机械密封主要性能参数

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

图3-2 内流型密封受力图

()202

24d d Ae -=π

A = 4

π ()2122d d - 将Ae 和A 之值带入K 中，可得

212

22022

d d d d K --=

K 为载荷系数，对流体式机械密封而言。不同密封结构可根据载荷系数定义进行计算。载荷系数的意义很大，他它是用来区分平衡型和非平衡型密封的重要参数。对泄漏量和使用寿命有很大的影响。

60、平衡型和非平衡型密封是怎样选用？

对于一般介质，当P 介＝0.6～0.7Mpa 以上就的选用平衡型密封，对粘度较大，润滑性能好的介质，非平衡型机械密封使用压力可以超过该值；对于粘度较小，润滑性能差的介质，当P 介＝0.29～0.49Mpa 时就得选用平衡型机械密封。

采用平衡型机械密封是为了减少密封介质在端面上的压力，使端面的比压在合适的范围内。

当密封腔压力超过0.7mpa 时应考率采用部分平衡型密封。

61、平衡型和非平衡型机械密封的是怎样划分的？

根据介质的端面上所引起的比压的卸载情况，可将密封分为平衡和非平衡型两种类型。不卸载的称非平衡型；卸载的称平衡型，

非平衡型——端面压力受介质压力的影响。过大会压坏端面间隙的润滑膜。

平衡型——动、静环密封面的压力不受（或很少受）介质压力的影响

图3-5

平衡型密封的密封环带面积大于流体压力作用面积。为此，将密

封端面外径高于平衡线而且内径又低于平衡线布置，这需要在轴上或

轴套上有一个阶梯。相反非平衡型密封环带小于流体压力作用的面积，非平衡型密封可直接与光轴配合。平衡线如图3-5 载荷系数K≥1.0的密封为--非平衡型密封。

载荷系数K＜1.0的密封，称为--平衡型密封。

一般石油化工的离心泵的 K载荷系数为 K=0.63～0.85

当密封腔压力超过0.7mpa时应考率采用部分平衡型

62、平衡系数?怎样确定？

采用平衡型主要是为了减少被密封介质作用在端面上的力，使端

面比压在合适的范围内使用。

平衡系数?值的选择与密封介质粘度、温度、转速、等有关。

?值的常用范围为15％～40％即载荷系数 K＝0.85～0.60 在其

他条件不变化的情况下，粘度越大的适用的?值愈小，粘度越小使用

的?就越大。试验证明水、汽油、煤油等介质的?值约为20％～30％（对

于水?＝48时，已接近端面打开的极限对于粘度大的油?值约为30％～40％机械密封的?值分为15％、20％、25％、30％、40％。五种。

63、平衡系数?值对密封有什么的影响？

平衡系数?愈大，由介质引起的端面比压就愈小，虽然磨损小，但

不易保证密封。反之，衡系数?愈小，则端面比压就愈大，使端面磨损加剧，发热甚至有咬坏的危险，最后使密封失效。因此要选取适当的?值，其值的大小与很多因素有关，情况比较复杂，通常情况下，?值不易超过0.5否则，端面间的反压力将使得端面有被推开的趋势。

64、常用的内装机械密封的端面比压怎样计算？

机械密封的端面比压是保证机械密封长周期运转的一个重要因素。端面比压要大于密封端面液膜压力，使密封良好的贴合，保证密封的稳定性。但是端面比压不宜过大，以防止产生大量的热破坏密封的液膜，甚至造成密封端面的磨损和热裂等故障的发生。

端面比压的计算与密封的设计结构有关，不同的结构计算方法不同，需要指出的是端面比压是单位面积所承载的平均值，

图3-2是内装平衡型机械密封机构示意图。是应用比较广泛的一种形式。由问答55可知

m p t F F F F -+=

介质引起的闭合力

()202214

d d p F p -=π 液膜压力引起的开启力 ()21224

d d p F m m -=π 于是动环受力的合力变成 ()()212220221

44d d p d d p F F m t ---+=ππ

端面比压为

()()()()21222022121222122

4444d d d d p d d F d d F

--+-=-ππππ()()212221224d d d d p m ---π

令 ()21224d d F p b -=π

()21224d d F p t t -=π

可得端面比压

m t b p d d d d p p p ---+=212220221

式中 载荷系数令-=--K D D D D 21210022

1P P m λ=

端面比压公式最终形式为

()1p k p P t b λ-+=

这就是内装内流旋转型机械密封的端面比压计算公式。该公式适用于同样的非平衡型密封。

例题；有一台离心泵，采用内装式机械密封：机械密封有关尺寸是：d0=60mm ， D1=62mm ， D2=70mm ，已知设计条件下的弹簧力P 弹 = 150牛顿：实侧密封腔介质压力P =0.3Mpa ；求该泵行的端面比压？ ? 解；用公式

()1p k p P t b λ-+=

()()

a MP D D P P S 18.0062.007.04/1504/12=-=-=ππ弹 23.12.6767221

22022=--=--=D D D D K 内

取 0.5- λ

得 ()a MP Pg 399.05.023.13.018.0=-?+= 又根据上题参数求平衡系数 β 平衡系数

解；23.0-=== 1.23-1K -1β

答：运行时的端面比压为0.399(MPa)符合标准

表3-1推荐泵用密封端面比压

65、如何计算波纹管密封端面比压？

对于波纹管式密封，端面比压的计算和弹簧密封完全相同，只是在计算平衡系数β时，采用波纹管的有效直径e d 代替弹簧密封的平均直径b d 。波纹管的有效直径e d 与波纹管的工作状态、波形、波数及材料有关，焊接波纹管密封可按下列公式计算。

=

d—是波纹管的内径

式中

1

d—是波纹管的外径

2

d—波纹管的有效作用直径

e

上述计算公式的计算值与实际值有一定的偏差，压力越大，偏差就越大。

66、常用的端面比压值是多少？

常用的端面比压值是保证密封正常工作的主要技术参数，端面比压值的大小与机械密封的结构、介质压力、工况条件等有关。表3-1

67、什么是机械密封的pv值？

密封端面的摩擦功率取决与压力和速度，因此，工程上常用两者的乘积表示，即pv值。pv常被用作选择密封的重要参数。如果机械密封的pv之过大，密封面会产生大量的摩擦热，轻者使密封液膜汽化，密封泄漏。重者造成密封端面严重磨损出现沟痕和裂纹。因此pv是密封正常工作的重要参数，机械密封的pv是指端面比压和圆周速度的乘积。