【正文】 摩擦副密封環(huán)是機(jī)械密封的主要元件，它在很大程度 上決定了機(jī)械密封的性能和壽命。 （ 1） 足夠的強(qiáng)度和剛度 保證在工作條件 （ 如壓力 ， 溫度 ， 滑動(dòng)速度等 ） 下不損 壞 ， 變形小 ， 工作條件波動(dòng)時(shí)影響小 。 2022/5/25 40 （ 3） 耐熱沖擊力 高的導(dǎo)熱系數(shù) ， 低的線膨脹系數(shù) 。 （ 5）易加工，材料成本低 2022/5/25 41 （ 1） 一般選擇一軟一硬的材料配對(duì) ， 軟環(huán)作窄環(huán) ， 如 YG6/M106K， 只有介質(zhì)含固體顆粒 、 易結(jié)晶 、 粘度高 時(shí)才選用硬對(duì)硬 。 （ 3） 選導(dǎo)熱性良好材料作動(dòng)環(huán) 。 （ 4） 環(huán)的壁厚不可太薄 ， 以保證整體強(qiáng)度 、 剛度 ， 也利散 熱 （ 導(dǎo)熱欠佳的材料 ， 可薄一些 ） 。4~0因此應(yīng)綜合考慮。 軸 徑 ≤16 ≤35 ≤55 ≤70 ≤100 ≤120 寬系列 中系列 窄系列 2022/5/25 44 （ １ ） 平面度 ， 硬質(zhì)Ｒａ ≤， 軟質(zhì)Ｒａ ≤， 表 面不應(yīng)有裂紋 、 劃傷 、 氣孔 、 疏松等缺陷 。 （ ３ ） 安裝輔助密封圈處粗糙度：Ｒａ ≤， 徑向尺寸公 差Ｈ８或ｈ８ 。 （四）密封環(huán)的主要技術(shù)要求 2022/5/25 45 平面度 ， 普通量具無(wú)法檢測(cè) ， 通常利用光波的干 涉效應(yīng)來(lái)檢測(cè) 。 （ 兩個(gè)同樣的鈉光燈 不行 ， 只有用同一光源發(fā)出的光設(shè)法分成兩束 ， 才 滿足相干條件 ） （五）摩擦副端面平面度檢測(cè) 2022/5/25 46 滿足相干條件的兩束光的疊加效果是：在波程差為波長(zhǎng) 整數(shù)倍的地方，光強(qiáng)度加強(qiáng)；在波程差為半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍 的地方，光強(qiáng)度減至零（變暗）。 2022/5/25 47 （ 2） 平面度檢測(cè)原理 設(shè)入射角 i=0， e為氣膜厚度 （ 即是被檢測(cè)面上點(diǎn)到平 晶的距離 ） ， λ為光波波長(zhǎng) ， δ為光的波程差 ， 那么 δ=2e＋ λ/2 當(dāng) δ=kλ時(shí) ， 被檢測(cè)面上點(diǎn)變暗； δ=(2k＋ 1)λ/2 ， 被檢測(cè)面上點(diǎn)變亮 ； （ 其中 k=0,1,2,3,4,… ， k為整數(shù) ） 由以上公式可以得出下面結(jié)論： （ ⅰ ） 相鄰兩條光帶所對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的氣膜厚度差 （ 高度差 ） 為 λ/2， （ 對(duì)于鈉光燈 λ=， λ/2≈） 2022/5/25 48 （ ⅱ ） 相鄰兩條光帶寬 b=λ/2Sinθ， （ θ為空氣膜傾斜角 ） （ ⅲ ）當(dāng) e=0時(shí)， δ=λ/2（ 半波損失），出現(xiàn)暗條紋； （ 1）合格光帶舉例 2022/5/25 49 （ 2）平面度檢測(cè)器（圖 23） 平晶：由派利克斯玻璃 、 熔凝水晶或折射系數(shù)為 玻璃制造 。 光源 :鈉光燈 (λ=) 2022/5/25 50 密封端面承載能力與表面粗糙度有很大關(guān)系，大約有 如下關(guān)系： （ 六 ） 密封端面的粗糙度要求 精車 磨加工 研磨 拋光 粗糙度 承載面積（ %） 4 12 40 95 端面比壓增加（倍） 24 2022/5/25 51 由此可以看出，密封端面粗糙度應(yīng)在 ，否則 ， 端面比壓比理論值高的多，結(jié)果是高點(diǎn)接觸，局部壓力很 高；由于摩擦副的硬度、剛度的差異，局部高點(diǎn)發(fā)熱甚至 產(chǎn)生裂紋。泵的振動(dòng)和 動(dòng)、靜環(huán)的不同心會(huì)加劇這種磨損。 2022/5/25 52 非補(bǔ)償動(dòng)環(huán) （ 只旋轉(zhuǎn) ， 不能補(bǔ)償 ， 其后無(wú)彈性元件 。 ) （ ⅰ ） 輔助密封圈受軸向力 ， 軸向 、 徑向都起密封作用 ， 這 種密封方式較為可靠 。 （ ⅲ ） 波紋管：無(wú)作軸向補(bǔ)償?shù)妮o助密封圈，因此，浮動(dòng) 性好，密封圈不易失效。 補(bǔ)償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)只補(bǔ)償）：其輔助密封圈情況和補(bǔ) 償動(dòng)環(huán)基本一致。 2022/5/25 56 整體環(huán)價(jià)格高 ， 加工困難 ， 因此出現(xiàn)組合式密封環(huán) 。 缺點(diǎn)： （ ⅰ ） 因過(guò)盈接觸不均勻 ， 而產(chǎn)生機(jī)械變形 。 （十二）熱裝式密封環(huán) 2022/5/25 58 Δδ=δ－ Dp（ α1－ α2） ΔT 式中 Δδ： 工作溫度時(shí)的過(guò)盈量 δ： 常溫過(guò)盈量 Dp： 鑲嵌直徑 α1： 座線脹系數(shù) α2： 環(huán)的線脹系數(shù) ΔT=工作溫度－常溫 （ 20。 C 1Cr18Ni9Ti： 10－ 6 1/。 C） （ 1） 在滿足傳遞扭矩的情況下 ， 取最小過(guò)盈值； （十三）熱裝式密封環(huán)的過(guò)盈值選擇 2022/5/25 59 （ 2） 由上式 ， 當(dāng)使用溫度為 300176。 （ 5）高溫 200176。 2022/5/25 60 （ 1） 材料要求 （ ⅰ ） 在工作溫度下耐介質(zhì)腐蝕 （ ⅱ ） 足夠的彈性 （ ⅲ ） 有一定強(qiáng)度 (柔性石墨因強(qiáng)度差 ， 使用場(chǎng)合受到限制 ) （ ⅳ ） 耐磨 （ ⅴ ） 易加工 、 價(jià)格低 （ 2） 種類 （ ⅰ ） 按材料分：合成橡膠 、 聚四氟乙烯 、 柔性石墨等； （ ⅱ ）按截面形狀分：矩形、 V形、楔形、包四氟形等； （十四）輔助密封圈 2022/5/25 61 把軸或軸套的運(yùn)動(dòng)方式 (旋轉(zhuǎn) )傳遞給動(dòng)環(huán) ， 一般是通過(guò) 鍵 、 緊定螺釘 、 傳動(dòng)螺釘 、 銷 、 R槽 、 撥叉 、 彈簧 、 波紋管 等的組合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng) 。 （ 2） 鍵＋臺(tái)階傳動(dòng) （ 3） 撥叉?zhèn)鲃?dòng) （ 一邊開(kāi)槽一邊伸爪 ） （ 4） 并圈彈簧傳動(dòng) （ 彈簧旋向必須和軸旋向一致 ） （十五）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用 2022/5/25 62 （ 5） 銷釘傳動(dòng) （ 6） 凸耳傳動(dòng) （ 7） 勾圈彈簧傳動(dòng) （ 8） 波紋管傳動(dòng) （ 9） 螺帽固定 2022/5/25 63 （ 1） 浮裝式 （ 可以在軸向 、 徑向設(shè)計(jì)防轉(zhuǎn)銷 ） （ 2） 托裝式 (一般小扭矩可不用銷 ， 要注意端面垂直度 ) （ 3） 夾固式 (浮動(dòng)性差 ， 注意端面垂直度 ) （ 4）防抽空 (前加卡環(huán) ) （ 十六 ） 靜環(huán)防轉(zhuǎn)方式 2022/5/25 64 螺旋壓縮彈簧 錐形彈簧：軸向尺寸較小 碟形彈簧：軸向尺寸小 波片彈簧：軸向尺寸小 并圈彈簧 、 帶勾彈簧：雙功能 (彈力 、 傳動(dòng) ) 波紋管：三功能 (彈力、傳動(dòng)、密封 ) （ 十七 ） 機(jī)械密封的彈性元件 2022/5/25 65 橡膠波紋管：用于中性介質(zhì)：水 、 油 ， 壓力 、 溫度都不高 的場(chǎng)合； 聚四氟乙烯波紋管：用于腐蝕性介質(zhì) ， 酸 、 堿； 金屬波紋管：用于高溫、高速 (追隨性好 )。 沉淀硬化不銹鋼焊接后須經(jīng)熱時(shí)效處理 ， 將奧氏體轉(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＞~） 。 C進(jìn)行淬火處理 ， 再進(jìn)行－ 80176。 （ 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。 高速下對(duì)軸的振動(dòng)、振擺適應(yīng)性強(qiáng)，追隨性好。d2/d1 E： 工作溫度下彈性模量（ N/mm2）： AM350： 10－ 6(176。 C)、 10－ 6(649176。 C)、 Ti： 10－ 6(－ 196176。 C)、 106(538176。 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(cè)力計(jì)測(cè)彈率。 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。 在 d1處 ， 端面間液 膜壓力近似為零 。 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)于潤(rùn)滑油等 (高粘度介質(zhì) )，壓力分布成凹拋物線狀 3。 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 。 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(wèn)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。 （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 。 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(guó)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 ～ 。 （ 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 。此外端面比壓、密封面溫度、粗糙度等都有一定影響。 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 。 （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。 同時(shí)考慮以下原則： （ 1） 對(duì)自潤(rùn)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 ） 。 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 。 2022/5/25 85 密封端面的摩擦熱同時(shí)取決于壓力和速度 。 PV值過(guò)大：液膜氣化 ， 密封失效 ， 端面嚴(yán)重磨損 。 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 。 （ 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 。