【文章內(nèi)容簡介】 體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 ， 并使馬氏體中析出金屬化合物 ， 沉淀出硬化相 ， 從而獲得高強(qiáng)度 、 較高的塑性及屈強(qiáng)比 （ ζS/ζD＞~） 。 例： AM350 熱失效：真空爐 850176。 C進(jìn)行淬火處理 ， 再進(jìn)行－ 80176。 C的低溫處理 (制冷劑 F12)， 以達(dá)到增加彈性 、 穩(wěn)定尺寸的目的 。 （ 十九 ） 焊接金屬波紋管密封 2022/5/25 67 （ 2） 特點(diǎn) 焊接金屬波紋管密封不用會(huì)產(chǎn)生較小滑移的輔助密封圈，使用溫度范圍廣：－ 200~600176。 C。 高速下對(duì)軸的振動(dòng)、振擺適應(yīng)性強(qiáng)，追隨性好。 （ 3） 彈率 (即剛度 N/mm) k=πEt3（ d1＋ d2） /2nB3d2/d1 E： 工作溫度下彈性模量（ N/mm2）： AM350： 10－ 6(176。 C)、 INCONEL： 10－ 6(176。 C)、 10－ 6(649176。 C)、 177PH： 10－ 6(176。 C)、 Ti： 10－ 6(－ 196176。 C)、 10－ 6(176。 C)、 106(538176。 C)。 2022/5/25 68 t： 波片厚度 mm n： 波數(shù) d1/d2： 管子內(nèi)外徑 mm B： 波紋管片寬 （ d2－ d1） /2 公式中未考慮波片斷面形狀，具有一定誤差，實(shí)際 生產(chǎn)中用彈簧測力計(jì)測彈率。 2022/5/25 69 三、機(jī)械密封的計(jì)算 （一）補(bǔ)償環(huán)的受力狀況 要進(jìn)行端面比壓計(jì)算 ， 首先要分析補(bǔ)償環(huán)的受力情況 。 如圖 ， 補(bǔ)償環(huán)受到的力有： 2022/5/25 70 向左的：彈簧力 Ft、 介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的作用力 Fp 向右的：液膜反力 Fm、 靜環(huán)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 端面比壓 P=F/S （ S為端面面積 ） 上面各項(xiàng)力的計(jì)算方法在后面章節(jié)再加以敘述。 2022/5/25 71 （二）密封端面中液膜反力的分布情況 2022/5/25 72 在 d2處 ， 端面間液膜壓力等于 P介 。 在 d1處 ， 端面間液 膜壓力近似為零 。 對(duì)于中間分布情況 ， 人們通過大量試驗(yàn) 發(fā)現(xiàn) ， 各點(diǎn)的壓力分布與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān) ， 還與端面中的相 態(tài)和摩擦狀態(tài)有關(guān) 。 對(duì)于丁烷等 (粘度小 、 易汽化介質(zhì) )， 壓力分布成凸拋物線狀 1。 對(duì)于水等 (中等粘度介質(zhì) )， 壓力分布成直線性 2。 對(duì)于潤滑油等 (高粘度介質(zhì) )，壓力分布成凹拋物線狀 3。 2022/5/25 73 Fm =λP介 S （ 液膜比壓 Pm=λP介 ） λ： 膜壓系數(shù) ≈（ 中粘度 ） ， =～ （ 低粘度 ） ， =～ （ 高粘度 ） 。 它是一個(gè)平均值 ， 表示液膜壓力占介質(zhì)壓力的比例 ， 并不表示壓力的分布情況 。 該公式為端面比壓的計(jì)算 提供了方便 。 S： 端面面積 S=π（ d22－ d12） /4 （三）液膜反力的計(jì)算 2022/5/25 74 易汽化介質(zhì)（如液態(tài)烴等）的機(jī)械密封一直是石化行 業(yè)中較難解決的問題，其原因是膜壓系數(shù)不穩(wěn)定，因其在 端面中的相態(tài)和摩擦狀態(tài)不穩(wěn)定。因此弄清端面間的壓力 分布，對(duì)于正確計(jì)算液膜反力很有必要。 （四）易汽化介質(zhì)中密封端面間的液膜壓力分布 2022/5/25 75 大家都知道 ， 對(duì)于輕烴類介質(zhì) ， 端面縫隙中存在氣液 兩相 。 rb為汽化半徑 ， 此處液膜壓力 =P飽和 （ tp） ， tp處溫度最高 。 r2～ rb區(qū)域 ， 液膜壓力成線性分布 ， 液相 rb～ r1區(qū)域 ， 液膜壓力成拋物線分布 ， 氣相 對(duì)于易汽化介質(zhì)膜壓系數(shù) λ， 中國石油大學(xué)顧永泉教授提出一個(gè)計(jì)算公式： λ=2/3 /P1＋ （ 1/2－ 1/6 Pf/P1） （ r2～ rb） /( r2 － r1) 式中： Pf ： rb處氣化壓力 P1 ： 介質(zhì)壓力 rb： 氣化半徑 r2 /r1 ： 端面外半徑 /內(nèi)半徑 計(jì)算值一般在 ～ 。 2022/5/25 76 （ 1） 端面幾何尺寸 ， 由上面公式可以看出 。 （ 2） 密封結(jié)構(gòu)：前面講的都是對(duì)內(nèi)流式而言的 ， 對(duì)外流式 ， λ還要增大 ， 對(duì)于中等粘度介質(zhì) λ= （ 3） 摩擦狀態(tài)：邊界摩擦 （ 端面多個(gè)高點(diǎn)直接接觸承壓 。 液膜厚度只有幾個(gè)分子厚 ， 且不連續(xù) ， 幾乎不承壓 ， 只起潤滑作用 ， λ=0） 、 液體摩擦 （ 全液膜 ， 泄漏量大 ， 機(jī)械密封一般不采用 ） 、 混和摩擦 （ 介于以上兩種之間 ,這是機(jī)械密封端面摩擦的主要形式 ） （ 4） 端面縫隙情況：漸開形 ， λ減??；漸收形 ， λ增大 （ 5）其他因素：轉(zhuǎn)速高，對(duì)于內(nèi)流式 λ減小，對(duì)于外流式 λ 增大。此外端面比壓、密封面溫度、粗糙度等都有一定影響。 （五）膜壓系數(shù)的影響因素 2022/5/25 77 Pt =F彈 /S F彈 可計(jì)算得出 ， 但一般有誤差 177。 10%， 這是由于制造廠 、 制造工藝 、 原材料的化學(xué)成分 、 熱處理工藝等存在差異的 緣故 。 一般 Pt =~(內(nèi)裝 )， ~(外裝 )，反應(yīng)釜中， 轉(zhuǎn)速低，軸擺動(dòng)大，取大值。 （六）彈簧比壓的計(jì)算 2022/5/25 78 介質(zhì)壓力對(duì)補(bǔ)償環(huán)的有效作用 A面積與端面面積 S之比。 K=A/S （七）載荷系數(shù) K 2022/5/25 79 K=（ d22－ d02） /（ d22－ d12） d0為介質(zhì)分界圓直徑 當(dāng) K≥1時(shí) ， 機(jī)械密封為非平衡型； 當(dāng) K＜ 1時(shí) ， 機(jī)械密封為平衡型； 平衡系數(shù) β=100（ 1K） % 載荷比壓： P載 =KP介 2022/5/25 80 P=Pt+P載－ P液膜 = Pt +（ Kλ） P介 （ 內(nèi)裝式 ） 對(duì)于雙端面機(jī)械密封介質(zhì)側(cè)： P液膜 = P外 ＋ λ（ P內(nèi) － P外 ） P載 =K P內(nèi) ＋ （ 1－ K） P外 所以： P= Pt＋ K P內(nèi) ＋ （ 1－ K） P外 － ［ P外 ＋ λ（ P內(nèi) － P外 ） ］ = Pt＋ K P內(nèi) ＋ P外－ K P外 － P外 － λ（ P內(nèi) － P外 ） = Pt＋ K（ P內(nèi)－ P外 ） － λ（ P內(nèi) － P外 ） = Pt＋ （ K－ λ） （ P內(nèi) － P外 ） = Pt＋ （ K－ λ） ΔP （八）端面比壓 2022/5/25 81 端面比壓的選取原則： （ 1） 必須高于彈簧比壓； （ 2） 必須大于介質(zhì)在端面溫度升高時(shí)的飽和蒸汽壓； 在保證以上條件下 ， 盡量取小值 ， 以防端面發(fā)熱 ， 破壞液膜 ， 加劇磨損 ， 功率消耗增大 ， 密封使用壽命減短 。 同時(shí)考慮以下原則： （ 1） 對(duì)自潤滑性好的組對(duì) （ M106K/SiC、 YG6/ SiC、 M106K/YG6） 可以取稍大值 (因液膜不易被破壞 ， 摩擦系數(shù)不易增加 。 )。 （ 2） 對(duì)于外裝式機(jī)械密封 ， 可以取稍小值 （ 因介質(zhì)比壓很小 ， 而 Pt不可能很大 。 ） 。 （ 3） 對(duì)于高粘度介質(zhì) ， 取稍大值 （ 以保持端面貼合 ） 。 （ 4）易揮發(fā)介質(zhì)（飽和蒸汽壓高）稍小值（以減少溫升）。 2022/5/25 82 推薦的端面比壓值 因素 程度 內(nèi) 裝 式 機(jī)械密封 外 裝 式 機(jī)械密封 飽和蒸汽壓 接近水比水低 ~ ~ 比水高 ~ ——— 粘度 比水高 ~ ~ 比水低 ~ ~ 摩擦副材料 其中一個(gè)為塑料 ~ ~ 匹配的硬 /硬 ~ ~ 匹配的硬 /軟 ~ ~ 2022/5/25 83 端面比壓中有一項(xiàng) K， K=A/S A： 介質(zhì)有效作用面積 ， A=π（ d22－ de2） /4， de為有效直徑 。 S： 密封端面面積 S=π（ d22－ d12） /4 （九）波紋管的有效作用直徑 de 2022/5/25 84 （ 1） 金屬波紋管 內(nèi)裝內(nèi)流式： deo=（ di＋ do） /2－ Z 外裝外流式： dei=（ di＋ do） /2＋ Z 修正系數(shù) Z= （ 2） 聚四氟乙烯波紋管 矩形波： de=［（ di2＋ d o2） /2］ 1/2 鋸齒波： de=［（ d i2＋ d o2＋ d i d o） /3］ 1/2 橡膠波紋管 de無法準(zhǔn)確計(jì)算，一般由試驗(yàn)獲得。 2022/5/25 85 密封端面的摩擦熱同時(shí)取決于壓力和速度 。 密封端面 的性質(zhì)要考慮 P、 V的乘積 ， 即 PV值 。 PV值過大：液膜氣化 ， 密封失效 ， 端面嚴(yán)重磨損 。 因 此對(duì)一定摩擦系數(shù)的端面材料組對(duì) ， 對(duì)某種介質(zhì)有一許用 PV值 。 P： 端面比壓 V=π（ d1＋ d2） n/120 10－ 3 PV＜ ［ PV］ （十） PV值 2022/5/25 86 各種組對(duì)在非平衡型機(jī)械密封中的許用 ［ PV］ 值 SiC/石墨 SiC/ SiC WC/石墨 WC/WC WC/ 填充 PTFE WC/青銅 Al2O3/石墨 Cr2O3噴涂 /石墨 Stellite/石墨 180 7~15 5 2 3~ 15 3~9 2022/5/25 87 四、機(jī)械密封用材料 （一）摩擦副材料要求 摩擦副是機(jī)械密封的主要零件 ， 其性能好壞在很大程度上決定密封性能 ， 因此對(duì)材料有一定的要求： （ 1） 耐蝕性：有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 ， 能抵抗介質(zhì)的腐蝕 、 磨蝕 、 溶解和溶脹 。 （ 2） 物理機(jī)械性能：較高的彈性模量 （ E=ζ（ 應(yīng)力 ） /ε（ 應(yīng)變 ） ， 剛度 =力 /變形 ） 、 強(qiáng)度及許用 ［ PV］ 值 ， 低的摩擦系數(shù)和線膨脹系數(shù) ， 優(yōu)良的耐磨性 、 自潤滑性以及良好的不滲透性等 。 （ 3） 熱力性能：很好的導(dǎo)熱性 、 耐熱性 、 耐寒性和耐溫度的急變性 。 （ 4）材料來源方便，易加工，成本低廉。 2022/5/25 88 硬質(zhì)合金 工程陶瓷 （ Al2O3陶瓷 、 Al2O3金屬陶瓷 、 Si3N4陶瓷 、 鉻鋼玉 陶瓷 、 碳化硼陶瓷 、 噴涂陶瓷 、 SiC、 可切削微晶玻璃 ） 碳石墨 填充聚四氟乙烯 金屬材料：鑄鐵類及銅合金也有鉻鋼淬火材料 下面分別予以討論。 （二）制造摩擦副的常用材料 2022/5/25 89 特點(diǎn) （ 1） 具有較高導(dǎo)熱性 ， (碳導(dǎo)熱系數(shù)為 20~40W/mk， 石墨為 40~128 W/mk， )是非金屬中導(dǎo)熱最好的材料 ， 僅次于 銀 、 銅 、 鋁 ， 比 Hasterlloy好 。 （ 2） 具有低的線膨脹系數(shù) （ 2~6 10－ 6/℃ ） ， 是金屬的 1/2~1/4。 （ 3） 具有良好的耐腐蝕性 ， 在空氣中 400℃ 以下穩(wěn)定 ， 除 強(qiáng)氧化性介質(zhì) （ 如王水 、 鉻酸 、 濃硫酸及鹵族元素 ） 外 ， 可耐其它酸 、 堿 、 鹽及一切有機(jī)化合物的腐蝕 ， 其耐蝕程度隨石墨的種類和浸漬劑的不同而異 。 （三）碳石墨 2022/5/25 90 （ 4） 具有極好的自潤滑性和低的摩檫系數(shù) ， 那是因?yàn)槭? 和其它材料組對(duì)時(shí) ， 石墨轉(zhuǎn)移到其它材料表面 ， 形成 石墨和石墨相對(duì)摩檫 。 石墨和金屬摩檫系數(shù)為 ~， 在全液潤滑條件下 ， f=~。 因此它 的組對(duì)性能好 。 （ 5） 石墨的抗拉強(qiáng)度較低 ， 抗壓強(qiáng)度較高 ， 屬脆性材料 。 由于硬度較低 ， 被廣泛用作軟環(huán) ， 易于加工 。 缺點(diǎn)是氣孔率大，一般在 18%～ 22%。實(shí)際應(yīng)用石墨都 必須是浸漬過的，以堵塞氣孔，提高密封性。 2022/5/25 91 石墨的種類 石墨是采用焦炭粉和石墨粉 ， 用瀝青作粘結(jié)劑 ， 模壓成 型 ， 置于高溫中焙燒而成 。 根據(jù)所用原料和燒結(jié)溫度與時(shí)間 的不同 ， 可以制成不同物理機(jī)械性能的石墨 。 一種為碳素石 墨 ， 用 M1表示 ， 一種是電化石墨 ， 用 M2表示 （ 材料組分不 一樣 ，