【正文】 形彈性零件。 ?波紋管型機械密封在軸上沒有相對滑動，對軸無磨損，追隨性好，適用范圍廣。 ?追隨性 是指當機械密封存在跳動、振動和轉軸的竄動時，補償環(huán)對于非補償環(huán)保持貼合的性能。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ?金屬波紋管耐蝕性好，可在高、低溫下使用。 ?聚四氟乙烯波紋管型機械密封由于聚四氟乙烯耐腐蝕性好，可用于各種腐蝕介質中。 ?橡膠波紋管型機械密封結構簡單緊湊，安裝方便且價格便宜，適用于工作壓力不大于 、溫度不大于 100℃ 的低參數(shù)條件。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 金屬波紋管型機械密封 聚四氟乙烯波紋管型機械密封 橡膠波紋管型機械密封 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 三、機械密封端面摩擦機理及摩擦狀態(tài) 1. 摩擦副密封端面特征 密封端面的特征 ?? 真實幾何形狀是由 表面形狀誤差 、表面波度 和 表面粗糙度 三部分組成。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ? 普通機械密封 密封端面間的 液膜極薄 ，基本上是與表面粗糙度處于同一數(shù)量級，因此表面形貌中的高頻粗糙度、低頻波度和整體形狀誤差都對機械密封的性能有很大影響。 ? 表面形狀誤差 是密封件在加工成形時所具有的宏觀幾何形狀誤差。對于機械密封其端面形狀誤差用平面度表示。此外，由于壓差和溫差的作用，密封面具有徑向表面錐度。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ? 表面波度 是指密封表面形成較長而有規(guī)律的波浪形紋理，如加工時機床 工具 工件系統(tǒng)的低頻振動所引起的密封件表面幾何形狀誤差，具有一定的波高、波距和波數(shù)。此外，結構和受力不勻稱也會產(chǎn)生表面波度。 ? 表面粗糙度 是指加工時在表面波紋上形成較小的幾何輪廓。它是微觀形狀誤差，而表面形狀誤差是宏觀形狀誤差，波度是介乎兩者之間的形狀誤差。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 2. 機械密封端面摩擦機理 ? 當閉合力較大時，微凸體尖峰處的表面膜將破裂而導致固體的直接接觸，如圖中的 A部分。圖中 B部分為邊界膜接觸， C部分為微凸體之間形成的微觀空腔。 ? 當 h0較小時，各微觀空腔 C之間基本上是不連續(xù)的，因而不充滿液體或雖充滿了液體但壓力很小，密封閉合力主要由邊界膜和固體直接接觸來承受，此時對應于 邊界摩擦狀態(tài) ； 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 2. 機械密封端面摩擦機理 ? 隨著 h0的增加，微觀空腔 C將部分的連接起來，產(chǎn)生較大的流體靜壓力和流體動壓力，密封閉合力由流體壓力、邊界膜和固體接觸三部分承受，此時對應于 混合摩擦狀態(tài) ； ? 當 h0增大到一定值時，微觀空腔 C已連成一片，密封縫隙中的流體靜壓力和流體動壓力足以承受密封閉合力，表面微凸體不再接觸，此時對應于 流體摩擦狀態(tài) 。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 ? 邊界摩擦狀態(tài)時摩擦力主要由固體摩擦力和邊界膜摩擦力兩部分組成； ? 混合摩擦狀態(tài)時摩擦力由固體摩擦力、邊界膜摩擦力和流體內摩擦力三部分組成； ? 流體摩擦狀態(tài)時摩擦力主要是流體內摩擦力。 ? 因為在法向載荷一定時有：流體摩擦力 ?邊界摩擦力 ?固體摩擦力，所以在密封端面閉合力 Fc一定時 摩擦系數(shù) 有：f流 ? f混 ? f邊 ， 磨損量 有： ?流 ??混 ??邊 。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 3. 機械密封端面摩擦狀態(tài)分析 ? 機械密封的工作狀況首先取決于密封面間的摩擦狀態(tài)。機械密封可能處于流體摩擦、混合摩擦、邊界摩擦或干摩擦狀態(tài)下工作。 （ 1）干摩擦狀態(tài) 。在兩密封端面間不存在潤滑膜，摩擦主要取決于滑動面的固體相互作用。在一般工程條件下，密封面上還可能吸附有氣體（或介質的蒸汽）或氧化層。此時固體與固體的接觸磨損很大，并主要取決于載荷和配合材料。 （ 2）邊界摩擦狀態(tài)。 兩密封端面摩擦時，其表面吸附著一種流體分子的邊界膜。此流體膜非常薄，使兩端面處于被極薄的分子膜所隔開的狀態(tài)。這種狀態(tài)下的摩擦稱為邊界摩擦。 邊界摩擦中起潤滑作用的是邊界膜，可是測不出任何液體壓力來。一般來說，邊界膜的分子有 3?4層，其厚度為 200197。（ 1197。=10?10m）左右，并且部分是不連續(xù)的，局部地方發(fā)生固體接觸，載荷幾乎都由表面的高峰承擔。液膜介質的黏度對摩擦性質沒有多大影響，摩擦性能主要取決于膜的潤滑性和摩擦副材料。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 邁爾 基于邊界摩擦學說，建立了 流體交換流動理論 :液體主要通過單個的沒有相互連通的細溝或者空隙滲入到密封面上。由于在密封面整個寬度上都存在粗糙不平的不連續(xù)的迷宮形凹隙，所以當密封環(huán)旋轉時，在殘余壓力和離心壓力的作用下，液體在兩個摩擦面上相互碰到的極小的空隙和溝槽間發(fā)生交換。密封端面間的各微觀空隙彼此之間很少連通，當兩個環(huán)中之一旋轉時，可以像人通過旋轉門或物體經(jīng)由計量機器那樣，液體從一個空隙轉移到另一個空隙中去，一直到液體質點達到縫隙的終端，從而導致泄漏 。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 3）流體摩擦狀態(tài)。 在理想的條件下，兩密封端面由一層足夠厚的潤滑膜所隔開，滑動面之間不直接接觸。此時摩擦僅由黏性流體的剪切產(chǎn)生，故其大小通常要比固體摩擦小得多，而且也不存在固體的磨損。這種潤滑狀態(tài)為流體潤滑，這種狀態(tài)下的摩擦稱為 流體摩擦 。 在完全流體摩擦狀態(tài)下， 潤滑劑的動力黏度影響摩擦的性質。此時，潤滑劑流體表現(xiàn)出它的體積特性，摩擦發(fā)生在潤滑劑的內部，是屬于潤滑劑的內摩擦。 （ 4）混合摩擦狀態(tài)。 這是介于上述三種摩擦狀態(tài)之間的一種摩擦狀態(tài)，在密封端面間，能夠形成局部中斷的流體動壓或流體靜壓的潤滑膜，即接觸表面間幾種摩擦同時出現(xiàn)。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 密封端面的不同摩擦狀態(tài)，對密封裝置的泄漏和磨損有著不同的影響。 （ 1）密封端面處于 干摩擦狀態(tài) 時，兩端面間的固體直接接觸，磨損很大。隨著磨損的加劇泄漏量增大，所以機械密封應避免在干摩擦狀態(tài)下工作。 （ 2）密封端面處于 流體摩擦狀態(tài) 時，摩擦僅由黏性流體的剪切產(chǎn)生，故其大小通常要比固體摩擦小得多，而且也不存在固體的磨損，摩擦發(fā)生在潤滑劑的內部，是屬于潤滑劑的內摩擦。但流體液膜越厚，泄漏量越大，因此減少摩擦和磨損必須付出泄漏量增大的代價。普通的機械密封在流體摩擦狀態(tài)下工作時泄漏量較大，將失去密封的意義，因此一般不采用。 4. 端面摩擦狀態(tài)對機械密封性能的影響 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 3）密封端面處于 邊界摩擦狀態(tài) 時，潤滑膜的黏度對摩擦性質沒有多大的影響。摩擦性能主要取決于邊界膜的潤滑性能和摩擦副的材料。邊界摩擦下的泄漏量很小，磨損通常也不大，可是這種磨損與摩擦副是否合適以及潤滑介質有密切的關系。 （ 4）密封端面處于 混合摩擦狀態(tài) 時，在密封端面間能夠形成局部中斷的流體動壓或流體靜壓的潤滑膜。潤滑膜的動力黏度和摩擦副材料特性對摩擦過程有明顯的影響?；旌夏Σ翣顟B(tài)下存在輕微的磨損，摩擦系數(shù)較小，泄漏量不大。 對于 普通機械密封 而言，液膜太厚顯然密封性能變差，而干摩擦會引起劇烈磨損，造成早期失效，考慮到密封性能以及摩擦、磨損特性，機械密封端面的最佳摩擦狀態(tài)應該是混合摩擦狀態(tài)，如密封性能要求很高，則應該是邊界摩擦狀態(tài)。 4. 端面摩擦狀態(tài)對機械密封性能的影響 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （一）端面比壓 作用在密封環(huán)帶上單位面積上凈剩的閉合力稱為 端面比壓 ，以 pc表示，單位為 MPa。 端面比壓大小是否合適，對密封性能和使用壽命影響很大。 比壓過大 ，會加劇密封端面的磨損，破壞流體膜，降低壽命； 比壓過小 會使泄漏量增加，降低密封性能。 四、機械密封的主要性能參數(shù) 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 1. 端面比壓的計算 Fp Fs F39。c Fm Ff（忽略） 以內流式單端面機械密封為例。對補償環(huán)作受力分析 （ 1）彈簧力 Fs （ 2）密封流體推力 Fp （ 3）端面流體膜反力 Fm （ 4）補償環(huán)輔助密封的摩擦阻力 Ff 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 需要說明的是，上述計算式是根據(jù)內流式單端面密封推導出來的，對其它情況仍然適用，但需作適當處理。 （ 1）對于外流式單端面機械密封： 上式仍可用，只是式中的 ?值應按下式計算 2122212beddddAA?????? ? pppppAFp ?? ???????? smescc化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 2）雙端面機械密封 軸向雙端面密封，靠 大氣側 的密封端面受力情況與內流式一樣 對于 介質端 ，可以看作壓力為 pf的封液向壓力為 p1環(huán)境泄漏的內流單端面密封 ? ? fsc ppp ?? ???? ? ? ?? ?1fssc pppppp ??????? ????化學工業(yè)出版社 2022/2/2 （ 3）對于波紋管式機械密封 端面比壓的計算和彈簧式機械密封完全相同，只是在計算平衡系數(shù) ?時，采用波紋管的有效直徑 de代替彈簧式機械密封的平衡直徑 db。 波紋管的有效直徑 de與波紋管的工作狀態(tài)、波形、波數(shù)及材料等到有關，可近似按下列公式計算： 矩形波 （如車制的聚四氟乙烯波紋管）為 鋸齒形波 （如焊接金屬波紋管）為 U形波 （如擠壓成型的金屬波紋管）為 ? ?2o2ie 21 ddd ??? ?2o2i2o2ie 31 ddddd ???? ?2o2i2o2ie 23381 ddddd ???化學工業(yè)出版社 2022/2/2 四、機械密封的主要性能參數(shù) （二）端面摩擦熱及功率消耗 機械密封的功率消耗包括密封端面的摩擦功率 Nf和旋轉組件對流體的攪拌功率 Ns。一般情況后者比前小得多，而且難以準確計算，通?？梢院雎裕珜τ诟咚贆C械密封，則必須考慮攪拌功率及其可能造成的危害。 端面摩擦功率常用下式近似計算： vAfpN cf ?化學工業(yè)出版社 2022/2/2 四、機械密封的主要性能參數(shù) （三） pv值 密封端面的摩擦功率同時取決于壓力和速度，因此，工程上常用兩者的乘積表示，即 pv值。 pv值常被用作選擇、使用和設計機械密封的重要參數(shù)。但實際中由于所取的壓力不同， pv值的含義和數(shù)值就有所不同，即表達機械密封的功能特性不同。 1. 工況 pv值 工況 pv值是密封腔工作壓力 p與密封端面平均線速 v的乘積，說明機械密封的使用條件、工況和工作難度。密封的工況 pv值應小于該密封的最大允許工況 pv值。產(chǎn)品樣本或選用手冊中所給出的 pv值一般即為最大允許工況 pv值，該值也是密封技術水平的體現(xiàn)。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 pcv值 工作 pcv值是端面比壓 pc與密封端面平均線速度 v的乘積，表征密封端面實際工作狀態(tài)。端面的發(fā)熱量和摩擦功率直接與 pcv成正比，該值過大時會引起端面液膜的強烈汽化或者使邊界膜失向（破壞了極性分子的定向排列）而造成吸附膜脫落，結果導致端面摩擦副直接接觸產(chǎn)生急劇磨損。它是設計時考慮的一個重要指標，其值必須小于許用的[pcv]值。 [pcv]值 許用 [pcv] 值是極限（ pcv）除以安全系數(shù)獲得的數(shù)值。所謂極限（ pcv）是指密封失效時達到的 pcv，它是密封技術發(fā)展水平的重要標志。不同材料組合具有不同的許用 [pcv]值。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 四、機械密封的主要性能參數(shù) （四）泄漏率 ? 機械密封的泄漏率是指單位時間內通過主密封和輔助密封泄漏的流體總量，是評定密封性能的主要參數(shù)。泄漏率的大小取決于許多因素，其中主要的是密封運行時的摩擦狀態(tài)。 ? 為了保證密封具有足夠壽命，密封面應處于良好的潤滑狀態(tài)。因此必然存在一定程的泄漏，其最小泄漏率等于密封面潤滑所必須的流量，這種泄漏是為了在密封面間建立合理的潤滑狀態(tài)所付出的代價。所有正常運轉的機械密封都有一定泄漏，所謂 “ 零泄漏 ” 是指用現(xiàn)有儀器測量不到的泄漏率，實際上也有微量的泄漏。 ? 機械密封允許的泄漏率，目前尚無統(tǒng)一標準，實際使用主要取決于密封介質的特性以及密封運行的環(huán)境。我國機械行業(yè)標準 JB/T —1999《 機械密封技術條件 》 規(guī)定：當被密封介質為液體時，平均泄漏率，在軸（或軸套）外徑大于 50mm時，不大于 5mL/h；而當軸（或軸套）外徑不大于 50mm時，不大于 3mL/h；對于特殊條件及被密封介質為氣體時不受此限。 化學工業(yè)出版社 2022/2/2 四、機械密封的主要性能參數(shù) （五）磨損量 磨損量是指機械密封運轉一定時間后，密封端面在軸向長度上的磨損值。 磨損量的大小要滿足機械密封使用壽命的要求。J