第10章填料密封简介、填料密封改机械密封
1、填料密封简介，填料密封是一种最古老的密封方式，在中国已有上千年的历史。它最早是以棉、麻等纤维填塞在泄漏通道内来阻止液流泄漏，主要用作提水机械的密封。国外迟至1782年才使用填料，当时作为蒸汽机的轴封，用与压力在0.05mpa的蒸汽。由于填料来源很广，加工容易，价格低廉，密封可靠，填料密封操作简单，所以沿用至今。
由于密封填料有了很大的发展，在材料、结构型式及各种特性方面都有极大的改善，所以在机械行业中，填料密封应用很广。填料密封主要用作动密封。它广泛用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌等转轴密封，往复式压缩机、制冷机的往复运动轴封，以及各种阀门阀杆的旋动密封等。为了适应上述设备的工作条件，填料密封必需具备下列条件：
⑴有一定的塑性，在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触。
⑵有足够的化学稳定性，不污染介质，填料不被介质泡胀，填料中的浸渍剂不被介质溶解，填料本身不腐蚀密封面。
⑶自润滑性能良好，耐磨，摩擦因数小。
⑷轴存在少量偏心时，填料应有足够的浮动弹性。
⑸制造简单，填装方便。
填料的种类很多，可以从其功用方面、构造方面和材料方面分类，最常用的有下列四类：
绞合填料、编结填料、塑性填料、金属填料。
2、填料密封的机理
填料装入填料腔以后，经压盖对它作轴向压缩当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的凹部形成小油槽，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应”。这就是填料密封的机理。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整，以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。
3、填料密封的种类、要求及其使用条件
密封填料的分类，填料按物理特性可分为弹塑性接触动密封填料和非弹性接触动密封填料两大类，各类按结构又分若干种。对填料密封的要求：
⑴ 耐腐蚀：填料要与介质直接接触，填料的接触部位不产生点蚀和腐蚀。
⑵ 密封性好：在介质压力作用下不得有泄漏，不论在正常运行期或负荷急剧变化时，填料都能保持密封。
⑶ 工作可靠、耐冲蚀：即使有微量渗漏，也不至迅速发展成跑冒泄漏。
⑷ 寿命长：在高温条件下石棉损失小、不变质，填料的弹性可⑤填料对轴的摩擦力小。
⑸ 安装方便：对填料安装的技术要求低。图10－ 1
填料底套
填料箱体 填料
封液环
压盖
4、填料的合理装填
填料的合理装填应按下列步骤进行：
⑴清理填料腔，检查轴表面是否有划伤、毛刺等现象，填料腔应做到洁净，轴表面应光滑。
⑵用百分表检查轴在密封部位的径向跳动量，其公差应在允许范围内。
⑶填料腔内和轴表面应涂密封剂或与介质相适应的密封剂。
⑷对成卷包装的填料，使用时应先取一根与轴径同尺寸的木棒，将填料缠绕在其上，再用刀切断，切口最好呈45度斜面，对切断后的每一节填料，不应让它松散，更不应将它拉直，而应取与填料同宽度的纸带把每节填料呈圆圈形包扎好，置于洁净处。
⑸装填时应一圈一圈装填，不得同时装填几圈。方法是取一圈填料，将纸带撕去，涂以润滑剂，再用双手各持填料接口的一端，沿轴向拉开，使之呈螺旋形，再从切口处套入轴径，注意不得沿径向拉开，以免接口不齐。
⑹取一只与填料腔同尺寸的木质两半轴套，合于轴上，将填料推入腔的深部，并用压盖对木轴套施加一定的压力，使填料得到预压缩。预压缩量约为5％～10％最大到20％再将轴转动一周，取出木轴套。
⑺以同样的方法装填第二圈、第三圈。但应注意：2圈填料时，接口位置错开180度，3圈填料时应使接口相互错开120度4圈填料时错开90度以防通过接口泄漏。对于金属带缠绕填料，应使缠绕方向顺着轴的转向。
⑻最后一圈填料装填完毕后，应用压盖压紧，但压紧力不宜过大。同时用手转动主轴，使装配后的压紧力趋于抛物线分布，然后将压盖稍放松，装填即算完毕。应当指出，装填最后一圈填料后，若压紧力过大，填料的塑性与填料腔的摩擦力起阻止作用，使压紧力不能传递至填料的深处，特别是软填料更是如此。于是靠近压盖的2～3圈填料承受了绝大部分的压紧力，形成很大的径向力，因此出现异常摩擦，加之该处的润滑剂被大量挤出，不需要运行很长时间，即出现异常磨损。此外，在全部填料一次装填、一次压紧时，也会出现这种现象，应切实加以纠正。最后进行的运转试验，以检查是否达到密封要求和验证发热程度。若不能密封，可再将填料压紧一些；若发热过大，将它放松一些。如此调整到只呈滴状泄漏和发热不大时为止（填料部位的温升只能比环境温度高30℃～40℃）才可正式投入使用。
5、填料的合理使用
填料在使用过程中应注意下列事项：
⑴经常检查泄漏情况，如发现泄漏量超过允许值时，应及时压紧调整。
⑵轴的磨损、弯曲或严重偏心是造成泄漏的主要原因。故应定期检查轴承是否损坏，并尽可能将填料腔设在轴承不远处。轴的允许径向跳动量最好在0.03 ～0.08范围内
转动机械的转子的不平衡量应在允许范围内，以免振动过大。
⑶软硬不同的填料组合使用有良好的密封效果，但装填时硬填料应在深部，软填料应在压盖附近，且软硬应交替放置。
⑷液封环的两侧（包括外加注油孔的两侧）应装同硬度的填料。当介质不洁净时，应注意液封环处不得被堵塞。
⑸填料应定期更新，拆卸填料时注意不得划伤填料腔内壁和轴表面。
⑹当填料宽度与填料腔的宽度不符时，严禁用锤子敲扁。正确的方法是将填料置于平整洁净的平台上用辊子压碾。
⑺当从外部注入润滑油和对填料腔进行冷却时，应保证油路、水路畅通。注入的压力只需略大于填料腔内的压力即可。通常取其压差0.05mpa～0.1mpa
6、填料密封的故障的解决
填料密封磨损后，产生泄漏可拧紧填料压盖螺栓减少泄漏。使用一定周期要更换填料，故障的排除方法如下：
⑴故障现象，填料被挤进轴件和壳体或压盖之间的间隙中
故障原因，设计间隙过大或部件磨损，轴与轴承不同轴。
排除办法，减小间隙，检查同轴度
⑵故障现象，填料外表面被研伤延压盖外侧泄漏
故障原因，由于填料外径太小，故不能固定而随轴旋转。
排除办法，检查壳体和填料尺寸。
⑶故障现象，靠近压盖侧的填料环亚的太紧
故障原因，填料装的当
排除办法，，仔细更换重装
⑷轴件沿其长度严重磨损
故障原因，润滑失效
排除办法，更换适当的润滑剂材料或转入能补给润滑剂的
灯笼环。
⑸故障现象，泄漏量太大
故障原因，填料膨胀破坏填料环切的太短或装配错误，轴件偏心，填料盒膨胀。
排除办法，更换一种相容性好的填料，如采用包泊式填料，可检查转动方向与泊重叠的方向一致。更换能抗密封介质作用的填料，检查轴的振摆，检查轴的同轴度等。
7、填料密封的主要要求如下：
⑴在压盖的压力下有足够塑性，填充所有的松孔，缝隙、从而堵塞密封。
⑵不受密封介质和气体或润滑液的侵蚀。
⑶磨损速度低能经历较长的时间才需要调整，并经过多次调整后才需要更换填料。
不会有研伤对轴没有腐蚀。
8、填料密封如何维修
⑴应采用高质量的填料材料。如石棉填料、将它切断成环，并足够的银色片片状的石墨加以涂擦（含碳量小于）90％环在填料函内要使环的接头成45度分布在整个圆周上。并以90度角错开。
⑵轴的表面粗糙度。为了填料密封工作良好，轴的表面要有很高的质量。如果轴的表面有刀痕，高低不平，飞翅及类似缺点，则填料密封就不能保证必要的密封性。因此，填料密封工作良好的条件是，轴表面粗糙度0.8 um。
⑶填料应均匀的压紧。压紧填料是应均匀的进行，压盖不得偏斜，应定期盘车，并同时检验填料的咬紧程度。
9、毛毡密封结构
毛毡密封结构是填料密封结构中最简单的一种形式，通常用于防尘，它的内径小于轴的外径要有1mm的过盈量。对密封要求严格时，可并排使用两道毛毡，防止润滑油漏出，是离心泵的轴承箱轴承侧盖常用的一种密封形式。靠近内部是防止润滑油泄漏，靠近外部的一道毛毡，是防止灰尘渗入。毛毡具有天然的弹性，而且本身呈松孔海绵状，可储存润滑油。轴旋转时，毛毡又将润滑油从轴上刮下，反复自我润滑。如使用两道毛毡，则两道毛毡之间的空间还可存有更多润滑油改善工作条件。
毛毡槽内也可不装毛毡，而装以截面为S形的橡胶圈如图10－2如果有两道毛毡槽，也可在靠近内部安装S形橡胶圈，靠近外侧安装毛毡也可两侧都安装S橡胶圈。
图10－2是一道槽的示意图，用S形橡胶圈代替毛毡结构
1－形橡胶圈 2－轴 3－壳体
实际上轴承侧盖的密封方式最好是磁力密封结构。
二、填料密封改机械密封
随着机械密封性能的不断的提高，在许多场合下，填料密封已被机械密封所代替。
对原来的填料密封改机械密封，首先应按操作条件，分析改装的可能性。当系统终许多机械因素不正常时，使用机械密封也可能失效，但机械密封一旦失效难以采取应急措施，这种情况下不宜改机械密封。
离心泵用填料密封，其填料的径向厚度大体是轴径的1/5分别为6、8、10mm。一般化工泵由填料密封改机械密封时，首先要校对所用机械密封是否能装入，如果不能装入可以加工扩大填料腔尺寸，但是要保证填料腔的机械强度。一般DY型多级泵的填料密封改机械密封都需要扩大填料腔的内径尺寸，填料腔的内径必须比机械密封的最大外径大2～5mm。然后确认以下有关尺寸：确认密封腔的尺寸
减小轴套外经尺寸
扩大密封腔尺寸
减小泵轴的尺寸，当密封腔的内径不允许扩大时，
如壳体壁薄或压盖螺丝限制等可考虑减小轴的外径，应视具
体情况而定，特别要考虑轴的刚度。
三、采用外装式机械密封
采用外装式机械密封，一般不受密封腔尺寸的限制，但是必须有足够的轴向尺寸。可采用轴向尺寸交小的密封或将密封腔车短等办法。要根据具体情况而定。
外装式机械密封安装方便可在不拆泵的情况下调整密封压缩量，适用于作压力≤0.5MPa，线速度＜15m/S。外装式机械密封于内装式机械密封没有太大的差异，一般外装式机械密封有152型、WB2型169型等只要轴向尺寸允许就可以改造。
四、压盖的设计
离心泵用机械密封代替填料密封，压盖应进行改造。旋转式机械密封的压盖是用来支承静环的，内装式机械密封的压盖是来支承补偿环组件的。因此，压盖应按所支承的密封环件的几何形状、尺寸以及泵壳连接部位来设计的。压盖的设计要考虑工作环境的影响，即冲洗、冷却、隔离措施等。当选择内装密封的尺寸比密封腔尺寸长时应加长压盖。详见第8章密封改造实例。
由于机械密封和泵的多种多样，压盖的形状也有差异压盖设计不当，会出现密封故障，要引起足够的重视。其注意以下问题。
1、压盖要有足够的厚度合理几何形状，变形要小变形量要限制在1/1000以下。
2、填料密封改机械密封的填料底套（称为节流套）间隙应
控制在0.40～0.60之间。热油泵底套间隙可以适当增加到0.70左右。应注意，决不可没有密封底套。它是控制密封腔压力、控制冲洗量、控制密封腔温度的关键部件。详见第六章第3节
机械密封比压选用原则 《液气压世界》2008年第3期阅读次数：370 【关键词】机械密封,载荷,承载能力,比载荷,流体膜压,微凸体接,触比压 【摘要】对各种不同密封型式、摩擦状态、密封面形状和流体相态的密封面载荷和承载能力作了具体分析，有利于对密封面比压的深入了解。对一些不切实际的选用原则和密封面比压的概念与数据进行了讨论分析，并给出明确的密封面比压新概念，以及如何验算密封面比压的具体计算方法。介绍了相关算例和数据资料。 为了保证机械密封可靠、长寿命运转，长期以来许多密封工作者千方百计地努力设确选用密封面比压，并以此来反映密封是否能够正常工作。由于设计时所用的计算方法不够完善，所以在使用过程中形成的密封面比压的平均值，可能与设计时确定的计算值相差很大。究其原因是对密封面比压的概念、用法和依据了解有些不全面，或混淆不清，甚至不正确。因此，有必要用摩擦学有关的新观点、新概念、新技术和新知识，对密封面的比压作一系统、完整及全面的研讨，以便得出正确的看法和计算方法，特别是下面关于比压选用原则，可供机械密封的设计、制造、使用和维护人员参考。 1、密封面载荷和承载能力 在机械密封的使用实践中，对机械密封的密封面比压有许多叫法。过去称作密封端面上单位面积所受的力，或作用在密封环带上单位面积上净剩的闭合力。近来有密封面微凸体接触比压(简称密封面比压)、单位接触压力和平均接触压力等叫法。为了便于对密封面比压有所了解，首先来分析密封面载荷和承载能力的轴向平衡。机械密封密封面的轴向载荷和承载能力示意，见图1。
图1 密封面轴向载荷和总承载能力示图 1.1 轴向载荷和总承载能力的平衡 机械密封轴向作用在密封面上的总载荷P g，包括流体压力作用载荷Pf和弹簧预加载荷P sp,即： P g=P f+P sp (1) 承受这一密封面载荷的是总承载能力W，它包括流体膜承载能力W f和微凸体承载能力W c。流体膜承载能力包括流体膜静压承载能力W st和流体膜动压承载能力W dyn，即： W=W f+W c=W st+W dyn+W c (2) 在稳定工况下两者是相互平衡的，即： P g≡W (3) 1.2 载荷和比载荷 通常在密封系统压差p s较低时，虽然由于结构关系流体作用面积A s大于密封面面积A f，但轴向总载荷不大，密封面的流体膜和微凸体的承载能力是足够的。则流体压力作用载荷为： P f=p s A s
自吸式自吸泵的工作原理和安装说明 一、CYZ-A型自吸式自吸泵产品介绍： CYZ-A型自吸式自吸泵是根据国内外有关技术资料经消化、吸收、改进后研制而成的最新泵类产品，该自吸泵适用于石油行业、陆地油库、油罐车的理想产品，并适合于作船用货油泵、舱底泵、消防泵和压载泵及机器冷却水循环等，分别输送汽油、煤油、柴油、航煤等石油产品和海水、清水，介质温度-20℃-80℃，如输送化工液体可改用耐腐蚀机械密封。 二、CYZ-A型自吸式自吸泵产品特点： 1、该自吸泵属自吸式自吸泵，它具有结构简单、操作方便、运行平稳、维护容易、效率高、寿命长，具有较强的自吸能力等优点。管路中不需底阀，工作前只需保证泵体内储有定量引油即可。用于油轮或输水船舶上时，可兼作扫舱泵，扫舱效果良好， 2、该泵是选用优质材料精制而成，密封采用硬质合金机械密封，经久耐用，吐出管路不需要安装安全阀，吸入管路不需安装底阀，因此简化了管路系统，又改善了劳动条件。 三、CYZ-A型自吸式自吸泵工作原理： CYZ- A型自吸式自吸泵均采用轴向回液的泵体结构。泵体由吸人室、储液室、涡卷室、回液孔、气液分离室等组成，泵正常起动后，叶轮将吸人室所存的液体及吸人管路中的空气一起吸人，并在叶轮内得以完全混合，在离心力的作用下，液体夹带着气体向涡卷室外缘流动，在叶轮的外缘上形成有一定厚度的白色泡沫带及高速旋转液环。气液混合体通过扩散管进入气液分离室。此时，由于流速突然降低，较轻的气体从混合气液中被分离出来，气体通过泵体吐出口继续上升排出。脱气后的液体回到储液室，并由回流孔再次进入叶轮，与轮内部从吸人管路中吸人的气体再次混合，在高速旋转的叶轮作用下，又流向叶轮外缘……。随着这个过程周而复始地进行下去，吸人管足各中的空气不断减少，直到吸尽气体，完成自吸过程，泵便投入正常作业。因为该泵具有这种独特的排气能力，所以此泵能输送含有气体的液体，无需安装底阀，使用在油轮上时具有良好的扫舱功能。 在一些泵的轴承体底部还设有冷却室。当轴承发热引起轴承体温升超过70度时，可在冷却室处通过任意一只冷却液管接头，注人冷却液循环冷却。泵内部防止液体由高压区向低压区泄漏的密封机构是前后密封环，前密封环装在泵体上，后密封环装在轴承体上，当泵经长期运转密封环磨损到一定程度，并影响到水泵的效率及自吸性能,应给予更换. 四、CYZ-A型自吸式自吸泵安装说明：
机械密封的工作原理 机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 常用机械密封结构 机械密封一般由静止环（静环）1．旋转环（动环）2．弹性元件3．弹簧座4．紧定螺钉5．旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。 机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。 C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。 A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。 机械密封与软填料密封比较，有如下优点： ①密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填
机械密封主要参数
端面液膜压力 为了保证端面间有一层稳定的液膜（半液体润滑或边界润滑膜），就必须控制端面承受的载荷W，而W值究竟多大合适，是与液膜承载能力密切相关的。与平面轴承类似，机械密封端面间隙液膜的承载能力，称为端面液膜的压力，它包括了液膜的压力和液膜动压力两部分。 液膜静压力 当密封间隙有微量泄漏时，由于密封环内、外径处的压差促使流体流动，而流体通过缝隙受到密封面的节流作用，压力将逐步降低。假设密封端面间隙内流体流动的单位阻力沿半径方向是不变的，则流体沿半径r的压力降呈线性分布（图7-11）。例如中等粘度的流体（如水），其沿径向的压力就近似于三角形分布，低粘度液体（如液态丙烷等）则呈凹形，高粘度液体（如重油）压力缝补呈凸形。
端面间的液膜静压力是力图使端面开启的力，设沿半径方向r处，宽度为dr的环面积上液膜静压力为pr，设密封流体压力为p，则作用于密封面上的开启力R为
液膜动压力 机械密封环端面即使经过精细的研磨加工，在微观上仍然存在一定的波度，当两个端彼此相对滑动时，由于液膜作用会产生动压效应。有纳威斯托克斯(Novier-Stokes)方程：
如图7-13，设二平面间存在一定的斜楔，随着间隙减小，液压增大，而斜楔的进出口处压差为零，故有—液压最大值，对应该处的液膜厚度为h0，则流量 关于机械密封液体动压效应的形成和分析，有许多不同的观点和力学模型。由于密封面微观状态的影响因素很多，以及实验技术的困难，目前还不能提出能直接用于设计计算的公式。但对于机械密封设计的正确分析，具有一定的理论指导意义。 载荷系数 机械密封的载荷系数是在摩擦副轴向力平衡下，各项轴向力与密封上最大介质压力的比值，它反应了各种轴向力的作用和大小。载荷系数也可以用面积比来表示：介质压力作用在补偿环上使之与非补偿环趋于闭合的有效作用面积A e与密封端面面积A之比为载荷系数K.
机械密封材料和分类编码 机械密封的材料和结构特点,必须根据下列分类系统来编码: 第一位字母:平衡型(B)或非平衡型(U) 第二位字母：单端面(S)；无压的双重密封(即第七版中称“串联密封”)(Ｔ)；或有压的双重密封(即第七版中称“双端面密封”)(D) 第三位字母：密封板(即密封压盖)型式(P=普通式，不带节流衬套；T=节流衬套式，设有急冷、泄露液接孔和(或)排液接孔；A=辅助密封装置，型式需加以规定)。 第四位字母：垫(密封环)材料(见表1) 第五位字母：端面材料(见表2) 举例来说，一种编码为BSTFM的密封，就是一种平衡型的、单端面的、装有带节流衬套的密封板的机械密封，静密封环垫材料为氟橡胶(FKM),动密封环与轴套之间的垫为氟橡胶(FKM),动、静环端面副材料为碳对2型碳化钨。对上列材料以外的密封材料应当编码为X，并在数据表上明确规定之。 表1 机械密封分类编码的第四位字母 第四位字母静密封环垫动密封环与轴套之间的垫 E 氟橡胶聚四氟乙烯 F 氟橡胶氟橡胶 G 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 H 丁晴橡胶丁晴橡胶 I 高氟橡胶(FFKM) 高氟橡胶(FFKM) R 石墨薄片石墨薄片 X 按规定按规定 Z 蜗形缠绕垫石墨薄片 表2 机械密封分类编码的第五位字母 第五位字母密封环端面副材料 环1 环2 L 碳碳化钨-1 M 碳碳化钨-2 N 碳碳化硅 O 碳化钨-2 碳化硅 P 碳化硅碳化硅 X 按规定按规定 表3 机械密封垫和波纹管的温度极限 密封垫材料环境温度或泵送温度 最低最高 (℃) (○F) (℃) (○F) 1. 聚四氟乙烯-75 -100 200 400 2. 丁晴橡胶-40 -40 120 250 3. 氯丁橡胶-20 0 90 200 4. 氟橡胶-20 0 200 400 5.金属波纹管a 6.高氟橡胶-12 10 260 500 7. 石墨薄片-240 -400 400b 750b 8.玻璃纤维填充的聚四氟乙烯-212 -350 230 450
机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 2、机械密封常用材料的选用 清水；常温；(动)9Cr18，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，青铜，酚醛塑料。 河水（含泥沙）；常温；（动）碳化钨，（静）碳化钨 海水；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷； 过热水100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷； 汽油，润滑油，液态烃；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂或锡锑合金石墨，酚醛塑料。 汽油，润滑油，液态烃；100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨；（静）浸青铜或树脂石墨。 汽油，润滑油，液态烃；含颗粒；（动）碳化钨；（静）碳化钨。 3、密封材料的种类及用途 密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料的具有不同的适应性。对密封材料的要求一般是： 1）材料致密性好，不易泄露介质； 2）有适当的机械强度和硬度； 3）压缩性和回弹性好，永久变形小； 4）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂； 5）抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上； 6）摩擦系数小，耐磨性好； 7）具有与密封面结合的柔软性； 8）耐老化性好，经久耐用； 9）加工制造方便，价格便宜，取材容易。 橡胶是最常用的密封材料。除橡胶外，适合于做密封材料的还有石墨等，聚四氟乙烯以及各种密封胶等。 4、机械密封安装、使用技术要领 1、设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米； 2、设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密封部位； 3、在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦付破损而密封失效； 4、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装； 5、安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求； 6、安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性； 7、安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉； 8、设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效； 9、对易结晶、颗粒介质，对介质温度>80oC时，应采取相应的冲洗、过滤、冷却措施，各种辅助装置请参照机械密封有关标准。 10、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，要特别注意机械油的选择对于不同的辅助密封材质，避免造成O型圈侵油膨胀或加速老化，造成密封提前失效。
浅谈双端面机械密封 摘要：在石化行业流体离心泵密封以机械密封应用最为广泛。在对密封要求较高的场合，双端面机械密封更受青睐。本文以单端面机械密封为基础，对双端面机械密封的原理、结构及日常维护做简单的分析与论述。 关键词：双端面机械密封原理结构维护 Simple Discussion Of Double Mechanical Seal Abstract: Mechanical seal is most widely used for centrifugal pump in the petrochemical industry. Double mechanical seal is more popular in the situation that seal is strictly required. In this paper, double mechanical seal is briefly analyzed and discussed in the theory, structure and routine maintenance on the basis of single mechanical seal. Key words: Double mechanical seal Theory Construction Maintain 1、前言 与单端面机械密封相比，双端面机械密封密封性能好，适用于强腐蚀、高温、带悬浮颗粒及纤维介质、气体介质、易燃易爆、易挥发低黏度介质，高真空度工况的密封。我车间烷基苯装置泵用机械密封为单端面机械密封。新建的硫磺装置因为对MDEA等介质高的密封要求，故采用双端面机械密封。双端面机械密封不仅仅是单端面机械密封的重复，在化工一些重点场合，可有效地防止危险、有毒、易燃、易爆物质的泄漏，具有高性能保险作用。在密封高压介质时，可以合理的分配每个密封的两端压差，提高密封的工作压力范围。对一些自润滑性差、易凝结、汽化介质，通过在密封腔体注入密封液改善密封的工况，大大提高密封的效率和使用寿命。 2、密封原理 双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面（摩擦副）在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。双端面机械密封结构如图2-1所示。 工作时，由流体压力（介质压 力）和弹性元件的弹力等引起的 合力作用下，在密封环的端面上 产生一个适当的比压（压紧力）， 使两个接触端面（动环、静环端 面）相互紧密贴合，并在两端面 间极小的间隙中维持一层极薄的 液膜，从而达到密封的目的。双 端面机械密封有两道端面密封， 若一级密封失效，二级密封仍然 可密封，防止泄露。一般双端面
机械密封比压选用原则 顾永泉 摘要：对各种不同密封型式、摩擦状态、密封面形状和流体相态的密封面载荷和承载能力作了具体分析，有利于对密封面比压的深入了解。对一些不切实际的选用原则和密封面比压的概念与数据进行了讨论分析，并给出明确的密封面比压新概念，以及如何验算密封面比压的具体计算方法。介绍了相关算例和数据资料。 关键词：机械密封；载荷；承载能力；比载荷；流体膜压；微凸体接触比压 分类号：TH 136； TB 42文献标识码：A 文章编号：1000-7466(2000)02-0021-04 Principles for selecting seal face mean contact pressure of mec hanical seals GU Yong-quan (The University of Petroleum,Dongying 257062, China) Abstract：Seal face mean contact pressure of mechanical fac e seals is discussed in detail. Concrete analysis on seal face load and load carrying capacity in v arious types, friction modes,seal face geometry and fluid phase states is given , which are useful for understanding seal face mean ,concepts and contact pressure pr actical principles for selecting p c data are discussed and an alyzed . The clear concepts, concrete and check calculation abo ut it are presented. calculation of p c Key words：mechanical seals;seal face load;load carr y ing capacity; unit load;fluid film pressure;aspiraties mean contact pressure▲
机械密封端面比压的确定 润滑油作业部 许松涛 2007年11月2日
机械密封端面比压的确定 摘要：泵是石油化工企业最主要和常见的机械设备，由于工艺条件的要求，以及人们经济意识和环保意识的提高，近年来泵密封的泄漏越来越受到关注。泵的密封是防止介质从泵轴周围的间隙处泄漏，或空气从间隙处侵入泵体。机械密封作为石化企业泵最常见的密封形式，占重要地位，机械密封的端面比压是影响密封性能和使用寿命的最主要因素之一。文章结合实际工作中机械密封的安装及维修情况，对密封的端面比压在计算、校核中的一些问题进行分析，以便于确定压缩量，能对机械密封的使用情况有所改善。 关键词：机械密封端面比压分析
1.机械密封工作原理及常见结构型式 机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 1、静止环（静环） 2、旋转环（动环） 3、弹性元件 4、弹簧座 5、紧定螺钉 6、旋转环辅助密封圈 7、防转销 8、静止环辅助密封圈 9、固定压盖 图1——机械密封结构示意图 常用机械密封结构如图1所示。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。 机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的A、B、C、D四个通道。 C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件
最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。 A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格控制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值即端面比压在最适当的范围。 机械密封的结构型式很多,分类方法也各有差别,通常是根据结构特点进行分类。机械密封的分类主要是根据摩擦副的对数，弹簧与介质接触与否，介质在端面上引起的比压情况，弹簧的个数，弹簧的运转和静止，以及介质的泄漏方向等来加以区别，以便合理的选择机械密封的结构型式，最大限度的发挥其结构特点和工作特性，满足长期稳定、安全、可靠的密封性能。机械密封的结构型式有以下几种： ①单端面与双端面。单端面系在密封结构中仅有一对摩擦副，双端面即在密封结构中有两对摩擦副，且两对摩擦副处于相同封液压力作用下。双端面适用范围比较广，适用于强腐蚀、高温、带悬浮颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝切允许内漏的情况；单端面
1.机械密封材料 1.1摩擦副组对材料 摩擦副组对选材原则： 1、耐磨性强作为摩擦副的最重要指标之一就是使用寿命，磨耗少寿命即长。 2、耐腐蚀性好不应产生有碍于端面滑动特性的反应生成物。腐蚀磨损的结果会降低寿命； 腐蚀会增大断面间的间隙，使介质泄漏量增大。 3、机械强度高为避免产生强度破坏和端面变形，必须选择具有一定机械强度的材料。 4、良好的耐热性和热传导性能摩擦热会给摩擦副的磨损带来不利影响。为防止摩擦副的 热应力大于材料的许用应力，有利于端面间液膜的维持，端面材料必须具有良好的耐热性和导热性。 5、摩擦系数小且有一定的自润滑性摩擦系数直接影响到摩擦热的大小。在许多情况下摩 擦端面不是处于充分的润滑状态，因此摩擦副组对材料的选择必须考虑到这两个因素。 6、气密性好密封材料组织紧密、无间隙、不渗漏是密封性能良好的先决条件。 7、易成型和加工这有利于降低成本，保证加工精度。 1.1.1硬质合金 硬质合金具有很多优异性能，如高硬度、耐磨损、耐高温、线膨胀系数小、摩擦系数低、组对性能能好等综合优点，是机械密封不可缺少的摩擦副材料。 ①钴基硬质合金——以碳化钨为主体，钴为粘结相所组成的合金。 ●优：耐磨性强、热导率高。 ●缺：耐腐蚀性差。 ②镍铬基硬质合金——WC+Ni-Cr合金具有很好的抗腐蚀性能，其强度和硬度可与Wc+Co相媲美，并具有无磁性的独特性能。实践证明：当WC/Cr+Ni为0.015%~0.15%（wt）时，合金能抗酸碱的腐蚀。 ③钢结硬质合金——以碳化钛为硬质相，合金钢为粘结相的耐腐蚀硬质合金。 ●优：烧结成型后可以进行机械加工，然后再进行热处理。这对制作形状复杂的整体 密封环使有利的。再硝酸、硫酸、氨水等介质中使用，有良好的耐腐蚀性能。 ●缺：不耐强碱、盐酸和三氯化铁的热溶液腐蚀。因为硬度较低，所以耐磨性不够理 想，特别是在含有结晶颗粒的介质中使用时磨耗大，在许多场合已被陶瓷材料所取代。
机封、双端面干汽密封、与单端面机封的对比双端面干汽密封 双端面机封 单端面机封 使用标准 API 682 Plan74 API 682 Plan54\53\53A\53B\53C API 682 Plan11或Plan12等 构造 由两组磨擦副构成,造成一个充满带压氮汽的密封腔,密封在运作时,磨擦副间造成3微米左右的汽膜，磨擦副非触碰运作.从而不会发生磨坏,也不会发生热量。 密封系统简单，有压头开关，低压报警。【选配】 由两组磨擦副构成,造成一个充满带压介质的密封腔,密封在运作时,磨擦副触碰运作,有磨擦并发生热量,需要散热设备。
其中54方案系统简单，但只能用于危险性不大液体，其他方案系统复杂。通常需配有液位开关与压头开关来报警 一、一组磨擦副构成 二、无辅助系统。其他单端面机封冲洗方案会带有过滤或散热等系统。 安全环保层面高。 一、密封汽使用对环境污染的氮汽，安全环保。 二、使用汽体阻塞工作原理。在密封腔中加入有压头高于液体压头的汽体，达到工艺液体的零逸出。仅有微量的汽体泄露到环境。 三、由于汽膜的刚性与弹簧力的补偿用处，使干汽密封有更强的抗干扰性，对机械性能需求不高。干汽密封可以干运作。 四、由于密封汽应用管网氮汽，不会有人为操控失误导致的安全隐患。 一、使用甲醇、润滑油、脱盐水、无离子水等成本较高且对环境有一定影响的密封介质。经济环保性销差。
二、使用介质阻塞工作原理，在密封腔体中加入压头高于液体压头的密封介质，达到工艺液体的零逸出，但有密封介质泄露到现场。 三、由于磨擦副触碰运作，磨擦副刚性触碰，对机械的跳动与串动量需求高。务必有介质润滑，不然磨擦发生的热量会烧坏密封。 四、由于系统复杂，需要对密封液提供单独的动力，人为操控失误导致的安全隐患大。 液体直接泄露到环境中，对环境导致直接污染，当密封失效时，容易导致大量液体反喷到现场，给设备的安全带来巨大的隐患。 维护层面 使用管网氮汽做密封汽，几乎不需要任何维护。 维护量大。由于出现密封油的泄露，导致现场脏，对现场的维护增大难度；另，密封油的减少，需定时为油罐加油。 维修频繁 装配层面
自吸式自吸泵的安装说明和工作原理 一、CYZ-A型自吸式自吸泵产品介绍： CYZ-A型自吸式自吸泵是根据国内外有关技术资料经消化、吸收、改进后研制而成的最新泵类产品，该自吸泵适用于石油行业、陆地油库、油罐车的理想产品，并适合于作船用货油泵、舱底泵、消防泵和压载泵及机器冷却水循环等，分别输送汽油、煤油、柴油、航煤等石油产品和海水、清水，介质温度-20℃-80℃，如输送化工液体可改用耐腐蚀机械密封。 二、CYZ-A型自吸式自吸泵产品特点： 1、该自吸泵属自吸式自吸泵，它具有结构简单、操作方便、运行平稳、维护容易、效率高、寿命长，具有较强的自吸能力等优点。管路中不需底阀，工作前只需保证泵体内储有定量引油即可。用于油轮或输水船舶上时，可兼作扫舱泵，扫舱效果良好， 2、该泵是选用优质材料精制而成，密封采用硬质合金机械密封，经久耐用，吐出管路不需要安装安全阀，吸入管路不需安装底阀，因此简化了管路系统，又改善了劳动条件。 三、CYZ-A型自吸式自吸泵工作原理： CYZ- A型自吸式自吸泵均采用轴向回液的泵体结构。泵体由吸人室、储液室、涡卷室、回液孔、气液分离室等组成，泵正常起动后，叶轮将吸人室所存的液体及吸人管路中的空气一起吸人，并在叶轮内得以完全混合，在离心力的作用下，液体夹带着气体向涡卷室外缘流动，在叶轮的外缘上形成有一定厚度的白色泡沫带及高速旋转液环。气液混合体通过扩散管进入气液分离室。此时，由于流速突然降低，较轻的气体从混合气液中被分离出来，气体通过泵体吐出口继续上升排出。脱气后的液体回到储液室，并由回流孔再次进入叶轮，与轮内部从吸人管路中吸人的气体再次混合，在高速旋转的叶轮作用下，又流向叶轮外缘……。随着这个过程周而复始地进行下去，吸人管足各中的空气不断减少，直到吸尽气体，完成自吸过程，泵便投入正常作业。因为该泵具有这种独特的排气能力，所以此泵能输送含有气体的液体，无需安装底阀，使用在油轮上时具有良好的扫舱功能。 在一些泵的轴承体底部还设有冷却室。当轴承发热引起轴承体温升超过70度时，可在冷却室处通过任意一只冷却液管接头，注人冷却液循环冷却。泵内部防止液体由高压区向低压区泄漏的密封机构是前后密封环，前密封环装在泵体上，后密封环装在轴承体上，当泵经长期运转密封环磨损到一定程度，并影响到水泵的效率及自吸性能,应给予更换. 四、CYZ-A型自吸式自吸泵安装说明：
机械密封常用材料的选用 清水；常温；(动)9Cr18，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，青铜，酚醛塑料。河水（含泥沙）；常温；（动）碳化钨，（静）碳化钨。 海水；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷。 过热水100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂石墨，碳化钨，金属陶瓷。 汽油，润滑油，液态烃；常温；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨，铸铁；（静）浸树脂或锡锑合金石墨，酚醛塑料。 汽油，润滑油，液态烃；100度；（动）碳化钨，1Cr13 堆焊钴铬钨；（静）浸青铜或树脂石墨。 汽油，润滑油，液态烃；含颗粒；（动）碳化钨；（静）碳化钨。 机械密封冲洗方案及特点 冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。冲洗的方式主要有如下： 一、内冲洗 1。正冲洗 （1）特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔。 （2）应用：用于清洁流体，p1稍大于p进，当温度高或有杂质时，可在管路上设置冷却器、过滤器等 2。反冲洗 （1）特点：利用工作主机的被密封介质，由泵的出口端引入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口。 （2）应用：用于清洁流体，且p进 13 Seal Material and Arrangement Guide Note 1: Please refer to fold-out page 44i/ii for key to column headings, codes and comments.Note 2: ●= Acceptable. Note 3: Seal performance limits must also be checked. 14 Seal Material and Arrangement Guide Note 1: Please refer to fold-out page 44i/ii for key to column headings, codes and comments. Note 2: ●= Acceptable.Note 3: Seal performance limits must also be checked. 15 Seal Material and Arrangement Guide Note 1: Please refer to fold-out page 44i/ii for key to column headings, codes and comments. Note 2: ●= Acceptable.Note 3: Seal performance limits must also be checked. 16 Seal Material and Arrangement Guide Note 1: Please refer to fold-out page 44i/ii for key to column headings, codes and comments. Note 2: ●= Acceptable.Note 3: Seal performance limits must also be checked. 单端面机械密封改造 1 基本情况 醋酸装置机泵输送介质大多为醋酸、丙酸等易燃、易爆、有毒、有害高危介质，一旦泄露，将会造成泵碳钢部分材质和周围环境及其它设施的腐蚀，甚至造成环境污染和人身伤害。特别是机泵都在泵房内，更要求达到零泄漏。单端面机械密封有5ml/h的允许泄漏量，不能保证输送的（易燃、易爆、有毒、有害）液体无泄漏，会造成设备碳钢部分的腐蚀、环境的污染，最重要的是会造成人身伤害，存在安全隐患。 2 单端面机械密封的改造 2.1改造方案 在不改变原泵壳、叶轮、轴、轴承体等部件的基础上，将单端面机械密封改造为双端面机械密封或串联式机械密封。 2.2改造前机械密封形式及冲洗方案 2..2.1密封形式 单端面机械密封（图2-1） 单端面机械密封由端面密封副（静环和动环）、弹性元件（如弹簧）、辅助密封（如O型圈）、传动件（如传动销和传动螺钉）、防转件（如防转销）和紧固件（如弹簧座、推环、压盖、紧定螺钉与轴套）构成。 为了保证具有良好的密封性能和平稳的运转，在两个密封环（动环和静环）间必须保持—液体薄膜，因此所输送的介质应满足下列条 件： ●足够的润滑特性； ●汽化温度大于工作温度； ●在密封环区域的介质不含杂质和颗粒； 图2-1 单端面机械密封结构2.2.2冲洗方案API PLAN 11（图2-2） 类型：用排出物料注满密封（带孔板） 理由：冲洗润滑 适用范围：通用 图2-2 API PLAN 11冲洗方案 2.2.3单端面机械密封的维护，主要包括对辅助系统、泄漏量和密封温度的监控。在正常循环冲洗情况下，冲洗液温度不得高于接近泵体处的温度。 缺点：单端面机械密封有5ml/h允许泄露量，不能保证输送的（易燃、易爆、有毒、有害）液体无泄漏，影响安全生产。 当泄漏量较大（≥50cm3/h）时，可断定密封件已损坏，应立即检修。如果磨损的密封环（动环或静环）不可能再次抛光，则必须换新。在每次拆装密封环时，静密封件（如O形圈）须更新。 2.3改造后密封形式及冲洗方案 2.3.1 双端面机械密封密封形式及冲洗方案 1）双端面机械密封（图2-3） 轴封由两个（一个内和一个外）背靠背布置的机械密封组成，在两密封之间的空间里必须输入密封液，密封液的压力应高于靠近密封处输送介质的压力（最小高0.1～0.3MPa，最大高0.7～1.0MPa。 机械密封材料和分类编码 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 机械密封材料和分类编码 机械密封的材料和结构特点,必须根据下列分类系统来编码: 第一位字母:平衡型(B)或非平衡型(U) 第二位字母：单端面(S)；无压的双重密封(即第七版中称“串联密封”)(Ｔ)；或有压的双重密封(即第七版中称“双端面密封”)(D) 第三位字母：密封板(即密封压盖)型式(P=普通式，不带节流衬套；T=节流衬套式，设有急冷、泄露液接孔和(或)排液接孔；A=辅助密封装置，型式需加以规定)。 第四位字母：垫(密封环)材料(见表1) 第五位字母：端面材料(见表2) 举例来说，一种编码为BSTFM的密封，就是一种平衡型的、单端面的、装有带节流衬套的密封板的机械密封，静密封环垫材料为氟橡胶(FKM),动密封环与轴套之间的垫为氟橡胶(FKM),动、静环端面副材料为碳对2型碳化钨。对上列材料以外的密封材料应当编码为X，并在数据表上明确规定之。 表1 机械密封分类编码的第四位字母 第四位字母静密封环垫动密封环与轴套之间的垫 E 氟橡胶聚四氟乙烯 F 氟橡胶氟橡胶 G 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 H 丁晴橡胶丁晴橡胶 I 高氟橡胶(FFKM) 高氟橡胶(FFKM) R 石墨薄片石墨薄片 X 按规定按规定 Z 蜗形缠绕垫石墨薄片 表2 机械密封分类编码的第五位字母 第五位字母密封环端面副材料 环1 环2 L 碳碳化钨-1 M 碳碳化钨-2 N 碳碳化硅 O 碳化钨-2 碳化硅 P 碳化硅碳化硅 X 按规定按规定 表3 机械密封垫和波纹管的温度极限 密封垫材料环境温度或泵送温度 最低最高 (℃) (○F) (℃) (○F) 1. 聚四氟乙烯 -75 -100 200 400 2. 丁晴橡胶 -40 -40 120 250 3. 氯丁橡胶 -20 0 90 200 4. 氟橡胶 -20 0 200 400 5.金属波纹管a 6.高氟橡胶 -12 10 260 500 7. 石墨薄片 -240 -400 400b 750b 8.玻璃纤维填充的聚四氟乙烯 -212 -350 230 450 s m v /238.81025360229703=???= -π金属波纹管机械密封端面比压计算如下： 某聚酯公司生产时热媒泵使用工况： 进口压力P 1=5.24bar=0.524MPa 出口压力P 2=11.9bar=1.19MPa 介质温度：320℃，轴的转速n=2970r/min ，流量：253m 3/h 实测该泵的机械密封数据如下： 表1：机械密封数据实测值 符号 名称 实测值/mm d 1 接触端面内径 61 d 2 接触端面外径 69 d 3 波纹管内径 56 d 4 波纹管外径 70 据《流体动密封》查得[1]，波纹管机械密封的端面比压计算公式如下： p c =()s p k p λ+- 其中，p c 为端面比压，MPa ； p s 为弹簧比压，MPa ； k 为载荷系数（平衡系数）； λ为液膜反压系数； p 为介质压力，MPa 现对上述公式中各项的取值进行分析或计算如下： 1）λ：为密封面间的平均液膜压力与密封介质压力之比，λ值的大小与介质性质、转速、压力以及密封表面状态等有关。当液膜静压力近似地按三角形分布考虑时，则可取λ=0.5。但在高速条件下，液膜动压效应不能忽略，须通过实验确定λ值[1]。 根据本设计初始参数，实测轴外径为53mm ，近似认为轴外径为动环内径，则估算出端面平均线速度： 即v=8.238<30，不属于高速，因此取λ=0.5 2) p: 密封腔处的介质压力[1] 212.0p p p += 即p=0.762 MPa 3）k ：对于内流式： k=21222e 2 4d -d d -d 其中，d 2为接触端面外径，d 2=69mm ； d 1为接触端面内径，d 1=61mm 锯齿型金属波纹管有效直径d e 计算公式如下： d e =2231d d +d d 3 +434（） 式中，d 4为波纹管外径，d 4=70mm ； d 3为波纹管内径，d 3=56mm 4）弹簧比压Ps 端面平均线速度 v=8.238 m/s 根据密封端面平均线速度的不同，弹簧比压的选择范围也不同，其范围可参考下表[2]。 由有关文献[2]介绍 表2 机械密封弹簧比压选择参考表 机械密封类型 密封端面平均线速度（m/s) 弹簧比压Ps （MPa ） 高速机械密封 >30 0.05--0.2 中速机械密封 10～30 0.15--0.3 低速机械密封 <10 0.15--0.6 本机械密封为低速，p s 为0.15~0.6， 分别取p s =0.15，0.45, 0.6 水泵机械密封的工作原理 一、什么叫机械密封 机械密封就是一种液体旋转机械的轴封装置,它就是由两个与轴垂直的相对运动的密封端面进行密封的,所以也叫端面密封。在国家有关对机械密封的标准中就是这样定义的:“由至少一对垂直于旋转轴线的端面在液体压力与补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止液体泄漏的装置。”二、机械密封的结构 主要由四部分组成:(具体如附图所示) 1、第一部分就是由动环与静环组成密封端面,有时也称为摩擦 副。 2、第二部分就是由弹性原件为主要零件组成的缓冲补偿机构,其 作用就是使密封端面紧密贴合。 3、第三部分就是辅助密封圈,其中有动环与静环密封圈。 4、第四部分就是使动环随轴旋转的传动机构。 三、机械密封如何实现密封？ 如示意图所示:轴通过传动座与推环,带动动环旋转,静环固定不动,依靠介质压力与弹簧力使动静环之间的密封端面紧密贴合,阻止了介质的泄漏。摩擦副表面磨损后,在弹簧的推动下实现补偿。为了防止介质通过动环与轴之间泄漏,装有动环密封圈;而静环密封圈则阻止了介质沿静环与压盖之间的泄漏。 四、机械密封的材料 机械密封主要就是由动环与静环组成,一般制造这二两个环所用的材料硬度不同,一个材料的硬度较低,如石墨或石墨填充剂;一个材料的硬度较高,如钢、堆焊硬质合金、陶瓷等。 五、为何常用碳-石墨来做摩擦副？ 因为石墨有较高的导热性;较低的线膨胀系数;良好的耐腐蚀性;极好的自润滑性;抗拉强度较低,抗压强度较高,属于一种脆性材料;其缺点就是气孔率较大,一般在18%--22%,为弥补缺点,实际应用的石墨都就是浸渍过的,以堵塞气孔,提高密封性。 六、机械密封的特点 优点:密封性能好,泄漏量少,使用寿命长,轴与轴套不易损坏,功率消耗小,泵的效率比较高等, 缺点:构造复杂,价格贵,制造、安装时要求比较高。 七、检修离心泵时对机械密封有什么要求？ 在安装机械密封时应注意以下几点: 1、轴的径向跳动最大不超过0、03~0.05mm,转子的径向跳动分别 为,叶轮口环不超过0、05~0.10mm,轴套等部位不超过0、04~0.06mm。 2、各部件的相对位置公差: 密封箱与轴的同轴度0.10mm 密封箱与轴的垂直度0.05mm 转子的轴向串量0。30压盖与密封箱配合止口同轴度0.10mm 3、与电机的同心度:电机单独运转时其振幅不超过0.03mm;工作温 第3章机械密封主要性能参数 55、什么是机械密封的端面比压？ 作用在密封环上单位面积上净剩的闭合力称为端面比压，以Pa表示，单位为MPa端面比压大小是否合适，对机械密封的性能和使用寿命影响很大。比压过大，会加剧密封端面的磨损，破坏流体膜，降低使用寿命；比压过小会使密封泄漏增加，降低密封性能。 56、机械密封受力情况是怎样？ 分析密封受力情况，是分析密封环在工作状态下的受力种类、大小、在此基础上计算机械密封的端面比压。密封的受力情况与密封的设计结构有关。图3-1所示 图3-1受力分析图 动环受的力有弹簧 F t介质力Fp和液膜压力Fm，此外还有密封圈的摩擦阻力R,在这些力中介质力和弹簧力的方向是一致的， 称为闭合力。液膜压力Fm 为推开力，摩擦阻力R 的实际力是很小的可以忽略，这样密封的合力为 F=F t + F p - F m 。 57、弹簧力的测试有几种方法？ 弹簧力的测试有一般有两种方法，弹簧力是密封闭合力的主要因素，该力可用计算方法获得但是有一定的误差，实际上是以实测比较准确，在现场测量方法是在弹簧加重物，并记录压缩的高度，同样可测得弹簧力。还有就是利用弹簧测试机测得 ，弹簧测试机有机械指针显示方法和电子数显法两种，目前基本采用这两种方法它测试手段都比较准确。 58、什么是弹簧比压？怎样计算？ 弹簧比压就是单位密封面上的弹簧力，单位是MPa ，，计算方法是总的弹簧力除以密封断面的的面积。内装式机械密封一般弹簧比压在0.1～0.2 MPa 。外装式机械密封，介质力小于0.1 MPa 时，弹簧比压取0.3～04 MPa ，介质压力小于0.25时，弹簧比压取0.4～06 MPa 。 59、载荷系数是怎样定义的？意义是什么？ 密封介质压力作用在补偿环上（动环）对于非补偿环（静环）的闭合力的有效面积与密封环带面积之比称为载荷系数。例如一个内装式机械密封，令为密封介质的有效作用面积Ae ，A 为密封环带的面积，于是载荷系数从 图3-2可得 A Ae K约翰克兰机械密封材质选型表
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