机械密封的设计制造与研究

1、毕业论文06级设计题目：机械密封的设计制造与研究姓 班 系 学名级别校指导教师2009年 6 月机械密封的设计制造与研究摘要在现代的工业装置系统中，流体机械被广泛的使用着。轴封在这些机械行业当中起到 至关重要的作用。轴封的泄漏不仅浪费能源和原料，同吋污染环境。本文在分析机械密封 结构、工作原理的基础上讨论了高速机械密封的特点。并以公司设计生产制造的32jf型 高速机械密封为例，总结了机械密封设计的方法、机械密封的结构特性、密封的分类、机 械密封系统的设计与介绍以及机械密封的故障分析与检测，主要参数及重要零件结构材料 的选择、机械密封的选用等内容的设计与研究。词：1高速机械密封，2.故障分析与检

2、测，3原理及结构特性，4.密封系统目录机械密封的介绍1、机械密封的含义及工作原理42、机械密封的分类 53、机械密封系统 64、高速机械密封的特点6高速机械密封的设计71、主要零件结构型式的确定 71.1动环的结构型式 71.2静坏的结构型式 81.3辅助密封圈的型式82、机械密封材料的确定92.1密封端而摩擦副材料的选择92.2辅助密封圈材料的选择102.3弹簧及其它零件材料的选择 103、主要零件结构尺寸的确定113密封端面尺寸的确定 113.2密封端而总径的确定123.3密封圈尺寸的确定 123.4弹簧的确定 134、主要参数的确定 134.1弹簧比压的计算 134.2端面比压的计算 1

3、4三、机械密封的失效分析与对策16四、机械密封的现状与发展17五、32jf型高速机械密封18尾声21参考文献22致谢 23一、机械密封的介绍1、机械密封的含义及工作原理机械密封是一对或数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置。它是靠弹性构件的弹力（如 弹簧或波纹管，及弹簧组合构件）和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表曲（端面）上产生适 当的压紧力，使这两个端血紧密贴和，端血间维持一层极薄的液态膜而达到密封的目的。这层液体膜具 冇流体动压力与静压力，起着润滑和平衡压力的作川。6-防转销；7-静环；8-动环密封圈；9-轴；10-紧钉螺钉a、b、c、d-密封部位（通道）如图（1.1）旋转轴

4、9旋转时，通过紧定螺钉10带动动坏3旋转。防转销6固定在静止的压盖4 上，防止静环7转动。当密封端曲磨损时，动环3连同动环密封圈8在弹簧2推动下，沿轴向产生微小 移动，所以被称为非补偿环。通过不同的结构设计，补偿坏可由动坏承担，也可由静坏承担。由补偿坏、 弹性元件和副密封等构成的纽件称为补偿坏纽件。机械密封一般有四个密封部位（通道），如图（1. 1） a、b、c、d。a处为密封端而，又称主密封； b处为静环7与压盖4端面z间的密封；c处为动环3与轴（或轴套）9配合面z间的密封；因能随补 偿坏轴向移动并起密封作用，所以又称副密封；d处为压盖与泵壳端而z间的密封。b、c、d三处是静 止密封，一般不

5、易泄漏；a处即为密封端而相对旋转密封，只耍设计合理即町达到减少泄漏的h的。上 述密封基本结构是旋转式机械密封，他的补偿坏纽件处于高速旋转状态，但是高速情况下的圆柱螺旋弹 簧会因离心力而失效，如此的运转过程中导致密封腔中液体温度升高，直至气化。降低机械密封的效率, 减少使用寿命。所以在我们的口常生活屮或是人型的机械设备屮应采用静止式机械密封，它的结构和布 置形式与旋转式的机械密封相反，但其作用完全与旋转式机械密封和同。2、机械密封的分类木文为了方便识别和理解进行分类。通过对机械密封的分类。口j以进一步了解其工作原理、结构 特性和性能特点。机械密封人致可按以下进行分类：结构布置、端面比压人小、端面

6、组合等。1）按布置结构分为：（1）滑动与非滑动机械密封，滑动式机械密封的初始闭合力的力源一般是 由弹簧提供的，补偿环借助辅助密封圈支承于轴或是轴套上；而非滑动机械密封是补偿环支承在波纹 管式的辅助密封上，靠波纹管的伸长来实现补偿的机械密封。二者之间在性能上有很人差异。（2）旋 转式与静止式机械密封，旋转式机械密封是补偿环随轴-起转动，静止式机械密封则是和反的。（3） 内装式与外装式机械密封，内装式机械密封指处于相对静止状态的密封环的端面面向主机工作腔的机 械密封，而外装式机械密封则是相反的，静止密封环的端面背向主机工作的。下血我只是简单的比较 一下滑动式与非滑动式机械密封的性能，如表21所示：

7、表2-1滑动式与非滑动式机械密封性能比较滑动式非滑动式0形圈v形圈焊接金属波纹管橡胶波纹管聚四氟乙烯波纹管承压性能优良单层良双层优良差速度适应性多弹簧良单弹簧差优可可耐温性能可优可耐阻塞性能差良优优2）按端面比压大小分为：接触式机械密封，主要是指密封端面相互接触，端面比压pc>0的机械 密封。非接触式机械密封两密封端面不接触。而其端面比压pc的大小取决于载荷系数k值得大小。只 有接触式密封才有端面比压（pc二ps+p （kj）。3）另外还有一些如：按端面组合分类和按初始闭合力源分类的，因其内容很简单，所以在这里略 之。3、机械密封系统密封系统的功能在于采川冲洗、循环、热对流等工作方式，控

8、制机械密封的工况参数，即温度、压 力、润滑、腐蚀、结晶等，以及防止危险介质正常泄漏对环境的污染。在使用场合中，机械密封是由机 械密封本身和机械密封循环系统两部分组成。密封系统通过这些功能，建立一个较理想的机械密封的工 作环境，町大大提高机械密封工作的町靠性，延长使用寿命。一些高参数的机械密封出现，如耐高温耐 强腐蚀的机械密封，就需要这些密封系统建立一个较理想的工作环境。仅以温度控制功能为例，在常温 下采用不同材料制造的密封环，若温度超出常温范围，就会因温度升高、热膨胀不同而影响使用性能。密封系统的主要器件冇：储罐、增压罐、换热器、过滤器、旋液分离器、孔板、节流套、循环套、 泄漏指示器、管道、管

9、件、以及控制仪表等。4、高速机械密封的特点端血速度超过25m/s时使用的机械密封为高速机械密封.密封结构多采用多弹簧静止式平衡密封; 高速时端面摩擦热多、pcv值高使端面液膜汽化。因此设计时应注意：(1) 加强对端血的润滑和冷却；(2) 选用高pcv的端血材料；(3) 尽量选川较小的端面压强；(4) 选用静止式机封，尽最减少旋转零件，传动方式不推荐用销子、键等，以减少不平衡力的彩响;(5) 旋转件应尽量采川平衡式或非接触式密封。二、高速机械密封的设计设计机械密封时首先必须进行周密的调查研究，以获得设计条件及所需要的参数：1. 主机的类型及需要密封的部位。2. 使用工况。即介质压力、介质温度及轴

10、的转速。被密封介质的名称、成分及性质。包括密度、粘 度、汽化压力，是否冇腐蚀性、悬浮颗粒等。3. 泄漏最的允许极限值。4. 轴的振动及偏摆情况。5. 密封部位的结构。包括（轴或轴套）的尺寸，密封腔结构，密封腔内径及深度，密封压盖的装配尺 寸和各表面的粗糙度。6.辅助系统情况。冷却水的温度,是否貝备采収冲洗、冷却措施的条件，有无过滤装置等。32jf的工作参数及密封的指标性能指标：泄漏 ®： 10mm/h使用寿命：一年以上t作参数：被密封的介质：内稀、液化气介质压力:0. lompa转数：7800r/min温度：常温轴径：3加m这样就可以根据已知的设计条件进行机械密封的如下设计:1、主要

11、零件结构型式的确定确定各个零件结构型式之前首先应在了解机械密封的分类及适用范围的基础之上根据设计条件确 定机械密封的基本结构。如：确定单（双）端面、平衡（非平衡）型、内（外）装式、旋转（静止）型、 单（多）弹簧结构等内容。32jf根据高速泵的工况及笫一章笫四节中“高速机械密封的特点”确定为 单端面、内装、静止式、平衡、多弹簧等基本结构内容。1.1动环的结构型式动环可分为非补偿型和补偿型两种。在静止型机械密封中，非补偿型动环，如32jf的动环紧固在 轴上，并用轴套压紧，显然这种动环不能进行浮动。补偿型动环广泛地应用于旋转型机械密封屮。密封端面燃损后，动环在弹性作用下白动补偿，动环 和轴套的密封方

12、式靠辅助密封圈实现。目前动环在结构上差界很大，根据动环和轴套密封的方法可归纳 为三类：辅助密封圈轴向安装的动环、辅助密封圈径向安装的动环和带波纹管的动环：辅助密封圈轴向 安装的动环，靠弹簧力压紧密封圈來实现密封。弹簧力可视为不变化密封可靠、使用寿命长、安装较方便，从而得到广泛应丿ij;辅助密封径向安装的动环靠密封圈的过盈和弹性实现；第三种动环是指靠波纹 管型密封，将动环和波纹管制成一个整体，故不需要动环密封圈。12静环的结构型式静环安装在泵的壳体、压盖等静止部位上它与动环组成的密封端血防止介质泄漏，也有补偿环和 非补偿环之分。当补偿机构设计在动环一侧时，密封端血磨损后，静环不能进行补偿，叫做非

13、补偿型静 环。反z称为补偿型静环如32jf中当密封端面磨损后，静环在弹性元件（弹簧）的作川下，做轴向移 动进行补偿。非补偿型静环应川较多，多用于旋转型密封。静环与压盖的密封和固定方式冇两种:一是浮动型, 一是固定型，具体的结构很多。这里只各举一例说明结构，如图2.1所示：图2. 1图2. 1静环的结构型式a为浮动型静环，b为固定型静环13辅助密封圈的结构型式动环和轴（轴套）以及静环和压盖之间的密封靠辅助密封圈來实现。他们基本上属于静密封，当密 封端面和轴中心线不垂直时，动环沿轴冇很小的轴向运动，其位移量取决于密封端面和轴中心线的垂直 谋差、运动的次数和轴转速等。密封圈的种类很多从断面形状分类有

14、圆形、方形、v形、及包覆形密封 圈（如图2. 2所示）。图2.2密封圈的种类a圆形；b v形；c方形；d包覆形32jf使用的是0形圈，0形圈设计、制造简单，安装使用方便。t作可靠，具有自封作用。但介质含颗粒时，颗粒会在0形圈处堆积，防碍轴向浮动。2、机械密封材料的确定2.1密封端面摩擦副材料的选择目前用做密封摩擦副材料的种类很多。常用的非金属材料件 石墨、聚四氟乙烯、酚醛鴉料、陶瓷 等。常用的金属材料冇：铸铁、碳钢、钻钢、珞谋钢、青铜以及硬质合金等。此外还冇通过堆焊、烧结、 喷涂等表面处理及复合工艺改变或改善金属材料或摩擦副表面性能來做摩擦副材料的。各种材料都具冇 一淀的特性，在选择摩擦副材料

15、时应扬长避短，根据具体工作条件合理使用。现介绍几种常用的摩擦副 材料：1) 石墨是机械摩擦副材料屮丿ij量大，使川范围广的材料之一。因为它具有很多独特的优良性能。(1) 较高的导热系数。仅次于银、铜和铝是非金属材料中唯一具有高导热率的材料比某些金属(如司 太利硬质合金和哈氏合金等)的导热率高的多。因此能及时将产牛的摩擦热散失，从而降低密封端血的 温度，这对提高其可靠性和使用寿命都是非常必要的。(2) 较低的线膨胀系数。在温度升高时，其热变形较小对保持密封端面的平行是非常启利的(3) 良好的耐腐蚀性。其化学稳定性很好，在空气400°c以下稳定，除强氧化介质如铅酸、浓硫酸及 卤族元素外，

16、可耐其他酸、碱、盐及一切冇机化学物的腐蚀。(4) 极好的自润滑性。因为石黑与金属材料相対摩擦时石墨一层一层地转移到金属表血，形成金属与 石黑的相对摩擦，此外它还具有低的摩擦系数。(5) 抗拉强度较低，属于一种脆性材料。由于便度较低，常用做摩擦副中的软环，nj以方便的进行各 种机械加工。然而，石墨存在着气孔率大，机械强度低的特点。为弥补这一缺点可采用将烧结石墨进行多次浸渍或 渗碳等方法。选择合适的浸渍剂非常重要。冃前常川的浸渍树脂冇酚醛、环氧和咲喃树脂等，常川的浸 渍金属有青铜、巴氏合金、铅、铝等。当使用温度w170c时选择浸渍树脂；反之，选择浸渍金属。浸 渍树脂貝-有良好的耐腐蚀性能。酚醛树脂

17、耐酸性好，环氧树脂耐碱性好，ii夫喃树脂耐酸乂耐碱。因此, 浸溃咲喃树脂石墨使川最为普遍。32jf中静环即为咲喃树脂材料。2) 硬质合金是机械密封中另一广泛使用的摩擦副材料。这里的硬质合金主要是碳化鸭(wc),常用的 wc-co为类。wc-co是山硬度极高的难熔鸭碳化物加co作为粘结剂用粉末冶金方法压制烧结而成的。 wc co具冇极高的锁度和强度，良好的耐磨性及抗颗粒冲刷性，导热率较高线膨胀系数较低，并冇一 定的耐腐蚀性，能耐一般温度下的硫酸和氢氟酸以及沸点下的苛性钠等腐蚀，不耐盐酸和硝酸。但是, wc-c。材料的冲击韧性低而脆性高，机械加工困难，且价格较贵。2. 2辅助密封圈材料的选择机械密

18、封的辅助圈包括动环密封圈和静环密封圈。根据英作用，要求辅助密封圈从材料上具有良好 的弹性、低的摩擦系数，能耐介质的腐蚀熔胀，耐老化。在压缩z后及长期工作中具冇较小的永久变形, 在高温下使用有不粘着性，低温下不脆硬而失去弹性。另外也要求材料来源方便，成木低廉。辅助密封 材料主要使用各种橡胶、聚四氟乙烯等。橡胶是一种弹性很好的高分了材料。具冇良好的弹性和一定的 强度，具有较好的气密性、不透水性耐辭、耐温、耐压、耐腐蚀性能，是一种广为采用的辅助密封圈的 材料。橡胶密封圈除上述优点外，由于其弹性人而可以在较人的公差范围内仍能保持密封不泄漏，且制 造容易。其缺点是摩擦系数比较大，弹簧向前推进时阻力较大，

19、在高温时易产生粘曹或老化。机械密封 圈一般均选丿ij各种合成橡胶。卜面介绍儿种合成橡胶:(1) 丁晴橡胶丁晴橡胶是丁二烯与丙烯的共聚物。它以优界的耐油、抗老化著称，并且具有耐热、耐磨、耐腐蚀 等性能，广泛应用与接触汽油及其他油类的设备。它也能耐碱和非氧化性稀酸腐蚀，不耐氧化性酸(如 硝酸、洛酸等)、芳桂、脂、酮、瞇、卤代坯等腐蚀。低温下也不宜采用。(2) 氟橡胶氟橡胶是氟原了的一种高分了弹性体，具冇耐高温、耐油、及耐多种化学药品浸蚀的特点。冃前氟 橡胶有三个品种：fpm2301,及氛橡胶23-11,具有优界的耐强酸功能；fpm2602,及氟橡胶26-41,耐热 性能优于fpm2301,但工业性

20、能较差fpm2461,及氟橡胶246, 一其耐热耐溶剂性能比fpm2602还要好。 冃前制造密封辅助圈采川的氟橡胶主要是fpm2602。它可以在250°c下长期使川，300°c下能短期使用， 其耐腐蚀性能是弹体中最好的-种，但低温性能较差价格贵，限制了英使用范围。(3) 硅橡胶硅橡胶是一种线性高分了弹性体。具冇很宽的使用温度范围(-100350°c)和很高的热稳定性，一 般可在200300°c下长期使用。主要用于高低温下的动植物汕、矿物汕、氧、弱酸和弱碱物质的密封。 其缺点是强度低、不耐磨、价格高。2. 3弹簧及其它零件材料的选择机械密封对弹簧的材料的要

21、求是能耐介质的腐蚀和长期工作不降低或失去弹性。常用的弹赞材料 有磷青铜、碳素弹簧钢(65mn、60si2mn、50crva等)、锯钢(3013、crl3等)、不锈钢(lcrl8ni9ti、 lcrl8nil2mo2ti)o磷青铜弹簧在海水、汕类介质屮使用效果良好：碳素弹簧钢用在化学中性介质中: 不锈钢弹簧适用于强腐蚀性介质。机械密封其它零件包括弹簧座、动环座、静环座、传动零件及固定环等，对他们的要求是冇足够的 强度和耐腐蚀性，在设计、制造及选用屮应综合考虑。在使用参数较高且有腐蚀性的场合应选择锯钢或 不锈钢；対于使用参数较低、腐蚀性不强的场合，也可采用一般碳钢材料。内装式机械密封山于零件均 与

22、介质接触，故对材料的要求较高。3、主要零件的尺寸确定3.1密封端面尺寸的确定3.1.1端面宽度b具体结构如图2.3所示:h<jkkkahdd jd| d2图2. 3端面有关尺寸b-端面宽度 h-端面高度 d-轴径d厂轴套直径dl密封端面内径d2-密封端面外径密封端面是由动环、静环两个零件组成的。动环和静环密封端血为了何效地工作，相应的做成一窄 一宽。软材料做窄环，破材料做宽环，使窄环被均匀的磨损而不嵌入宽环中去，此时软材料的端面宽度 为密封端面的宽度b。当动环和静环都选用破材料时密封端面都做成窄环，并取相同的宽度b。端面宽 度b在材料强度、刚度足够的情况下，尽可能取小值。过人的b值使端曲

23、润滑、冷却效果降低，端面磨 损、泄漏、功率消耗增加，而且加工量增加。硬环端面的宽度应比软环大13mm。32jf密封的静坏（石墨）、动坏（yg6）为一软一硬情况，故静坏（密封环）的端面宽度即为密封 端面宽度b。此宽度可根据密封的型式、材料、轴径山“泵用机械密封”标准中查表得到。32jf （平衡 型）查表取得端面宽度b为3mmo3.1.2端面高度h端面高度h值主要从材料的强度、刚度以及耐磨损能力确定，一般取23mm,也可曲'泵用机械密 封”标准查得。32jf中取的高度h为2mm。3.1.3间隙因为轴与静环相对运动，所以必须留有一定的间隙。静环内径d与轴套（或轴）的间隙（d-d） 般取l3m

24、m (具体尺寸根据安装精度、轴的偏摆程度及轴径大小确定)。在32jf密封组件中为静环嵌 套在静环屎内，所以此处d应代表静环廉内径。此值也可由杳表取得d-d=2mmo对于动环为保证其浮 动性，以补偿轴与静环的偏斜，轴的振动而造成的摩擦副不贴合和比压不均匀等情况一般它与轴的配合 间隙依轴径大小取0.5lmm。动环与轴的间隙也不可能过大，过大的间隙会造成0形圈卡入间歇而造 成密封失效，尤其在高压时更要注意。32jf中収的间隙为0.5mm。无论是动环或是静环，与轴的间隙 还应考虑到机械密封工作时热膨胀系数不同的影响，在温度较高时要进行核算，以保证合理的间隙。3.2密封端面直径的确定载荷系数：密封流体压

25、力作用在补偿环上(在32jf中指的静环)，使其对于非补偿环(动环)区域 闭合的冇效作川面积(载荷面积)与密封环的面积z比称为载荷系数。川k表示。对于32jf内装型密 封：匕载荷面积/接触面积=人/a = (dod)2) d22-d!2)(2.1)当载荷系数k,密封端面宽度b和动、静环内径与轴的间隙确定以后，就可根据轴(或轴套)直径, 按下列方法计算密封端面肓径(参见图2. 3)d = (s/-4bk+4d12-18b2k(l-k) )/2(2.2)再由 d2=d+2b(2.3)即可求得密封端面外径d2。3.3密封圈尺寸的确定密封圈的内径及断面公称尺寸是根据密封部位的相关尺寸确定的。考虑橡胶o形

26、圈与聚四氟乙烯 v形圈的互换性，在设计时取相同的公称尺寸。为保证其密封性能，密封圈必须有一定的压缩最如图2. 4所示：图2.4 0形圈有关尺寸压缩量为(a-b)/ao 0形圈的压缩量一定要掌握适当，过小会使密封性能差，过大会使安装困难,摩擦阻力加大，r浮动性差。0形圈内径尺寸偏差一般取0.51.亦m。34弹簧的确定当密封端面磨损时，山于压缩弹簧伸长，使补偿环产牛轴向移动进行补偿，此时弹簧力下将。为保 证机械密封在整个密封期间密封端面的比压变化不大，始终具冇良好的密封性能，则要求弹簧力数值下 降量不超过1020%,同时由于机械密封要求结构紧凑，因此弹簧应尽最短。与一般弹簧比较其特点 是节距大、圈

27、数少。机械密封中川的最多的是闘柱螺旋弹簧。其设计计算通常是根据选定的弹簧比压pc和密封端面接 触面积a来计算弹簧的工作载荷f2,再根据选定的弹簧材料及假定的弹簧屮径d2、弹簧丝径d及t作 圈数n进行计算，确定结构尺寸并进行强度校核。弹簧工作压力i-kf二gd1f/8 -03-n(2.4)g:剪切弹性模数d:弹簧丝径，mmf:压缩量，mmn:弹簧圈数d：弹簧中径4、机械密封主要参数的确定an首先有两个参数有必要先介绍一 k(1) 反压系数：所谓反压就是密封端面间隙内液体力图推开端面的力。(假设端面间隙的压力按直线 分布)密封间隙中液体的平均压力pm和介质压力p之比称为反压系数，用入表示，即入二p

28、m/p(2) pcv值：是密封端面比压pc与密封端面平均线速度v (m/s)的乘积。它表示机械密封的实际工 作能力，按下式计算pcv =pc dm n/60 即pcv =pc (d1+d2) n/120(2. 5)许用pcv值以【pcv】表示，它是极限pcv值除以安全系数n的数值。设计时实际pcv值应小于许 用pcv值。4. 1弹簧比压的计算弹簧元件施力到密封端面单位面积上的力，叫做弹簧比压,单位：n/cm (或mpa ),用ps表示，即 其计算方法是总的弹簧力除以密封端面的面积。ps= fs ns / a(2.6)a=n/4(d22-d,2)fs 单个弹簧的弹簧力仏一弹簧数量a密封端面面积，

29、m2弹簧比压的作用是当介质压力很小或波动时，仍能维持一定的端面比压，使密封端面贴紧，保持密 封作用。弹簧比压ps与密封介质压力、零件材质、结构型式以及密封端面的平均线速度等因素有关。 通常ps低压时选低值，高压时选高值；对于内装式机械密封取低值，外装平衡式取高值；高速机械密 封取低值，低速则取高值。4. 2端面比压的计算作用在密封端血单位面上净剩的闭合力，叫做端面比压，用pc表示，单位；mpa。当忽略辅助密封摩擦(即补偿环上辅助密封处轴向移动的摩擦力)时°, pc等于作用在密封端面单位 面积上的闭合力与开启力(即一般由密封端面间流体液体膜压力引起的使补偿环与非补偿环分开的力) z差除

30、以密封端面面积。即；pc二fc-fe/a(2. 7)fc 闭合力，nfe 开启力,na密封端面面积，m2这里有必要介绍一下反压系数：先说所谓反压就是密封端面间隙内液体力图拉开端面的力。密封间隙屮液体的平均压力pm和介质 压力p之比称为反压系数，用x表示，即x =pm/p(2. 8)下面以我厂生产的32jf为例推导端面比压的棊本计算公式pc= fp+fs-fe/aal = ii/4(d22-d12)图2. 5 32jf内装平衡型动环受力情况fe-液膜压力产牛的开启力fp-介质压力引起的闭合力fs-弹簧压力引起的闭合力叽-密封端面外径d2-密封端血内径小-轴套外径则作用在密封端面上的合力：f二fp

31、+fs-fe把式(2.8)代入式(2.7)得：(2. 9)(2. 10)再山fp二p aifs=ps afe=p入a代入式(2. 10)得pc= ps+p (a,/a)-p x即：pc 二 ps+p (k-入)(2. 11)合适的端血比压是保证机械密封长周期安全运行的重要因素。端血比压要适当的大于密封端血间的 液膜压力，使密封良好地贴合，避免工作中密封面开启，保证密封工作地稳定性。为保证机械密封具冇长久地使川寿命和良好地密封性能，必须选择合理地端面比压。端面比压按下 列原则进行选择：(1) 为使密封面始终紧密地贴合，端面比压一定为正值,即pc>0o(2) 端面比压pc 一定要大于物料在密

32、封面上的蒸气压。(3) 端血比压是决定密封间存在液膜地重要条件，因此一般不宜过大，以避免液膜蒸发，磨损加剧。 从泄漏量角度考虑也不宜过小，易防止密封性能变差。在泵用机械密封中，对于内装式，pc 一般选取0. 30. 6mpa;外装式pc 一般选取0. 150. 4mpq;对 于粘度大、润滑性好地介质，pc可适当增加，-般选収0.50.7mp4；对易挥发、润滑性差地介质取较 小的 pc 即 0. 30. 45mpao三、机械密封的失效分析与对策机械密封的失效实例屮，以摩擦副、辅助密封圈引起的失效所占比例最高。根据几家炼汕厂、化工 厂泵用机械密封的统计资料表明，大约有47%的泵维修归因于机械密封；

33、一般來说，轴封（即机械密封） 是流体机械的薄弱环节，它的失效时造成设备维修的主要原因。机械密封在机、泵中均是精密的部件, 由于其工作条件恶劣与随机失效性，工作寿命较低。引起密封过早失效的因素很多，例如：设备本身存 在的问题、密封设计和制造过程中出现的问题、造型或安装不当等。因此，应针对具体情况，分析失效 原因，采取相应的改善拈施。在实际工作当屮，泄漏是机械密封失效的主要表现形式。重要的是要从泄漏现象分析机械密封产生 泄漏的原因。对于外装式机械密封易于查明其失效原因，而内装式机械密封只能见到泄漏是來自非补偿 静止环的外周或内周，这也就对我们的分析和解决带來一定的因难；由端面不平、端面间存在异物和

34、安 装不正确导致的摩擦副端面之间的泄漏也是不容忽视的。我们要针对不同的情况采取不同且适合的应对 措施，还有非补偿环密封圈处的泄漏、机体与压盖结合血之间的泄漏、轴套与轴之间的泄漏等等。泄漏也是由于外界的影响以及选择材料不当导致，所以我们还要从摩擦副材料分析故障原因，从纽 対材料的和容性、耐腐蚀性等角度出发。通过大量的实验，以及现场的经验积累等，才能确定摩擦副的 优化组合。此外，还要通过合理的设计，才能充分发挥材料优界的性能。还有很多如从失效形式分析故 障原因。四、机械密封的现状与发展1我国机械密封技术发展起步较晚，但是发展速度较快。在机械制造业中出现了简单的机械密封。 早在50年代末。兰州炼油厂

35、就开始研制泵用机械密封的配件，使用在进口的离心泵上。与此同时，原 笫一机械工业部通过机械研究所成立密封研究所，开始系统研究密封装置。机械密封是重要的基础件, 它性能的好坏决定着泵性能的优劣。在60年代，沈阳水泵厂、上海水泵厂和天津机械密封件厂等相继 开始生产机械密封。1970年由机械、化工、石油三部联合组织，制订了 w泵用机械密封标准2,并以 部标jb1472-75颁布。自80年代以來，我国主要机械密封制造厂相继引进了高新的机械密封技术，使 我国机械密封的技术水平迅速提高。在此期间，初步完成了机械密封的技术标准体系，对机械密封技术 的发展起了指导和推动作川。机械密封之所以发展z快，是因为它具冇

36、以下特点：(1)密封性好；(2)使用寿命长；(3)无须经常调整；(4)功率损耗小；(5)轴或轴套的表面不易磨损; 抗振性强，缓冲性好；性能参数高，使用范围广；结构较复杂，品种多；装配稍难，更换 不便；仃0)价格昂贵。2.目前，在机械密封领域需进一步研究怎样去提高机械密封的性能，可靠性和寿命。各种旋转流体 机械正朝着高性能方向发展，且不断有新的要求和挑战。而当前国内対机械密封技术的发展有以下要求:(1) 关于基础理论研究方面，端面的热变形和机械变形对摩擦工况的影响；端面的温度分析；密封 组件的动力学特性，有必要把各种情况进行综合和切合实际的考虑。(2) 关于结构方面则是要求结构尽量的简单，维护维

37、修都很方便，常为更加容易使川的基础件。需 要研制出轴向尺寸短，使用参数高的双端面机械密封。对接触式机械密封來说，其发展方向是减少故障, 提高可靠性。(3) 关于pv值，在现有的材料基础上，可以提高机械密封的使用pv值，來减少泄漏，进一步提高 工作稳定性。(4) 关于密封材料方面，机械密封摩擦副材料的组対，通常一方是以碳石墨的软质材料；另一方面 是以硬质合金、陶瓷为代表的硬质材料。而如何提高其性能成了当前难解决的问题。(5) 关于机械密封的合理使用，密封系统的元件无系列产品，要求系列化与密封产品配套供应，以 提高密封的性能及使用寿命。(6) 在经济技术方血，现有机械密封的售价很高，因此应设法降低

38、成本。1)利用标准化、规格化降 低成木；2)利用互换性及通用性减少库存；3)改进加工工艺，批量化生产等五、32jf高速机械密封装配要求l装配前零件应检查验收合格，并进行清洗烘干；2检查小弹簧的力特性，一组小弹簧自由高度允许 士 0 05;3组装保证尺寸5. 5 ±15；4. 组装后进行静密封检验p>0. 4mpa （气压0,历时 一刻钟不得有泄漏现象.1. 以下是32jf型高速机械密封组件,其32为与它相配合的轴颈的直径是4)32mm , jf是指静止 式机械密封。32jf的工作参数及密封指标如下：被密封的介质：丙烯、液化气介质压力：0. impa泄漏量：10mm/h转 数：7

39、800r/min使用寿命：一年以上轴 颈：32mm根据已知的设计条件进行机械密封设计：1) 根据上述32jf的工况参数及高速机械密封的特点，确定32jf高速机械密封为单端面、内装、静 止式、平衡且多弹簧结构，图屮非补偿型动环紧固在轴上，并用轴套压紧，动环将不能进行浮动。辅助 密封圈轴向安装的动环，靠弹簧力压紧密封圈來实现密封。动环的材料我选择yg6,静环安装在泵的压 盖上与动坏纽成密封端面來防止介质泄漏。32jf'p采川补偿型静坏，密封端面磨损后，静坏在弹簧作 用下，作轴向移动进行补偿。静环材料我选择的是ii夫喃树脂，考虑到工况参数的特性，要满足机械强度 高，减少气孔率大的要求。图中所

40、用到的辅助密封圈的结构形式选择为0形圈，因它的安装制造都很简 单，工作可靠。材料选择用聚四氟乙烯，具冇较好的气密性、耐高温、耐压耐腐蚀，因而被广泛使用。 对于弹簧最重要的是保证它耐腐蚀，长期工作性能不降低。我选择不锈钢(lcrl8nt9ti)02) 端面宽度b值尽可能取小值，太大润滑和冷却效果降低。静环(石墨)、动环(yg6)为一软一锁 材料，硬环端面的宽度比软环大1 -3mm, 32jf的端面宽度可查“泵用机械密封”得b=3mm。同理：端面 高度h二2mm。在32jf密封组件中，根据上图2. 3中关系，d为静环座内径，d-d=2mm为轴与静环的间 隙。动环与轴的配合间隙依轴径大小而定，取为0

41、. 5mmo3) 密封端面直径确定：对于32jf内装型密封k二a/ ai= ( d22-di2) / ( d22-di2) =0. 5当k=0.5, b=3mm, d-d=2mm (静环与轴)，动环与轴取0.5mm已确定,贝！jdi=2 -4bk+4d12-18b2k(l-k) /2 2 -4x3x0.5+4x322-18x9x0.25 /2=45mmd2 =di+2b =45 + 2x3 = 51mm4) pcv值代表机械密封的实际工作能力，pcv =pc dm n/60二pc (d1+d2) n/120 =0. 1 x 102 x (5 + 11 ) x7800 / 120=1045) 弹簧比压ps,它是弹簧丿施力到密封端面单位面积上的力：ps= fs n$ /a= 104x2/452. 16=0. 46mpaa=n/4(d22-di2)=0. 785 (512_452) =452. 16m2f二k 仁0