機(jī)械密封的主要參數(shù)(已修改)
2025-08-17 08:22 本頁(yè)面
【正文】 機(jī)械密封的主要參數(shù)核心提示： 端面液膜壓力 為了保證端面間有一層穩(wěn)定的液膜（半液體潤(rùn)滑或邊界潤(rùn)滑膜），就必須控制端面承受的載荷W，而W值究竟多大合適，是與液膜承載能力密切相關(guān)的。與平面軸承……端面液膜壓力 為了保證端面間有一層穩(wěn)定的液膜（半液體潤(rùn)滑或邊界潤(rùn)滑膜），就必須控制端面承受的載荷W，而W值究竟多大合適，是與液膜承載能力密切相關(guān)的。與平面軸承類似，機(jī)械密封端面間隙液膜的承載能力，稱為端面液膜的壓力，它包括了液膜的壓力和液膜動(dòng)壓力兩部分。液膜靜壓力 當(dāng)密封間隙有微量泄漏時(shí)，由于密封環(huán)內(nèi)、外徑處的壓差促使流體流動(dòng)，而流體通過(guò)縫隙受到密封面的節(jié)流作用，壓力將逐步降低。假設(shè)密封端面間隙內(nèi)流體流動(dòng)的單位阻力沿半徑方向是不變的，則流體沿半徑r的壓力降呈線性分布（圖711）。例如中等粘度的流體（如水），其沿徑向的壓力就近似于三角形分布，低粘度液體（如液態(tài)丙烷等）則呈凹形，高粘度液體（如重油）壓力縫補(bǔ)呈凸形。 端面間的液膜靜壓力是力圖使端面開啟的力，設(shè)沿半徑方向r處，寬度為dr的環(huán)面積上液膜靜壓力為pr，設(shè)密封流體壓力為p，則作用于密封面上的開啟力R為液膜動(dòng)壓力 機(jī)械密封環(huán)端面即使經(jīng)過(guò)精細(xì)的研磨加工，在微觀上仍然存在一定的波度，當(dāng)兩個(gè)端彼此相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由于液膜作用會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)。有納威斯托克斯(NovierStokes)方程： 如圖713，設(shè)二平面間存在一定的斜楔，隨著間隙減小，液壓增大，而斜楔的進(jìn)出口處壓差為零，故有—液壓最大值，對(duì)應(yīng)該處的液膜厚度為h0，則流量 關(guān)于機(jī)械密封液體動(dòng)壓效應(yīng)的形成和分析，有許多不同的觀點(diǎn)和力學(xué)模型。由于密封面微觀狀態(tài)的影響因素很多，以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的困難，目前還不能提出能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算的公式。但對(duì)于機(jī)械密封設(shè)計(jì)的正確分析，具有一定的理論指導(dǎo)意義。載荷系數(shù) 機(jī)械密封的載荷系數(shù)是在摩擦副軸向力平衡下，各項(xiàng)軸向力與密封上最大介質(zhì)壓力的比值，它反應(yīng)了各種軸向力的作用和大小。載荷系數(shù)也可以用面積比來(lái)表示：介質(zhì)壓力作用在補(bǔ)償環(huán)上使之與非補(bǔ)償環(huán)趨于閉合的有效作用面積Ae與密封端面面積A之比為載荷系數(shù)K. 載荷系數(shù)的大小，表示介質(zhì)壓力加到密封端面的載荷程度，通?？赏ㄟ^(guò)在軸或軸套上設(shè)置臺(tái)階，減小Ae改變K值。根據(jù)載荷程度不同，機(jī)械密封可分為三種平衡型式，分別用于不同壓力條件，.表72機(jī)械密封的平衡型式密封平衡型式載荷系數(shù)范圍使用壓力范圍/MPa非平衡式K》1P《平衡式0k1 div= style=margin: 0px。 padding: 0px。 liststyle: none。p(～)過(guò)平衡式K《0表73機(jī)械密封端面壓力、彈簧壓力和載荷系數(shù)推薦值密封類型端面壓力Pc/MPa彈簧壓力Ps/MPa載荷系數(shù)K內(nèi)流式非平衡式～～～平衡式～～～外流式非平衡式～～～平衡式～～～過(guò)平衡式～～端面壓力 密封端面單位面積上所受的力稱為端面壓力，以Pc表示。它是影響機(jī)械密封性能的主要因素之一。由彈簧力作用在密封端面單位面積上的壓力稱為彈簧壓力，用Ps表示。端面壓力可根據(jù)作用在補(bǔ)償環(huán)上的力平衡來(lái)確定。它主要取決于密封結(jié)構(gòu)型式和介質(zhì)壓力。內(nèi)流單端面機(jī)械密封的端面壓力 圖716為幾種內(nèi)流單端面機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其旋轉(zhuǎn)環(huán)為補(bǔ)償環(huán)。今以圖716A非平衡式結(jié)構(gòu)為例，對(duì)補(bǔ)償環(huán)作受力分析，其軸向力平衡見(jiàn)圖717。 式中db為平衡直徑，即介質(zhì)壓力在補(bǔ)償環(huán)輔助密封處的有效作用直徑。Fs和Fp都是使端面趨于閉合的力。1） 端面液膜壓力Fm。端面液膜壓力包括液膜靜壓力和液膜動(dòng)壓力，它們都是力圖使端面開啟的力。在目前的機(jī)械密封設(shè)計(jì)中，液膜壓力都是粗略地以液膜靜壓力為計(jì)算依據(jù)，必要時(shí)再通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修正。式中λ—液膜反壓系數(shù)。2） 補(bǔ)償環(huán)輔助密封與相關(guān)元件表面的摩擦阻力Ft。Ft的方向與補(bǔ)償環(huán)軸向移動(dòng)方向相反。補(bǔ)償環(huán)向閉合方向移動(dòng)時(shí)，F(xiàn)t為負(fù)值；反之，則為正直。式中Ft—由摩擦阻力引起端面壓力增大或減小的值，端面所受靜閉合力F′C為外流單端面機(jī)械密封的端面壓力 圖718為幾種外流式單端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中旋轉(zhuǎn)環(huán)為補(bǔ)償環(huán)。以圖718B平衡式為例，作補(bǔ)償環(huán)的受力分析，其軸向力平衡見(jiàn)圖719. 與式74比較，形式上完全相同。因此，各種平衡程度的內(nèi)流式或外流式機(jī)械密封，均可按式74計(jì)算端面壓力，僅僅是K值的大小和正負(fù)值不同而已。雙端面機(jī)械密封的端面壓力 圖720的雙端面機(jī)械密封，靠大氣層側(cè)的密封面受力情況與內(nèi)流式單端面機(jī)械密封完全相同，端面壓力為式中Pt—封液壓力，單位為Pa。 靠介質(zhì)側(cè)的密封面受力情況與單端面內(nèi)流式和外流式都不一樣，其補(bǔ)償環(huán)軸向力平衡如圖721，按前面同樣的方法可以導(dǎo)出端面壓力為式中K1—按內(nèi)流式計(jì)算的載荷系數(shù)，波紋管機(jī)械密封的端面壓力 內(nèi)流式波紋管機(jī)械密封（圖722）中，波紋管外側(cè)受到介質(zhì)壓力P作用。當(dāng)長(zhǎng)度L保持不變時(shí)，它在軸向產(chǎn)生的力FP相對(duì)于波紋管d4與有效直徑de之間的環(huán)形活塞端面受壓力p作用時(shí)所產(chǎn)生的力（圖723），即 外流式波紋管機(jī)械密封（圖724），波紋管內(nèi)側(cè)受到介質(zhì)壓力p作用。當(dāng)長(zhǎng)度L保持不變時(shí)，它在軸向產(chǎn)生的力Fp相當(dāng)于波紋管有效直徑de與軸直徑d之間的環(huán)形活塞端面受壓力p所用所產(chǎn)生的力(圖725)，即 波紋管的有效直徑與波紋管的工作狀態(tài)、波形、波數(shù)及材料等有關(guān)，可近似按下列公式計(jì)算：矩形波（如車制的聚四氟乙烯波紋管）為 上述近似公式的計(jì)算值與實(shí)際值有一定偏差，壓力越高，偏差越大。波紋管的有效直徑de，實(shí)際上相當(dāng)于帶輔助密封圈的機(jī)械密封中的平衡直徑db，因此，其端面壓力計(jì)算式，只需由式74中減去末項(xiàng)，即端面壓力中各項(xiàng)參數(shù)的確定主要參數(shù)包括： 1） 彈簧壓力ps。彈簧壓力的主要作用的保證主機(jī)在起動(dòng)、停車或介質(zhì)波動(dòng)時(shí)，使密封斷面能緊密接合。同時(shí)用以克服補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈與相關(guān)元件表面間的摩阻力，使補(bǔ)償環(huán)能追隨端面的磨損沿軸向移動(dòng)。 顯然，ps值過(guò)小，難以起到上述作用；ps過(guò)大會(huì)加劇磨損。一般根據(jù)不同的機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)型式、介質(zhì)壓力和輔助密封圈材料等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定ps值。 對(duì)于內(nèi)流式結(jié)構(gòu)，通常取ps=～，～。介質(zhì)壓力小或介質(zhì)波動(dòng)較大者，ps取較大值；反之，取小值。 對(duì)于外流過(guò)平衡式結(jié)構(gòu)，彈簧力除克服端面液膜壓力和輔助密封圈與相關(guān)元件間的摩擦阻力外，還需克服介質(zhì)壓力對(duì)密封端面產(chǎn)生的開啟力，故需較大的彈簧壓力才能保證足夠的端面壓力?！?，由于介質(zhì)進(jìn)入背端面區(qū)域，起壓緊端面的作用，故彈簧壓力可比外流過(guò)平衡式取得小些或按內(nèi)流式結(jié)構(gòu)的彈簧壓力范圍選取，～。 ～；補(bǔ)償輔助密封圈為橡膠O形圈者，ps取較小值，輔助密封為聚四氟乙烯V形圈者，ps取較大值。 2） 載荷系數(shù)K值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中初步計(jì)算端面壓力時(shí)，可根據(jù)介質(zhì)壓力和pv值、介質(zhì)特性和摩擦副材料等按經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)實(shí)驗(yàn)選定。 一般對(duì)于內(nèi)流非平衡式結(jié)構(gòu)，K=～。內(nèi)流平衡式K=～；外流平衡式K=～；外流過(guò)平
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