摩擦面。,1、內(nèi)流式和外流式（圖3-2）,12,按彈簧是否與介質(zhì)接觸分為內(nèi)裝式和外裝式。 內(nèi)裝式是彈簧置于工作介質(zhì)之內(nèi)，外裝式是彈簧置于工作介質(zhì)之外。,2、內(nèi)裝式和外裝式（如圖3-3）,13,外裝式特點：一般來說大部分機械密封零件不與介質(zhì)接觸，且暴露在設(shè)備外，便于觀察及維修安裝。但是由于外裝式結(jié)構(gòu)的介質(zhì)作用與彈簧力相反（指常用結(jié)構(gòu)）。當(dāng)介質(zhì)壓力有波動或升高的情況下，彈簧力余量又不大時，會出現(xiàn)密封

7、不穩(wěn)定的情況以致產(chǎn)生泄漏。當(dāng)介質(zhì)壓力降低時，因彈簧力不變，在摩擦面上受負(fù)荷增大，特別在低壓起動時，摩擦副的表面間尚未構(gòu)成液膜，此時比壓又是最大，容易擦傷端面。,內(nèi)裝式受力情況比較好，剛開車時介質(zhì)壓力較低，由不太大的彈簧力即可對摩擦面構(gòu)成初始的密封，此時因端面比壓較小，容易形成液膜。內(nèi)裝式端面比壓隨介質(zhì)壓力增在而增大，因而增加了密封的可靠性。,一般情況下內(nèi)裝式的介質(zhì)泄漏方向與離心力方向相反，泄漏情況較外裝式好。所以在介質(zhì)無腐蝕以及不影響彈簧機能時，應(yīng)盡可能采用內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)。,14,主要按介質(zhì)作用在端面的載荷程度分。,3、平衡型和非平衡型,當(dāng)不計摩擦副間反壓力及密封圈摩擦力時，作用在端面上的比壓為：

8、,式中：Pc端面比壓，是指作用于密封面環(huán)帶的單位面積上凈剩的閉合力，它主要取決于密封結(jié)構(gòu)型式和介質(zhì)壓力。 P介質(zhì)壓力 Pn彈簧比壓（彈簧施加到密封環(huán)帶單位面積上的壓緊力）,15,其中：Ae流體介質(zhì)作用的有效載荷面積 A接觸面積（密封環(huán)帶面積） K載荷系數(shù)，動環(huán)的軸向受壓面積與端面接觸面積之比。 d1、d2密封環(huán)帶內(nèi)、外徑 db平衡直徑（介質(zhì)壓力在補償環(huán)輔助密封處的有效作用直徑） 減小動環(huán)的軸向受壓面積，可將流體壓力施加在摩擦副端面上的載荷部分甚至全部卸除。這一方法稱為卸荷。 因此K表示的是介質(zhì)產(chǎn)生的比壓加到摩擦副上的載荷程度。 根據(jù)d1、d2 和db的不同，K有不同的值。（圖3-4）,16,1

9、7,K1非平衡型 ：介質(zhì)作用于單位密封面上的軸向壓力大于或等于密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力，K=1.11.2 0K1部分平衡型: 介質(zhì)作用于單位密封面上的軸向壓力小于密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力，K=0.60.9 K=0全平衡型：介質(zhì)對密封面無軸向力 K0過平衡型：介質(zhì)對密封面為推開力 令=1-K，稱為平衡系數(shù)，它表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓在摩擦副上的卸荷程度。 由前面Pc公式可知，愈大，K愈小，由于介質(zhì)引起的端面比壓愈小，雖然磨損很小，但不易保證密封；反之愈小，K愈大，端面磨損加劇并的熱，甚至有咬壞的危險，那密封就失效了。因此根據(jù)經(jīng)驗與試驗，不宜超過0.5。,18,按彈簧的運轉(zhuǎn)狀態(tài)分為旋轉(zhuǎn)式與靜止式。 旋轉(zhuǎn)式：即是彈簧裝置

10、及軸的結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸較小。高轉(zhuǎn)速情況下，彈簧及其它轉(zhuǎn)動零件產(chǎn)生的離心力很大，動平衡要求高，有的介質(zhì)經(jīng)強烈攪拌后易結(jié)晶，對于這種情況宜采用靜止式較適宜。,4、旋轉(zhuǎn)式與靜止式,19,單彈簧又稱大彈簧，即是在密封裝置中僅有一個彈簧與軸同中心安裝。 多彈簧又稱小彈簧，即是在密封裝置中有數(shù)個彈簧沿圓周均勻分布。 一般說負(fù)荷較輕而且大量生產(chǎn)的密封采用單彈簧為佳，小量生產(chǎn)且在嚴(yán)格的條件下使用時，則都采用多彈簧。,4、單彈簧與多彈簧,20,按摩擦面對數(shù)分為單端面、雙端面和多端面。 單端面：指在密封機構(gòu)中僅有一對摩擦副。 雙端面：指在密封機構(gòu)中有兩對摩擦副，且兩對摩擦副處于相同封液壓力下（圖3-5）。 密封

11、機構(gòu)中有兩對以上的摩擦副且密封腔的壓力逐漸降低，根據(jù)摩擦副的對數(shù)分別稱為雙端面、三端面和多端面。,4、單端面、雙端面和多端面,21,從結(jié)構(gòu)比較來看，單端面比雙端面簡單，在制造和裝拆上較容易，因而使用很普遍。雙端面因要通入帶液體（封液）至密封腔內(nèi)起“封堵”和潤滑作用，就需另設(shè)一套裝置。單端面只適用于一般場合。雙端面適用于強腐蝕、主溫、帶懸浮顆粒及纖維的介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆介質(zhì)、易揮發(fā)粘度低的介質(zhì)、高真空、貴重物料及要求介質(zhì)與空氣隔絕且允許內(nèi)漏的情況。,22,三、常用機械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)簡介,1、泵用機械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),2、釜用機械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),23,三、常用機械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)簡介,1、泵用機械密封標(biāo)

12、準(zhǔn)結(jié)構(gòu),1）103、109型機械密封,103和109型均為單端面、單彈簧、旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，靠并圈彈簧及帶耳環(huán)的推環(huán)傳動，103為非平衡型，109為平衡型，通常按內(nèi)流內(nèi)裝式設(shè)計，為國內(nèi)使用最為普遍的一種結(jié)構(gòu)。,24,2）104、110型機械密封,104為非平衡型，110為平衡型，也按內(nèi)流骨裝式設(shè)計，與前兩種不同之處在于它們是靠帶耳環(huán)的傳動套傳動。,25,3）105、111型機械密封,105型為非平衡型，111型為平衡型，與和第一種型式比較，不同的是彈性元件為多個沿周向均勻布置的小彈簧，傳動方式是靠傳動螺釘，通常也按內(nèi)流內(nèi)裝式設(shè)計。,26,4）114型機械密封,114型機械密封為單端面、單彈簧、非平衡

13、結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)環(huán)是靠推環(huán)的撥叉帶動耳環(huán)傳動，按外流外裝式設(shè)計，主要用于化工腐蝕泵上。,27,2、釜用機械密封標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),釜用機械密封標(biāo)準(zhǔn)（HG-、5-751-78至HG5-756-78）列出了化工反應(yīng)釜攪拌軸用機械密封六種型式共108種規(guī)格，并規(guī)定了密封件的材料級別及主要技術(shù)要求。,28,29,30,31,一、密封特性,1.軸承潤滑理論,第二節(jié) 密封特性與端面液膜承載能力,（1）兩平行平板,此式也稱為牛頓粘性液摩擦定律 式中，A移動板的面積 比例常數(shù)，即液體的粘度。,貼近靜止板的油層速度,貼近移動板的油層速度,O,Y,X,移動件,靜止件,F,v,u,h,y,32,（2）雷諾潤滑方程式,整理后得：,兩

14、剛體被潤滑油分隔開，移動件以速度v沿x方向滑動，另一剛體靜止不動。忽略壓力對潤滑油的影響，同時假設(shè)：潤滑油沿Z向沒有流動；潤滑油的流動是層流流動；油與工作表面吸附牢固，表面油分子隨工作表面一同運動或靜止；不計油的慣性和重力的影響，認(rèn)為潤滑油不可壓縮等等。,取微元體進(jìn)行分析，根據(jù)X方向力的平衡，得：,(牛頓粘性液摩擦定律),33,積分后，已知：y=0時，u=v；y=h時，u=0，利用邊界條件，可得：,再分析任何剖面沿x方向的單位寬度流量,34,如圖3-11二平面間存在一定的斜楔。隨著間隙減小，液壓增大，而斜楔的進(jìn)出口處壓差為零。故有一液壓極大值，對應(yīng)該處的液膜厚度為h0，則流量,根據(jù)流量連續(xù)性定

15、理qx=qx，得,稱為一維的雷諾動壓潤滑方程。可發(fā)現(xiàn)油壓的變化與潤滑油的粘度表面滑動速度和油膜厚度的大小有關(guān)。,35,2.機械密封的摩擦特性,工況參數(shù)G是液膜粘性力與液膜負(fù)荷的比值，它是表示液膜形成的難易程度的無量綱特性值，它表示為：,式中： 密封流體粘度，Pas v端面平均線速度，m/s w端面承受的總載荷，N b密封面的寬度，m G值越大，表示越容易形成液膜，相應(yīng)的液膜厚度也越大。經(jīng)實驗測得，G與f之間的關(guān)系為：,36,參看圖3-12，當(dāng)G110-6時，系數(shù)=常數(shù)，兩個密封面被液膜完全隔開，處于液體潤滑狀態(tài)，密封面間有較厚的液膜（圖3-13）；當(dāng)G=0.1110-6時，常數(shù)，液體處于邊界潤

16、滑或半液體潤滑狀態(tài)，而密封表面被一層具有分層結(jié)構(gòu)和潤滑性能的邊界膜分開。 對于一定的結(jié)構(gòu)尺寸和材料組對的密封，存在著一個臨界值c，如圖3-14，c為密封區(qū)，c為泄漏區(qū)。 對于機械密封，要想做到絕對不泄漏是很困難的，只要泄漏量Q滿足工藝要求，將G控制在0.1110-6的范圍內(nèi)。,37,1 、液膜靜壓力力圖使端面開啟的力,包括液膜靜壓力和液膜動壓力。,二、端面液膜壓力,當(dāng)密封間隙有較小泄漏時，密封環(huán)內(nèi)外徑處存在壓差，一端是大氣壓，一端是介質(zhì)端，這個壓差促使液體流動，另一方面，液體流過縫隙時要受到密封面的阻礙，壓力將逐步降低。,38,中性粘度液體,r1,r2,r,dr,p,pr,設(shè)沿半徑方向r處，d

17、r的環(huán)面積上液膜靜壓力為pr，當(dāng)密封液體壓力為p ，作用于密封面上的開啟力為R ，則R為：,39,由三角形相似：,代入上式積分：,再以pm代表端面上平均液膜靜壓力 ,則,（1）,（2）,由（1）和（2）得,其中,稱為液膜靜力反壓系數(shù),r1,r2,r,dr,p,pr,40,2、液膜動壓力,奈維斯托克斯方程：,與軸承潤滑理論中的一維雷諾潤滑方程推導(dǎo)方法相同，可得出,粘度 v流體沿運動方向流動的線速度 h膜厚，即兩端面間隙 h0液膜壓力出現(xiàn)最大值處的膜厚,41,結(jié)論：,1）p/xv，當(dāng)v=0時，p/x=0，說明動壓力由流體運動而產(chǎn)生； 2）p/x，流體粘度越大，產(chǎn)生的動壓力也越大； 3）當(dāng)h-h00

18、時，p/x0；h-h00時，p/x0.說明液膜沿x方向各處液壓都大于入口和出口的液壓（收斂液膜），能產(chǎn)生壓力支承外載； 4）液膜厚度h 越小，p/x越大，說明液膜越薄，承載能力越高； 5）如果h=h0，p/x=0，表示兩滑動表面平行，平行液膜各處液壓總是等于入口和出口的液壓，因此不能產(chǎn)生高于外面壓力的液壓以支承外載，也不會產(chǎn)生動壓效應(yīng)。,42,一、設(shè)計條件分析和結(jié)構(gòu)選型,1、分析密封使用條件,第三節(jié) 機械密封設(shè)計計算,（1）工作參數(shù),壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、軸徑,（2）介質(zhì)特性,濃度、粘度、腐蝕性、有無固體顆粒及纖維雜質(zhì)、是否汽化或結(jié)晶,（3）主機工作性質(zhì)與環(huán)境條件,連續(xù)或間隙操作,43,2、主機對

19、密封的要求,密封性 壽命 結(jié)構(gòu)尺寸的限制 可靠性和穩(wěn)定性,3、密封類型與材料的選擇,4、密封系統(tǒng)的綜合措施及加工、安裝、維修、經(jīng)濟(jì)效益等考慮,5、結(jié)構(gòu)形式的選擇,44,1）工作壓力：密封的工作壓力是指密封腔處的壓力。當(dāng)P介0.50.7MPa時，需采用部分平衡型。由前面可知，K（載荷系數(shù)）表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓加到摩擦副上的載荷程度，P介增加，則K增加，據(jù)資料介紹，當(dāng)P=0.50.7MPa時，用部分平衡型就能保證密封(即K1) ,若此時采用非平衡型，則K很大，介質(zhì)產(chǎn)生的比壓加到摩擦副上的載荷程度也很大，從而密封端面磨損，發(fā)熱，密封失效。尤其是對于介質(zhì)粘度低，潤滑性能差者，往往壓力達(dá)0.30.5MPa

20、以上就應(yīng)考慮選擇部分平衡型；若是超高壓、高壓，就應(yīng)選雙端面或多端面密封使之逐級降壓。,45,3）圓周速度當(dāng)V30m/s時可選用靜止型，即是高速又是高壓力時，可考慮用流體動壓型機械密封。,4）介質(zhì)的腐蝕性及易燃易爆、結(jié)晶等性質(zhì):對于腐蝕較弱，選內(nèi)裝式較好，因結(jié)構(gòu)上端面受力和泄漏方向比外裝式合理，反之，選用外裝式。外裝外流式介質(zhì)壓力不起自緊作用，故適用于壓力較低的情況（0.20.3MPa）,2）溫度超出120是高溫。,46,1、內(nèi)流式單端面機械密封的端面比壓計算,二、端面比壓Pc的計算,圖3-15內(nèi)流單端面機械密封結(jié)構(gòu)簡圖及補償環(huán)軸向力平衡,端面比壓：指作用于密封端面環(huán)帶的單位面積上凈剩的閉合力。

21、,47,1)彈簧力,彈簧比壓，彈性元件 施加到密封環(huán)帶單位面積 上的壓緊力， Pa A密封環(huán)帶面積，（m2）,其中，d2、d1分別為密封環(huán)帶外徑和內(nèi)徑，m,（N）,48,2）作用于端面的介質(zhì)總壓力Fp,其中db為平衡直徑，即介質(zhì)壓力在補償環(huán)輔助密封處的有效作用直徑，m Fs、Fp都是使端面趨于閉合的力。,式中,介質(zhì)壓力（Pa）,介質(zhì)壓力作用于補償環(huán)上的有效載荷面積，m2,49,3）端面液膜壓力Fm,包括液膜靜壓力和動壓力，它們都是力圖使端面開啟的力。,其中為液膜反壓系數(shù)。,4）補償環(huán)輔助密封與相關(guān)元件表面的摩擦阻力Ft,其方向與補償環(huán)軸向移動方向相反，補償環(huán)向閉合方向移動時，F(xiàn)t為負(fù)值；反之則

22、為正值。 Ft=ptA Pt是由摩擦阻力引起端面比壓增大或減小的比壓 因此端面所受凈閉合力， 為：,50,則端面比壓pc為：,51,課堂小測驗,外流單端面機械密封的端面比壓的計算,雙端面機械密封的端面比壓計算,52,課堂小測驗(參考答案),外流單端面機械密封的端面比壓的計算,53,課堂小測驗(參考答案),54,雙端面機械密封的端面比壓計算,課堂小測驗(參考答案),55,課堂小測驗(參考答案),56,彈簧力,（N）,彈簧比壓，彈性元件施加到密封環(huán)帶單位面積上的壓緊力， Pa A密封環(huán)帶面積，（m2）,其中，d2、d1分別為密封環(huán)帶外徑和內(nèi)徑，m,式中,57,2.作用于端面的介質(zhì)總壓力,= -,(

23、N),介質(zhì)壓力（Pa）,介質(zhì)壓力作用于補償環(huán)上的有效載荷面積，m2,=,平衡直徑，即介質(zhì)壓力在補償環(huán)輔助密封圈處的有效作用直徑，m,式中,58,3.由介質(zhì)產(chǎn)生的端面液膜壓力,4.作用于端面的封液總壓力,=,(N),封液壓力（Pa）,封液壓力作用于補償環(huán)上的有效載荷面積，m2,=,式中,59,5.由封液產(chǎn)生的端面液膜壓力,（N）,6.摩擦阻力,是補償環(huán)輔助密封與相關(guān)元件表面的摩擦阻力，其方向與補償環(huán)軸向移動方向相反。補償環(huán)向閉合方向移動時為負(fù)，反之為正。,（N）,由摩擦阻力引起端面比壓增大或減小的值，Pa,60,因此，端面所受凈閉合力為：,-,-,+,-,-,61,因此，端面所受凈閉合力為：,-

24、,-,+,-,=,-,-,+,-,=,=,62,即,亦即,式中,=,=,63,一、密封環(huán)端面發(fā)熱,機械密封的摩擦副就是動環(huán)和靜環(huán)，其端面貼緊且一個靜止，一個旋轉(zhuǎn)，它們之間存在相對運動，所以會產(chǎn)生摩擦和磨損，同時會伴有熱量的產(chǎn)生。前面已經(jīng)討論過，如果摩擦產(chǎn)生的熱量越多，密封的工作PV值就越大。當(dāng)然摩擦熱除與PV值有關(guān)外，還與摩擦系數(shù)及端面面積有關(guān)。 假設(shè)端面比壓是均布的，則摩擦熱,第四節(jié) 冷卻、沖洗與安裝、使用,64,熱量的傳遞有三種方式：對流、間壁導(dǎo)熱、輻射。顯然機械密封端面的摩擦熱就是以這三種方式傳遞出去的。如果密封環(huán)向周圍散失的熱量與產(chǎn)生的摩擦熱相平衡，則可得到一個穩(wěn)定的溫度值。 對于普通

25、機械密封，泄漏量較小，它帶走的熱量可以忽略，那么摩擦熱主要是由軸導(dǎo)入動靜環(huán)，再由動靜環(huán)傳給周圍介質(zhì)，即：,T-環(huán)端面溫度與周圍介質(zhì)溫度差 l-溫度降方向的壁厚，軸向為環(huán)厚h，徑向為端面寬度b。 顯然，越小，傳出的熱量就少，溫升越高，PV值就越大；反之，越大，傳出的熱量就多，溫升越低，PV值就越小。因此要選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的材料。,65,二、冷卻、沖洗方法及系統(tǒng)設(shè)計,如果密封環(huán)材料的導(dǎo)熱性差，介質(zhì)溫度又高，或PV值比較高的情況下，端面間的大量熱量不能及時導(dǎo)出，必然引起端面溫度急劇上升。其結(jié)果可能造成端面間液膜汽化，惡化潤滑條件，甚至完全處于干摩擦狀態(tài)，這不僅使磨損加劇，還會導(dǎo)致密封環(huán)的熱裂、變形等等

26、。因此只是依靠選擇耐高溫、導(dǎo)熱性好的密封環(huán)材料或僅從結(jié)構(gòu)上考慮，都很難達(dá)到預(yù)期的效果。合理的方法就是強化冷卻，使端面摩擦熱及時導(dǎo)出。 使端面冷卻的方式主要有三種：,66,1、端面直接冷卻,將密封介質(zhì)從系統(tǒng)中高于密封腔壓力處引出，通過接管引入密封腔，對于密封介質(zhì)的溫度高或含固體粒子的場合，可在管路上設(shè)置冷卻器或過濾器，使進(jìn)入密封腔內(nèi)的介質(zhì)凈化并降低溫度。,(1)閉路自沖洗（圖3-24，a）,67,1、端面直接冷卻,將密封腔內(nèi)的介質(zhì)引入 主機低壓側(cè)，使介質(zhì)通過密 封腔進(jìn)行自循環(huán)而帶走摩擦 熱（圖3-24，b），這種方法 適用于密封腔壓力與主機工 作壓力比較接近的場合。,(2)反向自沖洗,68,1、

27、端面直接冷卻,將介質(zhì)從高壓側(cè)引出， 流經(jīng)密封腔進(jìn)行沖洗后流回 主機吸入側(cè)（圖3-24,c），這 種沖洗冷卻效果優(yōu)于前兩種。,(3)貫通自沖洗,69,1、端面直接冷卻,利用其它壓力源將沖洗冷卻液注入密封腔內(nèi)（圖3-24，d）。沖洗液應(yīng)為低溫、清潔液體，并且少量內(nèi)漏與密封介質(zhì)相混在工藝上必須是允許的，沖洗液壓力應(yīng)比密封介質(zhì)壓力大0.050.1Mpa。對于高溫或含固體顆粒的介質(zhì)，效果較好。,(4)內(nèi)沖洗,70,1、端面直接冷卻,在密封腔內(nèi)的一段軸上裝上小型動力元件（圖3-25），使密封腔內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行局部循環(huán)，或在旋轉(zhuǎn)環(huán)外周開槽同樣能直到泵送作用。,(5)局部循環(huán)沖洗,71,2、靜環(huán)背部冷卻,從靜止環(huán)背

28、部將清水、油等冷卻液直接引入密封環(huán)內(nèi)表面的一種冷卻方法（圖3-26），又稱為急冷法、外沖洗法。冷卻效果好，但冷卻水硬度高時產(chǎn)生的無機物水垢在軸上沉 積，會影響動環(huán)密封圈的浮動性，可能會引起密封失效。,72,3、間接冷卻,冷卻液不直接與密封面接觸，其效果沒有直接冷卻效果好，但對冷卻液要求不高。常用,靜環(huán)外周冷卻（圖3-27，b）夾套冷卻（圖3-27，a） 軸套冷卻（圖3-27，c）蛇管冷卻（圖3-28）,73,三、機械密封的安裝,1、安裝前的準(zhǔn)備及注意事項,檢查機械密封的型號、規(guī)格是否符合設(shè)計圖紙的要求，所有零件有無損傷、變形、裂紋等現(xiàn)象，若有缺陷，必須更換或修復(fù)。 檢查機械密封各零件之配合尺寸

29、、粗糙度、平行度是否符合要求。 使用小彈簧機械密封時，須檢查小彈簧的長短和剛性是否相同。使用并圈彈簧時，須注意旋向是否與軸的旋向一致，其判別方法是：面向旋轉(zhuǎn)環(huán)端面，視轉(zhuǎn)軸為順時針方向旋轉(zhuǎn)者用右旋彈簧；反之，用左旋彈簧。,74,三、機械密封的安裝,1、安裝前的準(zhǔn)備及注意事項,檢查主機軸的竄動量、擺動量和撓度是否符合技術(shù)要求。 安裝過程中應(yīng)保持清潔，特別是旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)密封面及輔助密封圈表面應(yīng)無雜質(zhì)、灰塵。不允許用不清潔的布擦試密封面。 安裝中不允許用工具敲打密封元件。,75,三、機械密封的安裝,2、安裝順序,確定安裝位置 靜止件的安裝 旋轉(zhuǎn)組件的安裝。,76,77,第五節(jié) 特殊工況下機械密封的設(shè)

30、計要點,在石油、化工生產(chǎn)中，由于所處理的介質(zhì)非常復(fù)雜，介質(zhì)的特性、溫度、壓力、軸徑、軸的轉(zhuǎn)速等各有差別。因此，機械密封必須從結(jié)構(gòu)、材料以及附加裝置等方面加以考慮，以適應(yīng)各種使用條件的要求，尤其在苛刻條件下工作的機械密封，在設(shè)計時必須對這些問題提出相應(yīng)的解決措施。,78,一、高溫條件,當(dāng)溫度大于120時，即認(rèn)為是高溫。,高溫介質(zhì)不但不能帶走端面摩擦熱，還可能對密封環(huán)起加熱作用，使密封端面溫度過高，造成端面液膜汽化，出現(xiàn)干摩擦；密封環(huán)還可能發(fā)生熱變形和熱裂。 當(dāng)高溫超過一定限度時，浸樹脂石墨中的樹脂碳化析出的硬粒劃傷密封面；浸金屬石墨中的金屬熔化滲出，使密封失效。 高溫條件下的橡膠、塑料等輔助密封

31、圈材料易老化，分解變質(zhì)。 在腐蝕性介質(zhì)中，高溫會加劇金屬密封件的腐蝕。,79,要解決以上問題。一般是采取積極的冷卻措施和耐高溫的材料。也可以從結(jié)構(gòu)上采取措施，如工作溫度在250以上，可采用單彈簧金屬波紋管密封。,80,二、低溫條件,低溫工作的介質(zhì)多屬液化氣體，具有低沸點、低粘度、高蒸汽壓的特點。 這種情況下，一般材料都會發(fā)生冷脆現(xiàn)象；輔助密封圈發(fā)生老化，失去彈性，影響密封性能；密封裝置若與大氣接觸，其低溫使大氣的水蒸汽凍結(jié)在密封面上，加速摩擦副的磨損；另外密封面上的液膜汽化現(xiàn)象對密封特性也有重要影響。所以低溫用機械密封需要考慮以下幾個方面的問題：,溫度為0-50時視為普冷機械密封，當(dāng)溫度低于-

32、50時視為深冷機械密封。,81,二、低溫條件,用金屬密封圈或金屬波紋管代替輔助密封圈，在超低溫條件下常采用不銹鋼或銅合金來制作的金屬波紋管。這樣能保持優(yōu)異的彈性補償和消除種種因素引起的機械振動，使兩密封面緊密貼合保持良好的運動狀態(tài)。 防止波紋管疲勞，波紋管雖然有優(yōu)異的彈性，但在超低溫時，其塑性也有一定的下降，硬度增大，疲勞壽命降低。若把波紋管置于旋轉(zhuǎn)運動中，則會加速疲勞破壞。故在超低溫下常采用靜止式結(jié)構(gòu)。 與大氣隔絕。密封腔與大氣隔絕能減少冷損，提高泵的效率和抗蝕性能，防止摩擦面上產(chǎn)生水結(jié)冰，加速端面的磨損。 選擇導(dǎo)熱性和低溫性能好的材料，如石墨、青銅等。 防止液膜汽化，可采取急冷和沖洗液（均勻低溫流體）并用的措施。,82,三、高壓與真空,按照密封術(shù)語，壓力在常壓1MPa稱作低壓；大于13MPa屬于中壓；超過315MPa稱為高壓。,高壓可能使密封環(huán)產(chǎn)生力變形或破裂，真空條件下，由于分子 降低，分子間摩擦力小，與相同壓差的正壓相比，真空更易滲漏。 解決問題應(yīng)從結(jié)構(gòu)型式、材質(zhì)、冷卻與潤滑等方面作一合適的選擇，選擇的重點是密封型式和材料。,83,平衡系數(shù)值的選擇 端面比壓是考核密封性能和耐磨性能的重要指標(biāo)，選用密封所允許的最小端面比壓