机械密封主要参数.

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.

载荷系数的大小，表示介质压力加到密封端面的载荷程度，通常可通过在轴或轴套上设置台阶，减小A e改变K值。根据载荷程度不同，机械密封可分为三种平衡型式，分别用于不同压力条件，见表7-2.载荷系数K的推荐见表7-3.

表7-2机械密封的平衡型式

密封平衡型式载荷系数范围使用压力范围/MPa

非平衡式K》1 P《0.7

平衡式0 p>(0.6～0.9)

过平衡式K《0

表7-3机械密封端面压力、弹簧压力和载荷系数推荐值

密封类型端面压力P c/MPa 弹簧压力P s/MPa 载荷系数K 内流式非平衡式0.3～0.6 0.08～0.3 1.15～1.30

平衡式0.3～0.6 0.08～0.3 0.55～0.85

外流式非平衡式0.3～0.5 0.1～0.3 1.20～1.30

平衡式0.3～0.5 0.1～0.3 0.65～0.80

过平衡式0.2～0.4 -0.35～-0.15

端面压力

密封端面单位面积上所受的力称为端面压力，以P c表示。它是影响机械密封性能的主要因素之一。由弹簧力作用在密封端面单位面积上的压力称为弹簧压力，用P s表示。端面压力可根据作用在补偿环上的力平衡来确定。它主要取决于密封结构型式和介质压力。

内流单端面机械密封的端面压力

图7-16为几种内流单端面机械密封的结构简图，其旋转环为补偿环。今以图7-16A非平衡式结构为例，对补偿环作受力分析，其轴向力平衡见图7-17。

式中d b为平衡直径，即介质压力在补偿环辅助密封处的有效作用直径。F s和F p都是使端面趋于闭合的力。

1）端面液膜压力F m。端面液膜压力包括液膜静压力和液膜动压力，它们都是力图使端面开启的力。在目前的机械密封设计中，液膜压力都是粗略地以液膜静压力为计算依据，必要时再通过实验进行修正。

式中λ—液膜反压系数。

2）补偿环辅助密封与相关元件表面的摩擦阻力F t。F t的方向与补偿环轴向移动方向相反。补偿环向闭合方向移动时，F t为负值；反之，则为正直。

式中F t—由摩擦阻力引起端面压力增大或减小的值，单位为Pa.因此，端面所受静闭合力F′C为

外流单端面机械密封的端面压力

图7-18为几种外流式单端面机械密封结构简图，其中旋转环为补偿环。以图7-18B平衡式为例，作补偿环的受力分析，其轴向力平衡见图7-19.

与式7-4比较，形式上完全相同。因此，各种平衡程度的内流式或外流式机械密封，均可按式7-4计算端面压力，仅仅是K值的大小和正负值不同而已。

双端面机械密封的端面压力

图7-20的双端面机械密封，靠大气层侧的密封面受力情况与内流式单端面机械密封完全相同，端面压力为

式中P t—封液压力，单位为Pa。

靠介质侧的密封面受力情况与单端面内流式和外流式都不一样，其补偿环轴向力平衡如图7-21，按前面同样的方法可以导出端面压力为

式中K1—按内流式计算的载荷系数，

波纹管机械密封的端面压力

内流式波纹管机械密封（图7-22）中，波纹管外侧受到介质压力P作用。当长度L保持不变时，它在轴向产生的力FP相对于波纹管d4与有效直径d e之间的环形活塞端面受压力p作用时所产生的力（图7-23），即

外流式波纹管机械密封（图7-24），波纹管内侧受到介质压力p作用。当长度L保持不变时，它在轴向产生的力F p相当于波纹管有效直径d e与轴直径d之间的环形活塞端面受压力p所用所产生的力(图7-25)，即

波纹管的有效直径与波纹管的工作状态、波形、波数及材料等有关，可近似按下列公式计算：

矩形波（如车制的聚四氟乙烯波纹管）为

上述近似公式的计算值与实际值有一定偏差，压力越高，偏差越大。波纹管的有效直径d e，实际上相当于带辅助密封圈的机械密封中的平衡直径d b，因此，其端面压力计算式，只需由式7-4中减去末项，即