《流体密封与润滑基础课程》－基本问题

1、 机械密封的基本问题 温度问题变形问题密封性问题稳定性与追随性问题可靠性和耐久性问题第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 机械密封在使用过程中，由于摩擦和搅拌产生的热量会使密封环（特别是密封端面）温度升高。若使用工艺条件本身温度也很高，就会带来一系列由温度造成的问题: 如密封面之间介质汽化，密封环变形，密封面磨损以及热冲击和热裂等。 此外，密封环、辅助密封材料的耐温性也有一定的限度，弹性元件的弹性也会受到温度的影响。 有些介质在温度变化时，也会发生固化、聚合、结晶、结焦、溶解和腐蚀加剧等。 温度问题带来如此多的影响，因此，在设

2、计和使用时，必须充分考虑温度的影响。 温度危害第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 机械密封的热源：1）密封端面的摩擦热QF2）旋转元件在密封介质中摩擦产生的搅拌热QA3）辅助元件的摩擦和振动产生的热量QB4）密封介质或冲洗液的热量Qm 4.1.1 热源及温度平衡QB热源第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 热量的散出： 热量的散出首先由密封狭隙中产生的摩擦热通过导热（QL）传到密封环中，然后，在环内的热量逐渐向外移动；通过对流（QK）放出来，为冷却介质所吸收，并且作为其热焓继续运动；热量也可能通过辐射（QS）向四周散出，即变成辐射热。 4.1.

3、1 热源及温度平衡散热第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 热量的散出： 1）由旋转元件传给密封介质或冲洗液的热量Q1 2）由静止环传给周围介质或大气的热量Q2 3）传给传动轴的热量Q3 4）由泄漏液带走的热量Q4 4.1.1 热源及温度平衡散热第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 根据热量平衡，列出机械密封的热量平衡方程： QF+QA+QB+QM=QL+QK+QS 或： QF+QA+QB+QM=Q1+Q2+Q3+Q4 通常，由于辅助元件的摩擦和振动产生的热量QB较小，可忽略不计；密封介质的热量QM在计算温升时也可暂不考虑。 对各种热量进行讨论。

4、 4.1.1 热源及温度平衡6162热平衡第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.1 热源及温度平衡 1、密封端面的摩擦热 计算 W式中： 摩擦系数； 密封端面面积，m2； 密封端面比压，Pa； 密封端面平均线速度，m/s。63摩擦热第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.1 热源及温度平衡 2、搅拌热QA计算 对于静止式机械密封，利用旋转圆盘公式： W 对于旋转式机械密封，利用旋转圆筒公式： W式中： 圆盘外直径和内直径，m； 圆筒部分的平均直径和长度，m； 密度，kg/m3； 转速，r/s。6465搅拌热第 章4机械密封的基本问题

5、流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.1 热源及温度平衡 3、导热散出的热量QL计算 W式中： 导热系数，W/mK， 0时的导热系数，W/m K 温度系数， 温度, K 密封端面接触面积，m 2 密封环端面与周围介质的温度差，K 温度降方向的壁厚(h或b)，m 66传导热第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.1 热源及温度平衡 4、对流散出的热量QK计算 W式中： 冷却液体的流量，kg / h 比热，J/ kg K 冷却液进、出口的温差， K 67对流热第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.1 热源及温度平衡 5、辐射散出的

6、热量QS计算 W式中： 辐射系数，W/m2K4 辐射面积，m2 环境温度，K 密封环的温度，K68辐射热第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、轴向温度梯度的影响 讨论摩擦热QF 通过轴向方向导入密封环1和2中。 假设：1）在相对稳定的热平衡状态下； 2）两个环都是单一材料做成的； 3）纯轴向导热； 4）两个材料具有相同的； 5）不考虑边界区的影响。 4.1.2 端面的温升第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、轴向温度梯度的影响 则沿轴向导出的摩擦热为： W式中： 导热系数 W/m K； 密封环端面的温度，K 两环外周介质温度， K 两环轴

7、向厚度（h1，h2），m 两环的导热面积，m2 4.1.2 端面的温升69第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、轴向温度梯度的影响 设： AA1A2 ，且温度梯度Ca是线性分布的 则 ： 由上式可计算出达到热平衡时的密封端面温升。密封材料的导热系数越高，环的温升越小；反之，温升就高。 4.1.2 端面的温升610第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、径向温度梯度的影响 实际上，端面比压pc沿密封端面均布，以及摩擦热沿轴向传递的假设，不能完全反映密封环的温度分布，因为环的内周或外周的温度较低，一部分摩擦热将沿径向导出，因此，环的径向温度梯度

8、也很明显。 4.1.2 端面的温升第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、径向温度梯度的影响假设：1）两环端面积相等 A1=A2=A ； 2）把密封面的宽度b作为径向温降的极限厚度，即： L1 L2 b 3）把恒定的冷却液温度Tk作为基础，无突变，直接把热量由环表面传给液体且通过对流散出，此时：T1=T2= Tk 则 ：经简化后得出： 4.1.2 端面的温升611第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 3、密封端面的温升 因散热情况复杂，与许多因素有关，通常用散热系数Cw来考虑，最终得出端面温差： 式中：Cw 散热系数，它与冷却液体和工作条件有关

9、， Cw0.20.9 。若没有温度突变且立即把摩擦热传给液体的话，Cw有可能达到1，即Cw =1。 4.1.2 端面的温升端面温升第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 3、密封端面的温升 这说明：密封缝隙中的实际温度可能要比用公式计算出来的高，所以，可以把散热系数Cw看作是： 4.1.2 端面的温升第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 为有效的控制机械密封端面的温升，应为机械密封本身创建一个较理想的工作环境。具有冲洗、改善润滑、调温、调压、除杂、更换介质、稀释泄漏介质等功能的循环保护系统，称为机械密封循环保护系统，简称机械密封系统。机械密封系统也

10、常被称为机械密封辅助系统。 机械密封循环保护系统是对机械密封进行温度控制最有效的措施。 4.1.3 环境（温度）的控制温度控制第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 机械密封系统由压力罐、增压管、换热器、过滤器、旋液分离器、孔板等基本器件构成，还包括密封腔、端盖、轴套、密封腔底节流衬套、端盖辅助密封件、泵送环、管件、阀件、仪表等。 由密封系统的基本器件、管件、阀件和仪表等，构成了集成化的密封液泵站。 4.1.3 环境（温度）的控制调温系统组成第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、机械密封系统的功能 1）长期应用实践表明，机械密封系统对改善机械密

11、封的工作环境、提高机械密封工作的可靠性，延长其使用寿命等具有十分重要的和不可替代的作用。 2）冲洗是机械密封系统具有的最基本的功能，也是机械密封系统最常见的工作方式。 3）机械密封系统具有对机械密封本身工作环境的温度进行调节和控制的功能。 4.1.3 环境（温度）的控制密封系统功能第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、机械密封系统的功能 4）密封系统具有除去杂质、维持液体清洁的功能。可用过滤器除去杂质; 采用旋液分离器 或网式过滤器除去杂质。 5）可借助机械密封系统，采用双端面机械密封来更换密封介质，将直接密封较困难的介质转换为密封润滑性能好、清洁的封液介质。 6）

12、密封系统具有将正常泄漏的、对健康或环境有害的微量介质进行冲洗、稀释、转移等功能。 7）机械密封系统还具有调节、控制密封工作压力的功能。 4.1.3 环境（温度）的控制密封系统功能第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 常用的温度控制的方法有冲洗、冷却、背冷和循环。 1、冲洗 冲洗是向单端面密封或双端面密封端面的高压侧部位直接注入（或排出）液体。 冲洗是一种直接冷却的方法，其目的在于带走热量，防止液膜汽化，改善润滑条件。一般机械密封均应进行冲洗，尤其是用于轻烃泵的机械密封更是如此。向密封腔内通入与介质相容的液体进行外循环冲洗，就可达到隔离介质的目的。 4.1.4 温度控制的

13、方法温度控制方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 冲洗的应用举例： 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 根据冲洗液的来源和走向，可将冲洗分为三种。 1）内冲洗 利用主机的压差或密封腔内的泵效装置的压差，使主机内的被密封介质通过密封腔形成闭合回路以改善密封工作条件的方法，管路中可以设置分离器，过滤器和冷却器等。 内冲洗又分为：自冲洗、正冲洗、反冲洗和贯穿冲洗。 内冲洗由于直接采用主机的被密封介质，故应用于被密封介质温度不高，杂质含量较少的场合。 4.1.4 温度控制的方法冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润

14、滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 自冲洗（或正向直通式冲洗）是利用被密封介质本身来实现对密封冲洗的流程，适用于： 泵出口压力密封腔压力泵进口压力 4.1.4 温度控制的方法自冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 正冲洗（或正向旁通式冲洗）是指被密封介质由泵的出口通过管道引入密封腔 ，适用于： 密封腔压力泵进口压力 4.1.4 温度控制的方法正冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 反冲洗（或反向旁通式冲洗）是指被密封介质由密封腔通过管道引入泵的入口 ，适用于： 泵出口压力密封腔压力泵进口压力 4.1.4 温度控制的

15、方法反冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 贯穿冲洗（或称全冲洗）指正冲洗和反冲洗的组合 ，适用于：泵的进、出口压差小的场合 4.1.4 温度控制的方法贯穿冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 2）外冲洗 利用外来冲洗液注入密封腔来实现对密封的冲洗。外冲洗液应是与被密封介质相容的洁净液体。 适用于高温、腐蚀性强和含固体颗粒的液体。 4.1.4 温度控制的方法外冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 2）外冲洗 外来的冲洗液应该清洁，不含固体颗粒，无腐蚀性，且温度较低，有良好的润滑性能

16、，在操作条件下不易汽化；同时要与被密封的介质兼容，不影响工艺产品质量。 冲洗液压力要比密封腔压力高0.10.2MPa。该冲洗方式用于被密封介质温度较高，容易汽化，杂质含量较高的场合。 外冲洗液的压力由封液站控制；流量由密封腔底部的节流衬套控制，流量计显示。 4.1.4 温度控制的方法外冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、冲洗 3）循环冲洗 是利用循环轮 (套)、压力差、热虹吸等原理实现冲洗流体循环使用的冲洗方式。右图为利用安装在轴 (或轴套)上的循环轮的泵效作用，将介质从密封腔引出，经换热器冷却后再回到密封腔进行冲洗的流程。 4.1.4 温度控制的方法循环冲洗

17、第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 循环冲洗是利用密封腔内泵效装置使密封流体形成闭合回路，以改善密封工作条件的方法。 利用机械密封转轴本身做动力，在密封腔内装一小叶轮，或开设凹槽、小孔，或采用螺纹等具有泵送效应的方式，将密封液送到腔外另一个冷却器，经过冷却后，再送入密封腔内，形成一封闭回路循环。 4.1.4 温度控制的方法循环冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.4 温度控制的方法循环冲洗第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4）冲洗部位和冲洗量的选择 冲洗量的选择可根据机械密封的轴径和转速利用图表选择。日本

18、“皮拉”资料是根据冲洗液为40清水，非平衡型压力为0.69MPa（表压）和平衡型压力为2.45MPa的条件下做出的曲线。当冲洗液不是常温时，可采用温度系数进行修正；若冲洗液为油时，冲洗量应加倍，冲洗液流量一般为310L/min，而注入位置应尽可能设在使冲洗液直接冲到密封端面处。 4.1.4 温度控制的方法冲洗位置第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4）冲洗部位和冲洗量的选择 冲洗孔的位置布置：还应考虑： 石墨环冲蚀， 密封环冷却不均匀产生的温度变形和杂质集积。 布置： 直接冲洗，切向冲洗，多点冲洗。 冲洗液的性质必须与密封介质相容，润滑性好，腐蚀性弱且价格便宜。 4.

19、1.4 温度控制的方法冲洗位置考虑因素第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 5）冲洗量的控制 在密封系统中是通过孔板或节流衬套来实现对流体流量的限制和控制的。 孔板限流的原理在于流体通过狭小的小孔时，流速急剧增加，过小孔后流道突然扩大，流体形成大量的旋涡，结果导致流体机械能量的损失 （绝大部分转换成热能），形成了巨大的压力降。通过孔板的流体流量与孔板两侧的压差、小孔的直径密切相关。 4.1.4 温度控制的方法冲洗量调节孔板第 章4机械密封的基本问题4.1 温度问题 5）冲洗量的控制

20、标准的机械密封系统用孔板的结构，压差、小孔规格与流量的对应关系等，可查阅标准机械密封系统用孔板 （JB/T6634一93）。机械密封系统用孔板的形式有圆锥形、圆柱形、带芯圆柱形三种。孔板的小孔规格尺寸有1mm，1.2mm，9mm，10mm等多种规格，流量范围330L/min，压力范围04.3MPa。 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 5）冲洗量的控制 节流衬套也是机械密封系统中常用来控制流体流量的器件，依靠其与轴 (或轴套)的间隙大小来控制流量，其本质是间隙密封，按结构可分为固定式和浮动式。 下图为固定式节流衬套和浮动式节流衬套： 4.1.

21、4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题4.1 温度问题 6）冲洗的应用 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 6）冲洗的应用 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 6）冲洗的应用 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、急冷 急冷或阻封（Quench） 向密封端面的低压侧注入液体或气体被称为急冷或阻封。Quench这一概念在国内密封行业目前尚没有统一的称谓，有的称为阻封，有的称为急冷（骤冷），其实这两个功能都同时具备。 直接从静环的背面冷

22、却静环的冷却方式，其能直接迅速冷却静环背面，冷却效果好，也称背冷。 当密封流体为易凝固，易结晶的液体时，可送入蒸汽、溶剂等防止液体凝结。 4.1.4 温度控制的方法急冷第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、急冷 为了防止注入流体的泄漏，需要采用辅助密封，如衬套密封、油封或填料密封。 当用水作为急冷液，且密封液温度在100以上时，则易在动环间隙较小部位产生无机沉淀物（水垢）等，会妨碍动环活动。 4.1.4 温度控制的方法急冷第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、急冷 急冷是在两种密封之间引入其压力稍高于大气压力的清洁中性流体以便对密封冷却或

23、加热并将泄漏出来的被密封介质及时带走，以改善密封工作条件的一种方法。 急冷具有冷却密封端面 （注入蒸汽时则为保温），隔绝空气或湿气，防止或清除沉淀物，润滑辅助密封，熄灭火花，稀释和回收泄漏介质等功能。 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、急冷 急冷液流量的确定，一般控制在进出口温度差为35时较好，也可根据轴径的大小， d100mm时，流量为0.22L/min。 d100mm时，流量为0.53L/min。 当采用水做急冷液时，尽量采用软化水，以防止水垢产生破坏密封端面。 4.1.4 温度控制的方法第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础

24、4.1 温度问题 3、冷却 间接冷却不与密封端面接触的能使密封得到冷却或加热的外部循环流体。 方法： 在密封腔或密封压盖处加设夹套的方法。 静环尾部加长，在两密封圈间通入调温流体。 在密封腔内加了冷却蛇管。 空心轴冷却。 4.1.4 温度控制的方法冷却第 章4机械密封的基本问题4.1 温度问题 3、冷却 4.1.4 温度控制的方法静环尾部加长冷却水夹套第 章4机械密封的基本问题4.1 温度问题 3、冷却 4.1.4 温度控制的方法冷却水盘管热虹吸冷却第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4、其它方法 1）翅片空冷式 2）风扇空冷式 4.1.4 温度控制的方法翅片空冷式第

25、 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、机械密封典型结构及管线接口 4.1.5 温度控制的注意事项第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、密封箱的温度应比箱内压力下沸点低14左右。 3、冲洗液如有颗粒，就不要直接冲向密封面处。 4、若密封介质是水，则密封箱温度应保持在70，否则会出现闪点。 5、冲洗时设有良好节流。 6、在高温密封中，采用蒸汽急冷。 7、配合其它装置合理使用。 4.1.5 温度控制的注意事项第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题自冲洗、冷却器自冲洗加冷却器、间接冷却150自冲洗、冷却水套、静环冷却或背冷自冲

26、洗、冷却器80150自冲洗自冲洗、背冷式冷却5080自冲洗自冲洗050自冲洗、不冻液背冷自冲洗、不冻液背冷-300烃（中粘度）水（或水溶液）介质温度 4.1.6 温度控制的方式的选择第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、自身压力平衡装置 4.1.7 压力控制系统第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 2、隔离式自身平衡装置 4.1.7 压力控制系统第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 3、氮气瓶加压装置 4、强制循环系统 4.1.7 压力控制系统第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 1、Y形过滤器

27、：用于循环式冲洗的管路中串联使用。 2、双过滤器：以并联的形式在循环式冲洗的管路中串联使用。 3、旋液分离器 4.1.8 过滤装置 第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.1 温度问题 4.1.8 过滤装置 旋液分离器 第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.2 变形问题 机械密封密封副的密封环在实际使用中会发现端面磨损不均匀，有的靠内径处磨损较大，有的靠外径处磨损较大。究其原因，这种现象是由于温度分布不均匀或作用在环上的压力不均匀造成密封环变形所产生的。 机械密封的密封环变形有力变形、热变形和残余变形。影响机械密封缝隙形状变化的主要因素是轴向力、径向力、轴向温度梯度和径向温度

28、梯度。变形的原因第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.2 变形问题 对于接触式机械密封，应尽可能保持密封面的平直和平行，采用合适的变形方式来实现平行平面接触，减少泄漏量和磨损、延长密封寿命和改善密封性能。 对于非接触式机械密封，应尽可能使变形后能保持合适的密封面间隙，来保证密封工作稳定性，防止密封面接触，延长密封寿命。密封间隙要求第 章4机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.2 变形问题 机械密封的密封环主要受力（机械）变形和热（温度）变形。密封环受力和受热产生的密封面变形各不相同的，下图为各种不同方式密封环变形。 不论力变形或者热变形均会破坏端面摩擦副密封面的平面度和平行性，产生

29、各种流体动、静压效应，造成密封面承载能力过大而被打开，或承载能力过小而严重磨损。为此，应尽可能使接触式机械密封保持密封面平行，非接触式机械密封具有稳定的密封面间隙形状。 4.2.1 密封环变形变形危害第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.2 变形问题 4.2.1 密封环变形压力造成的变形温度梯度造成的变形第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.2 变形问题 4.2.1 密封环变形密封变形的模式第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.2 变形问题 九种模式中有A、F、H三组能够保持平行平面，因此，在实际中应尽可能使密封面在工作条件下具有上述三种理想模式。为此，可以采用有

30、限法或边界元法或两者结合来预计密封面变形模式，设计时遵守平行面原则。 4.2.1 密封环变形第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.2 变形问题 尽管密封面变形模式有九种，但基本上只存在平行面、扩散面和收敛面三种模式。如果我们将动、静环的位移和转角的符号作统一规定，密封环的相对变形记为，用下标a表示动环，b表示静环，下标p表示压力变形，下标T表示温度变形，则密封环的相对变形为 ab 如果0，密封面为收敛面；h2。或h1h2（扩散面）或h150mm时，泄漏量5mLh；当轴径50mm时，泄漏量3mLh。 4.3.1 泄漏与零泄漏零泄露第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封

31、性问题 与机械密封泄漏量有关的参数之间的关系反映了机械密封的密封性，称为密封特性。具体有： 1、不同摩擦状态时机械密封的Qps特性 图a为在边界摩擦状态下机械密封的Qps特性 图b为在混合摩擦状态下的Qps特性 图c为在流体摩擦状态下的Qps特性 从图中可以看出：在低压时，流体摩擦泄漏量最大，混合摩擦泄漏量最小，而边界摩擦居中；在高压时混合摩擦泄漏量最大，边界摩擦泄漏量最小，流体摩擦居中。 4.3.2 机械密封的密封特性泄露与其他参数关系泄露与摩擦状态关系第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 2不同周速V和psV值和不同介质(粘度)时的密封特性下图为不同周速V 与Ps

32、V值与泄漏量的关系。从图中可以看出，随着V及PsV值的增减，密封的泄漏量成正比地增减。由此可见在高参数时泄漏量不可避免地要大些。当要求泄漏量较小时，必须采取其它措施。 同时从图中可以看出：对于水(低粘度)，泄漏量大些；对于锭子油(中粘度)，泄漏量小些。由此可见，泄漏量与介质粘度是反比关系。 4.3.2 机械密封的密封特性 4.3.2 机械密封的密封特性第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 3不同密封面比压pb及比压系数Kb pb / ps时的密封特性 右图为不同密封面比压和比压系数与泄漏量关系曲线。表示出随着比压和比压系数的增大，泄漏量减小的关系。 4.3.2 机械密

33、封的密封特性第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 4机械密封跑合时的密封特性 下图不同粗糙度机械密封摩擦副的跑合曲线。密封面的磨合是必然的规律。通过跑合，原始表面质量较低的密封副可以达到较好的密封面贴合程度。 为了保证密封工作正常可靠条件，对一定材料密封副，高速低压下跑合比较有利。 密封副表面粗糙度对密封性有很大影响。原始表面粗糙度高的泄漏量较小，而原始表面粗糙度低的泄漏量较大。 4.3.2 机械密封的密封特性机械密封的跑合曲线泄露与跑合时间关系第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 5机械密封的膜厚（间隙）与泄漏量的关系 右图为机械密封的间隙

34、h与泄漏量的关系曲线。从图中可以看出，随着密封面间隙的增大，泄漏量增加很快，对于边界摩擦成平方关系。 4.3.2 机械密封的密封特性泄露与膜厚关系第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 4.机械密封的载荷系数与泄漏量的关系 右图为机械密封载荷系数（面积比）与泄漏量的关系曲线。从图中可以看出，随着载荷系数K的减小开始泄漏量几乎不变；当K超过一定值后，泄漏量剧烈地增加直到密封面打开，泄漏失效。这说明机械密封存在一临界K值KC，低于此值，密封面开启失效。此外，又可以看出，KC的大小与转速有关，转速越高，KC值就越大。因此在实际中应使： 4.3.2 机械密封的密封特性泄露与载荷

35、系数关系第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 7机械密封的p Q特性 下图为机械密封的系统压差p与泄漏量Q的关系曲线。这是通过转速n3600 rpm的75mm平衡型机械密封试验得出的。曲线表示出压差开始增大时泄漏量随之增大，当达到一定p值以后，压差再增大泄漏量却随之下降。故在设计和使用时应避开最高点。 4.3.2 机械密封的密封特性密封系统压差与泄漏量关系曲线泄露与压差关系第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 影响机械密封泄漏量的因素很多。为了保证机械密封的密封性，可以采取下列措施： 1正确判断机械密封的摩擦状态和相态，保证密封在稳定的摩擦状

36、态和相态下可靠地运转。 2恰当选用机械密封的几何参数，如载荷系数K、弹簧比压、密封面宽度b等参数，使密封面载荷能满足相应摩擦状态和相态下密封的承载能力，保证密封在最小泄漏量或“零泄漏”工况稳定可靠地长期正常运转。 4.3.3 机械密封泄漏量影响因素及提高密封性的措施第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 3摩擦副的密封面表面粗糙度和表面平直度应符合要求，以保证合适的密封面比压和间隙，达到接触式密封最小泄漏量。 4. 考虑平行面原则，确定运转工况下力变形和热变形，保证较理想的密封面形状和间隙，使密封稳定可靠地运转。 5. 严格遵守规程将轴的振动限制在该转速下的允许限内，有

37、条件时可采取振动监测和控制。 4.3.3 机械密封泄漏量影响因素及提高密封性的措施第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.3 密封性问题 4. 防止密封面因热冲击造成的热裂。 7. 严格控制密封装配质量，以保证密封的追随性。 8. 做好环境控制，保证密封有良好的冷却和润滑。 9. 注意辅助密封，使动、静环具有浮动性和密封性。 10. 提高制造质量。 4.3.3 机械密封泄漏量影响因素及提高密封性的措施第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.4 稳定性与追随性问题 机械密封的工作稳定性与追随性是密封系统的重要性能，是系统正常工作的首要条件。了解和分析密封系统的稳定性和追随性，并提

38、出保证密封系统稳定工作的条件，是设计和使用机械密封的基本任务之一。稳定性与追随性第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.4 稳定性与追随性问题 如果受到外界或内部扰动，密封系统偏离原来平衡的工作状态，而当扰动消失后，系统又能逐渐恢复到原来状态，则此系统是稳定的，或具有稳定性的。否则，称此系统是不稳定的，或不具有稳定性的。 稳定性是系统去掉扰动后自身的一种恢复能力，所以是系统的一种固有特性。这种固有的稳定性，只取决于系统的结构参数而与初始条件及外界作用无关。 4.4.1 工作稳定性与失稳稳性性第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.4 稳定性与追随性问题 许多现场机械密封的失效不

39、是由于正常磨耗所造成的，而是早期失效。早期失效的一个根本原因是密封缺乏稳定性（即失稳）。 因此，为了正确设计和使用机械密封，必须了解和掌握机械密封工作稳定性及其判据，确保机械密封稳定正常地工作，密封系统安全可靠地运转。 4.4.1 工作稳定性与失稳稳性性第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.4 稳定性与追随性问题 引起机械密封偏离设计工况的因素有：热变形、力变形、汽化、振动、磨损、制造和安装误差（包括密封面偏移、偏斜、翘曲等）。 这些扰动消失后，密封系统不能恢复到原来状态，会无法工作，导致密封失效。这类问题即系统的稳定性问题。 为了保证机械密封工作稳定性，必须考虑机械密封的开启失稳、

40、相变失稳、形变失稳和动力失稳。 4.4.1 工作稳定性与失稳干扰原因第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.4 稳定性与追随性问题 追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。如果这种性能不良，密封端面将会分离从而导致较大的泄漏。可以通过泄漏量的大小来间接判断密封追随性的优劣。 由于机械密封有一定的跳动，在高速运转时机械密封动环每转一圈，环表面的高点就把静环向外推，使动环与静环之间实际上形成密封面打开的小间隙，造成泄漏。这就是机械密封的追随性问题。 4.4.2 机械密封的追随性追随性第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.4 稳定性与追随

41、性问题 1、在机械密封的设计和使用中，必须正确选择面积比，并根据具体情况（例如开启失稳、相变失稳和形变失稳等）确定相应的膜压系数。 2、为了保证密封的动力稳定性，必须正确选择密封主要尺寸和参数。 3、为保证密封的相态稳定，应使密封不在似汽相区运转。 4、为了保证密封面变形后密封工作稳定性，对于接触式密封，遵循平行面原则，以保证良好的密封面贴合和避免开启失稳而可靠地运转；对于非接触式密封确定流体静、动压密封的承载能力保证密封工作稳定。 4.4.3 提高机械密封稳定性的措施提高稳定性措施第 章6机械密封的基本问题流体润滑与密封基础4.4 稳定性与追随性问题 1、在机械密封的设计和使用中，必须正确选择弹簧刚度、根数和调整密封环组件的重量，保证工作频率小于自振频率s ，使密封环具有良好的追随性； 2、在机械密封的使用中可以采取改变弹簧刚度和根数的办法来改变自振频率，以满足上述追随性条件； 3、在设计和使用中还应考虑动、静环的浮动性和辅助密封元件的阻尼作用。 4.4.3 提高机械密封追随性的