机械密封基础知识-三机械密封的计算

2018/12/3
2
（二）密封端面中液膜反力的分布情况
2018/12/3
3
在d2处，端面间液膜压力等于P介。在d1处，端面间液 膜压力近似为零。对于中间分布情况，人们通过大量试验 发现，各点的压力分布与介质性质有关，还与端面中的相 态和摩擦状态有关。 对于丁烷等(粘度小、易汽化介质)，压力分布成凸抛物线状1。 对于水等(中等粘度介质)，压力分布成直线性2。 对于润滑油等(高粘度介质)，压力分布成凹抛物线状3。
2018/12/3
12
端面比压的选取原则：
（1）必须高于弹簧比压；
（2）必须大于介质在端面温度升高时的饱和蒸汽压； 在保证以上条件下，尽量取小值，以防端面发热，破坏液膜，加剧磨损，功 率消耗增大，密封使用寿命减短。同时考虑以下原则： （1）对自润滑性好的组对（M106K/SiC、YG6/ SiC、M106K/YG6） 可以取稍大值(因液膜不易被破坏，摩擦系数不易增加。)。 （2）对于外装式机械密封，可以取稍小值（因介质比压很小，
两相。rb为汽化半径，此处液膜压力=P饱和（tp），
tp处温度最高。 r2～rb区域，液膜压力成线性分布，液相 rb～r1区域，液膜压力成抛物线分布，气相 对于易汽化介质膜压系数λ，中国石油大学顾永泉教授提出一个计算公式： λ=2/3×/P1＋（1/2－1/6×Pf/P1）（r2～rb）/( r2 －r1) 式中：Pf ：rb处气化压力 P1 ：介质压力 rb：气化半径 r2 /r1 ：端面外半径/内半径 计算值一般在0.70～0.85之间。
转速低，轴摆动大，取大值。
2018/12/3
9
（七）载荷系数K
介质压力对补偿环的有效作用A面积与端面面积S之比。 K=A/S
2018/12/3
10衡型；
d0为介质分界圆直径
当K＜1时，机械密封为平衡型；
平衡系数β=100（1-K）% 载荷比压：P载=KP介
外装式 机械密封 0.3~0.5 ——— 0.3~0.5 0.15~0.25 0.15~0.25 0.4~0.6 0.3~0.5
饱和蒸汽压
粘度
摩擦副材料
匹配的硬/硬 匹配的硬/软
2018/12/3
14
（九）波纹管的有效作用直径de
端面比压中有一项K，K=A/S A：介质有效作用面积， A=π（d22－de2）/4，de为有效直径。 S：密封端面面积 S=π（d22－d12）/4
三、机械密封的计算
（一）补偿环的受力状况
要进行端面比压计算，首先要分析补偿环的受力情况。 如图，补偿环受到的力有：
2018/12/3
1
向左的：弹簧力Ft、介质压力所产生的作用力Fp 向右的：液膜反力Fm、静环作用的端面支承力F； 摩擦力R，很小可以忽略；
以上四力平衡，有F=Ft＋Fp－Fm
端面比压P=F/S （S为端面面积） 上面各项力的计算方法在后面章节再加以叙述。
2018/12/3
7
（五）膜压系数的影响因素
（1）端面几何尺寸，由上面公式可以看出。 （2）密封结构：前面讲的都是对内流式而言的，对外流式，λ还要增大0.2左右， 对于中等粘度介质λ=0.7
（3）摩擦状态：边界摩擦（端面多个高点直接接触承压。液膜厚度只有几个分子 厚，且不连续，几乎不承压，只起润滑作用，λ=0）、液体摩擦（全液膜，泄漏量 大，机械密封一般不采用）、混和摩擦（介于以上两种之间,这是机械密封端面摩 擦的主要形式）
2018/12/3
15
（1）金属波纹管 内装内流式：deo=（di＋do）/2－Z 外装外流式：dei=（di＋do）/2＋Z 修正系数Z=0.671P介0.797
（2）聚四氟乙烯波纹管
矩形波：de=［（di2＋d o2）/2］1/2 锯齿波：de=［（d i2＋d o2＋d i d o）/3］1/2
2018/12/3
5
（四）易汽化介质中密封端面间的液膜压力分布
易汽化介质（如液态烃等）的机械密封一直是石化行 业中较难解决的问题，其原因是膜压系数不稳定，因其在 端面中的相态和摩擦状态不稳定。因此弄清端面间的压力 分布，对于正确计算液膜反力很有必要。
2018/12/3
6
大家都知道，对于轻烃类介质，端面缝隙中存在气液
2018/12/3
11
（八）端面比压
P=Pt+P载－P液膜 = Pt +（K-λ）P介 （内装式） 对于双端面机械密封介质侧：
P液膜= P外＋λ（P内－P外）
P载=K P内＋（1－K）P外
所以：P= Pt＋K P内＋（1－K）P外－［P外＋λ（P内－P外）］ = Pt＋K P内＋P外－K P外－P外－λ（P内－P外） = Pt＋K（P内－P外）－λ（P内－P外） = Pt＋（K－λ）（P内－P外） = Pt＋（K－λ）ΔP
2018/12/3
4
（三）液膜反力的计算
Fm =λP介 S （液膜比压Pm=λP介）
λ：膜压系数≈0.5（中粘度），=0.65～0.75（低粘度）， =0.3～0.4（高粘度）。 它是一个平均值，表示液膜压力占介质压力的比例， 并不表示压力的分布情况。该公式为端面比压的计算 提供了方便。 S：端面面积S=π（d22－d12）/4
而Pt不可能很大。）。
（3）对于高粘度介质，取稍大值（以保持端面贴合）。 （4）易挥发介质（饱和蒸汽压高）稍小值（以减少温升）。
2018/12/3
13
推荐的端面比压值
因素
程度 接近水比水低 比水高 比水高 比水低 其中一个为塑料
内装式 机械密封 0.5~1.0 0.3~0.5 0.5~1.0 0.3~0.5 0.2~0.3 0.7~1.2 0.5~1.0
橡胶波纹管de无法准确计算，一般由试验获得。
（4）端面缝隙情况：渐开形，λ减小；渐收形，λ增大 （5）其他因素：转速高，对于内流式λ减小，对于外流式λ 增大。此外端面比压、密封面温度、粗糙度等都有一定影响。
2018/12/3
8
（六）弹簧比压的计算
Pt =F弹/S F弹可计算得出，但一般有误差±10%，这是由于制造厂、 制造工艺、原材料的化学成分、热处理工艺等存在差异的 缘故。 一般Pt =0.15~0.2Mpa(内装)，0.3~0.6Mpa(外装)，反应釜中，