机械密封基础知识课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT,文档演模板,Office,PPT,28 八月 2024,机械密封基础知识,03 九月 2023机械密封基础知识,1,目 录,一、,机械密封原理,二、,机械密封的基本零件,三、,机械密封的计算,四、,机械密封用材料,五、,机械密封辅助系统,六、,机械密封性能的影响因素,七、,石化行业典型泵的密封,八、,机械密封的安装和使用,九、,机械密封故障分析,十、,补充内容,8/28/2024,2,目 录一、机械密封原理9/3/20232,（一）,定义,与,组成,（三）,密封机理,（四）,辅助设施,（五）,机械密封的种类,（六）,旋转式和静止式机械密封,（七）,内装式和外装式机械密封,（八）,内流式和外流式机械密封,（九）,多弹簧和单弹簧机械密封,（十）,平衡型和非平衡型机械密封,一、机械密封原理,8/28/2024,3,（一）定义与组成一、机械密封原理9/3/20233,（十一）,补偿机构形式,（十二）,双端面机械密封,（十三）,串联式机械密封,（十四）,波纹管机械密封,（十五）,集装式机械密封,8/28/2024,4,（十一）补偿机构形式9/3/20234,（一）,对摩擦副密封环的要求,（二）,摩擦副匹配要考虑的因素,（三）,密封端面宽度,（四）,密封环的主要技术要求,（五）,摩擦副端面平面度检测,（六）,密封端面的粗糙度要求,（七）,动环（旋转环）,（八）,静环（不旋转）,（九）,密封环的种类,（十）,整体式密封环,二、机械密封的基本零件,8/28/2024,5,（一）对摩擦副密封环的要求二、机械密封的基本零件9/3/20,（十一）,组合式,（十二）,热装式密封环,（十三）,热装式密封环的过盈值选择,（十四）,辅助密封圈,（十五）,传动机构的作用,（十六）,静环防转方式,（十七）,机械密封的弹性元件,（十八）,波纹管种类,（十九）,焊接金属波纹管密封,8/28/2024,6,（十一）组合式9/3/20236,（一）,补偿环的受力状况,（二）,密封端面中液膜反力的分布情况,（三）,液膜反力的计算,（四）,易汽化介质中密封端面间的液膜压力分布,（五）,膜压系数的影响因素,（六）,弹簧比压的计算,（七）,载荷系数K,（八）,端面比压,（九）,波纹管的有效作用直径de,（十）,PV值,三、机械密封的计算,8/28/2024,7,（一）补偿环的受力状况三、机械密封的计算9/3/20237,（一）,摩擦副材料要求,（二）,制造摩擦副的常用材料,（三）,碳石墨,（四）,硬质合金WC,（五）,SiC陶瓷,（六）,Al,2,O,3,陶瓷及其它陶瓷介绍,（七）,表面堆焊硬质合金,（八）,作摩擦副的金属材料,（九）,填充聚四氟乙烯,（十）,辅助密封圈材料要求,四、机械密封用材料,8/28/2024,8,（一）摩擦副材料要求四、机械密封用材料9/3/20238,（十一）,合成橡胶,（十二）,柔性石墨（也称膨胀石墨）,（十三）,弹性元件材料,（十四）,机械密封中基体材料,8/28/2024,9,（十一）合成橡胶9/3/20239,（一）,为什么机械密封要采用辅助系统,（二）,什么是辅助系统,（三）,自冲洗的形式,（四）,循环冲洗,（五）,注入式冲洗,（六）,冲洗液进入密封腔的方式,（七）,冲洗量的确定,（八）,冲洗量的控制,（九）,冲洗压力的确定,（十）,密封腔中的压力确定,五、机械密封辅助系统,8/28/2024,10,（一）为什么机械密封要采用辅助系统五、机械密封辅助系统9/3,（十一）,对冲洗流体的要求,（十二）,热油泵的冲洗液选择,（十三）,烷基化装置中浓硫酸的冲洗液的选择,（十四）,轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择,（,十五）,机械密封的冷却方式,（十六）,辅助设施在何种工况下必须选用,8/28/2024,11,（十一）对冲洗流体的要求9/3/202311,（一）,密封性的影响因素,（二）,机械密封端面的摩擦状态,（三）,载荷系数对密封性能的影响,（四）,弹簧比压对密封性能的影响,（五）,端面粗糙度对密封性能的影响,（六）,端面间缝隙形状对密封性能的影响,（七）,产生端面不平行的原因,（八）,密封端面的机械变形,（九）,密封端面的热变形,（十）,影响机械密封性能的其它因素,六、机械密封性能的影响因素,8/28/2024,12,（一）密封性的影响因素六、机械密封性能的影响因素9/3/20,（一）,石化行业高温泵（热油泵）密封分析,（二）,轻烃泵密封分析,（三）,低温泵密封分析,（四）,高速机械密封,七、石化行业典型泵的密封,8/28/2024,13,（一）石化行业高温泵（热油泵）密封分析七、石化行业典型泵的密,（一）,安装机封的泵的技术要求,（二）,安装密封前要了解泵及介质情况,（三）,机械密封的安装,（四）,泵的抽空和汽蚀,八、机械密封的安装和使用,8/28/2024,14,（一）安装机封的泵的技术要求八、机械密封的安装和使用9/3/,（一）,摩擦痕迹大于端面宽度,（二）,摩擦痕迹小于端面宽度,（三）,硬环上无摩擦痕迹,（四）,石墨端面出现均匀的环状沟纹,（五）,石墨端面中间产生环状深沟,（六）,石墨内缘磨损,（七）,石墨环台阶过早全磨掉,（八）,石墨环外缘出现缺口,（九）,石墨环断裂,（十）,石墨环出现蚀坑,九、机械密封故障分析,8/28/2024,15,（一）摩擦痕迹大于端面宽度九、机械密封故障分析9/3/202,（十一）,硬质合金表面灼伤和裂纹,（十二）,其它故障简介,（十三）,泵抽空密封失效现象,（十四）,密封腔中汽蚀，密封失效现象,（十五）,密封端面汽化的失效现象,（十六）,泵振动过大的失效现象,（十七）,没有冲洗的故障现象,（十八）,动环选材注意事项,8/28/2024,16,（十一）硬质合金表面灼伤和裂纹9/3/202316,（一）,机械密封标准介绍,（二）,机械密封辅助系统,（三）,机械密封的安装,（四）,磁力密封介绍,（五）,高压机械密封研制,十、补充内容,8/28/2024,17,（一）机械密封标准介绍十、补充内容9/3/202317,一、机械密封原理,（一）定义与组成（,图1-1,）,组成:,1.密封端面：,动环、静环摩擦副,2.缓冲补偿机构：,由弹性元件(圆柱弹簧、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等)构成。使贴合;,3.辅助密封圈：,包括动环密封圈、静环密封圈等，有各种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等,8/28/2024,18,一、机械密封原理（一）定义与组成（图1-1）组成:9/3/2,机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。,（用,于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，轴和设备腔,体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设,一道阻漏装置。,因机械密封具有泄漏少、寿命长等优点，,成为了主要的轴密封方式，又叫端面密封。,）,在国家有关标准中的定义：,由至少一对垂直于旋转轴,线的端面组成,在流体压力及补偿机构弹力,(,或磁力,),共同作,用下,，,以及辅助密封圈的配合下,，,该对端面保持贴合并相,对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。,8/28/2024,19,机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。（,3、原理,通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。由于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补偿，故机械密封比填料密封寿命长。,2、传动关系,轴或轴套,紧固螺钉5,弹簧座4,弹簧3,补偿环1,压盖,防转销8,非补偿环6,（三）密封机理,1、4个密封点（亦称4个泄漏点，,如图1-1,）,泄漏点1摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持贴和（动密封点,两个摩擦副之间有相对转动）,泄漏点2补偿环密封圈，静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动;,泄漏点3非补偿环密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止;,泄漏点4压盖与腔体间的密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止.,8/28/2024,20,3、原理2、传动关系（三）密封机理1、4个密封点（亦称4个泄,通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却,和润滑，从而改善密封的工作环境，减少密封的泄,漏量，延长使用寿命。应当把它看作机械密封的组,成部分。,（四）辅助设施,8/28/2024,21,通过冲洗、冷却、过滤、分离等方式进行冷却（四,1、,按使用条件分类,（,1,）高速密封（,ZBJ22-001-88,：线速度,25,100m/s,）和普通密封,（,2,）高压和低压密封,（,3,）高温、常温和低温密封,（,4,）泵用、釜用和压缩机用密封,（,5,）耐腐蚀、抗颗粒机械密封,2、,通常按结构分类,多弹簧、单弹簧密封,旋转式、静止式密封,外装式、内装式密封,外流式、内流式密封,（五）机械密封的种类,8/28/2024,22,1、 按使用条件分类（五）机械密封的种类9/3/202322,（六）旋转式和静止式机械密封,（,图,1-2,）,（1）旋转式：补偿机构（弹性元件）随轴旋转。),（由于安装方便，普通密封大多采用，但易产生不平衡，不能用于高速, 且消耗搅拌功率,（2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。（,用于高速,）,8/28/2024,23,（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2） （1）旋转式：补偿,（七）内装式和外装式机械密封（图,1-3,）,（1）,内装式：,静环装在压盖内侧，静环端面面向工作腔。,（,用于温度、压力较高，腐蚀性不强的场合,）,（2）,外装式：,静环装在压盖外侧，静环端面背向工作腔。,（,用于低压、腐蚀性强的场合,）,8/28/2024,24,（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）（1） 内装式：静环,（一般和内装式、外装式一致）,（1）,内流式：,泄漏方向朝向轴心。（,一般密封都采用这,种结构,）,（2）,外流式：,泄漏方向朝向离心力方向。（,泄漏量大，,只有在压力、温度都不高的腐蚀性介质中用,）,（八）内流式和外流式机械密封,（九）多弹簧和单弹簧机械密封,（,1,）,多弹簧：,（又叫小弹簧，轴向尺寸小，轴向弹力均,匀）,宜用于高速，不宜用于腐蚀性介质,。,（,2,）,单弹簧：,（又叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不,均匀）,不宜用于高转速的场合,。,8/28/2024,25,（一般和内装式、外装式一致） （1）内流式：泄漏方向朝,（1）,平衡型：载荷系数K1.0 （用于高压场合,）,（2）,非平衡型：载荷系数K1.0 （用于普通压力场合）,（十）平衡型和非平衡型机械密封,（十一）补偿机构形式,（1）磁力：系统压力较低时用,（2）波片弹簧、锥形弹簧、螺旋圆柱大弹簧、小弹簧,（3）橡胶波纹管、聚四氟乙烯波纹管、金属波纹管,8/28/2024,26,（1）平衡型：载荷系数K1.0 （用于高压场合）（十）平衡,两套密封面对面或背对背安装在一起。,用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。,两套密封之间形成一个密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的封液介质。,（十二）双端面机械密封,（图,1-4,）,8/28/2024,27,两套密封面对面或背对背安装在一起。（十二）双端,两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低,用于高压场合。,（十三）串联式机械密封,（图,1-5,）,8/28/2024,28,两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低,（十三）串联式机,去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处, 补偿环追随性提高.,避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损。,金属波纹管用于高温介质,聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。,（十四）波纹管机械密封,8/28/2024,29,去掉了补偿环密封圈及其摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处,将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。,安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。,安装方便，排除了安装不良的影响。,（十五）集装式机械密封,（图,1-6,）,8/28/2024,30,将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。（十五）集装式机械密封,二、机械密封的基本零件,（一）对摩擦副密封环的要求,摩擦副密封环是机械密封的主要元件，它在很大程度,上决定了机械密封的性能和寿命。因此，对它有一些基本,要求。,（,1,）,足够的强度和刚度,保证在工作条件（如压力，温度，滑动速度等）下不损坏，变形小，工作条件波动时影响小。,（,2,）,端面有足够的硬度、耐腐蚀性能确保使用寿命。,（3）,耐热冲击力,高的导热系数，低的线膨胀系数。,（4）,较小的摩擦系数，良好的自润滑性，材料与介质有很好的浸润性短时间干摩擦，不损伤端面。,（,5,）,易加工，材料成本低,8/28/2024,31,二、机械密封的基本零件（一）对摩擦副密封环的要求,（,1,）,一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，,如,YG6/M106K,，,只有介质含固体颗粒、易结晶、粘度高时才选用硬对硬。,（,2,）,尽量采用内装、内流式结构，防止机械杂质进入密封端面，减少泄漏量。,（,3,）,选导热性良好材料作动环。,以利散热，降低端面温度。,（,4,）,环的壁厚不可太薄，以保证整体强度、刚度，也利散热,（导热欠佳的材料，可薄一些）。,（,5,）,动环和轴（轴套）间隙A11（0406）以利补偿,静环和轴（轴套）间隙13mm以免摩擦,（二）摩擦副匹配要考虑的因素,8/28/2024,32,（1）一般选择一软一硬的材料配对，软环作窄环，如 YG6/,（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径窄环外径,0.5，宽环内径窄环内径0.5；,（2）泄漏量与摩擦副端面宽度关系不大,（3）窄的端面摩擦热少，温度梯度小，热变形小，磨损均匀；,（4）从受力角度出发，窄的端面整体强度和刚度差，易损坏,或变形。因此应综合考虑。对于普通密封，端面宽度推,荐值如下：,（三）,密封端面宽度,8/28/2024,33,（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径窄环外径（2）泄漏,宽系列用于组对性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、工 况条件好的场合,窄系列用于组对性能欠佳（如YG6/YG6、YG6/青铜）、饱和蒸气压高、易挥发、颗粒介质，高速机械密封，（对于轻烃介质，在强度够的情况下，取窄系列）。,轴,径,16,35,55,70,100,120,宽系列,2.5,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,中系列,2.0,2.5,3.0,4.0,5.0,5.0,窄系列,1.5,2.0,2.0,2.5,3.0,3.0,8/28/2024,34,宽系列用于组对性能好（如YG6/M106K、SiC/M106,（）平面度,0.0009,，硬质0.2，软质0.4，表,面不应有裂纹、划伤、气孔、疏松等缺陷。,（）密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按,的级精度要求。,（）安装辅助密封圈处粗糙度：3.2，径向尺寸公,差或。,上述要求是对普通机械密封而言，对转速较低的釜用,机械密封可适当放宽标准，对高速机封要求更高。,（四）密封环的主要技术要求,8/28/2024,35,（）平面度0.0009，硬质0.2，软质0.4,平面度,0.0009,，普通量具无法检测，通常利用光波的干涉效应来检测。,（,1,）光波的干涉效应,根据波动学原理，两波产生干涉的条件是：,（,a,）两波在相遇点振向一致,；,（,b,）两波具有相同的频率,；,（,c,）两波在相遇点有固定的周相差,。（两个同样的钠光灯,不行，只有用同一光源发出的光设法分成两束，才,满足相干条件）,（五）摩擦副端面平面度检测,8/28/2024,36,平面度0.0009，普通量具无法检测，通常利,满足相干条件的两束光的叠加效果是：在波程差为波长,整数倍的地方，光强度加强；在波程差为半个波长的奇数倍,的地方，光强度减至零（变暗）。这就是光的干涉原理。,8/28/2024,37,满足相干条件的两束光的叠加效果是：在波程差为波,（,2,）平面度检测原理,设入射角,i=0,，,e,为气膜厚度（即是被检测面上点到平,晶的距离），,为光波波长，,为光的波程差，那么,=2e/2,当=k时，,被检测面上点变暗；,=(2k1)/2,，被检测面上点变亮,；（其中,k=0,1,2,3,4,，,k,为整数）,由以上公式可以得出下面结论：,（）相邻两条光带所对应两点的气膜厚度差（高度差）,为,/2，（对于钠光灯=0.589m，/20.3m）,8/28/2024,38,（2）平面度检测原理9/3/202338,（）,相邻两条光带宽,b=/2Sin，（,为空气膜倾斜角,）,（）当e=0时，=/2（半波损失），出现暗条纹；,（1）合格光带举例,8/28/2024,39,（）相邻两条光带宽b=/2Sin，（为空气膜倾斜角）,（2）平面度检测器（图2-3）,平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系数为,1.516,的光学玻璃制造。表面平面度,0.1m(2,级,),，,0.03m (1,级,),。,光源:钠光灯(=0.589m),8/28/2024,40,（2）平面度检测器（图2-3） 平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水,密封端面承载能力与表面粗糙度有很大关系，大约有,如下关系：,（,六,）,密封端面的粗糙度要求,粗糙度,3.2,0.8,0.4,0.2,承载面积（,%,）,4,12,40,95,端面比压增加（倍）,24,7.3,1.5,0.05,由此可以看出，密封端面粗糙度应在,0.2,以上，否则,，,端面比压比理论值高的多，结果是高点接触，局部压力很高；由于摩擦副的硬度、刚度的差异，局部高点发热甚至产生裂纹。石墨环表面磨出细微的环状沟纹。泵的振动和动、静环的不同心会加剧这种磨损。被磨掉的颗粒存在于端面中，形成磨粒磨损，磨损加剧，有时在泄漏的介质中可以看到石墨黑浆。,8/28/2024,41,密封端面承载能力与表面粗糙度有很大关系，大约,非补偿动环,（,只旋转，不能补偿，其后无弹性元件。,),补偿动环,（,既旋转，又作轴向补偿，其后有弹性元件。,),（）辅助密封圈受轴向力，轴向、径向都起密封作用，这,种密封方式较为可靠。,（）辅助密封圈只受径向力，易产生老化、冷流变形，从,而导致密封失效。,（,）,波纹管：无作轴向补偿的辅助密封圈，因此，浮动,性好，密封圈不易失效。,（七）动环（旋转环）,8/28/2024,42,非补偿动环（只旋转，不能补偿，其后无弹性元件。)（七）动环（,非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式：,浮装式、托装式、夹固式。,补偿静环（不旋转只补偿）：其辅助密封圈情况和补,偿动环基本一致。,（八）静环,(,不旋转,),8/28/2024,43,非补偿静环（不旋转不补偿）：主要有三种安装方式,整体式,（,用同一种材料制造,）,、组合式（如镶嵌）、,表面堆焊、表面喷涂,（九）密封环的种类,8/28/2024,44,整体式（用同一种材料制造）、组合式（如镶嵌）,（十）整体式密封环,各个部位性能均匀一致，最常用的有：石墨、,SiC,、钴,基硬质合金、镍基硬质合金、,NiCr,基硬质合金、陶瓷等。,8/28/2024,45,（十）整体式密封环 各个部位性能均匀一致，最常,整体环价格高，加工困难，因此出现组合式密封环。,组合式包括：,（）热装式,（）带密封圈式（无组合应力、无应力变形；开槽、打,孔麻烦，多一泄漏点）,（十一）组合式,8/28/2024,46,整体环价格高，加工困难，因此出现组合式密封环。（十一）组合式,优点：结构简单，性能优异，价格较低，运用较多。,缺点：（）因过盈接触不均匀，而产生机械变形。,（）两种材料线膨胀系数不一致，当温度变化,时，过盈量变化，会产生应力变形。,（十二）热装式密封环,8/28/2024,47,优点：结构简单，性能优异，价格较低，运用较多。（十二）热装式,=D,p（,1,2）,T,式中,：工作温度时的过盈量 ：常温过盈量,D,p,：镶嵌直径,1,：座线胀系数,2,：环的线胀系数 T=工作温度常温（20,。,C）,（YG6：4.510,6,1/,。,C 1Cr18Ni9Ti：16.610,6,1/,。,C,3Cr13：11.510,6,1/,。,C）,（,1,）在满足传递扭矩的情况下，取最小过盈值；,（十三）热装式密封环的过盈值选择,8/28/2024,48,=Dp（12）T（十三）热装式密封环的过盈值,（,2,）由上式，当使用温度为,300,C,时，对,YG6/1Cr18Ni9Ti,，过盈量为：,= D,p,（16.64.5）10,6,（30020） =3.4,10,3,D,p,（以便记忆）,（3）,长期放置的镶嵌环，使用前要检查平面度；,（4）,对大直径、高转速(环座产生离心力)、弹性模量小,的材质(4J42、钛合金)，过盈量可相应大一些。,（5）高温200C以上少用热装式结构，否则要核算过,盈量。,8/28/2024,49,（2）由上式，当使用温度为300C时，对9/3/20234,（,1,）材料要求,（）在工作温度下耐介质腐蚀,（）足够的弹性,（）有一定强度,(,柔性石墨因强度差，使用场合受到限制,),（）耐磨,（）易加工、价格低,（,2,）种类,（）按材料分：合成橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨等；,（）按截面形状分：圆形、矩形、,V,形、楔形、包四氟形等；,（十四）辅助密封圈,8/28/2024,50,（1）材料要求（十四）辅助密封圈9/3/202350,把轴或轴套的运动方式,(,旋转,),传递给动环，一般是通过,键、紧定螺钉、传动螺钉、销、,R,槽、拨叉、弹簧、波纹管,等的组合来传递运动。,（,1,）紧定螺钉（顶丝）传动：在轴表面划凹坑，否则易打,滑失效，特别当直径较大和温度较高时。,（,2,）键台阶传动,（,3,）拨叉传动（一边开槽一边伸爪）,（,4,）并圈弹簧传动（弹簧旋向必须和轴旋向一致）,（十五）传动机构的作用,8/28/2024,51,把轴或轴套的运动方式(旋转)传递给动环，一般,（,5,）销钉传动,（,6,）凸耳传动,（,7,）勾圈弹簧传动,（,8,）波纹管传动,（,9,）螺帽固定,8/28/2024,52,（5）销钉传动9/3/202352,（,1,）浮装式（可以在轴向、径向设计防转销）,（,2,）托装式,(,一般小扭矩可不用销，要注意端面垂直度,),（,3,）夹固式,(,浮动性差，注意端面垂直度,),（,4,）防抽空,(,前加卡环,),（,十六,）,静环防转方式,8/28/2024,53,（1）浮装式（可以在轴向、径向设计防转销）（十六）静环防转方,螺旋压缩弹簧,锥形弹簧：轴向尺寸较小,碟形弹簧：轴向尺寸小,波片弹簧：轴向尺寸小,并圈弹簧、带勾弹簧：双功能,(,弹力、传动,),波纹管：三功能,(,弹力、传动、密封,),（,十七,）,机械密封的弹性元件,8/28/2024,54,螺旋压缩弹簧（十七）机械密封的弹性元件9/3/202354,橡胶波纹管：用于中性介质：水、油，压力、温度都不高,的场合；,聚四氟乙烯波纹管：用于腐蚀性介质，酸、碱；,金属波纹管：用于高温、高速,(,追随性好,),。,(,十八,),波纹管种类,8/28/2024,55,橡胶波纹管：用于中性介质：水、油，压力、温度都不高(十八)波,（1）,制造,采用厚度为,0.1-0.2mm,的沉淀硬化不锈钢薄带,(AM350,、,0Cr17Ni17Ti,、,0Cr15Ni17Mo2Al,、,INCONEL-X-750,及,Ti,合金、,Hasterlloy C-276,等,),冲压成截面为,S,形的片状环形件，再焊接成型,(,用微束等离子焊,),。,沉淀硬化不锈钢焊接后须经热时效处理，将奥氏体转变为马氏体，并使马氏体中析出金属化合物，沉淀出硬化相，从而获得高强度、较高的塑性及屈强比（,S,/,D,0.80.9,）。,例：,AM350,热失效：真空炉,850,C,进行淬火处理，再进行,80,C,的低温处理,(,制冷剂,F12),，以达到增加弹性、稳定尺寸的目的。,（,十九,）,焊接金属波纹管密封,8/28/2024,56,（1） 制造（十九） 焊接金属波纹管密封9/3/20,（,2,）特点,焊接金属波纹管密封不用会产生较小滑移的辅助密封圈，使用温度范围广：,200600,C,。高速下对轴的振动、振摆适应性强，追随性好。,（,3,）弹率,(,刚度,N/mm) k=Et,3,（d,1,d,2,）/2nB,3,d,2,/d,1,E,：工作温度下弹性模量（,N/mm,2,）：,AM350,：,1.75,10,6,(315.6,C),、,INCONEL,：,2.14,10,6,(26.7,C),、,1.59,10,6,(649,C),、,17-7PH,：,2.0,10,6,(21.1,C),、,Ti,：,1.31,10,6,(,196,C),、,1.14,10,6,(23.9,C),、,0.70,10,6,(538,C),。,8/28/2024,57,（2）特点（3）弹率(刚度N/mm) k=,t,：波片厚度,mm,n,：波数,d,1,/d,2：,管子内外径,mm,B,：波纹管片宽（,d,2,d,1,）,/2,公式中未考虑波片断面形状，具有一定误差，实际,生产中用弹簧测力计测弹率(刚度)。,8/28/2024,58,t：波片厚度mm9/3/202358,三、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：,8/28/2024,59,三、机械密封的计算 （一）补偿环的受力状况 要进行端面比压计,（二）密封端面中液膜反力的分布情况,在d,2,处，端面间液膜压力等于P,介。,在d,1,处，端面间液膜压力近似为零。对于中间分布情况，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。,8/28/2024,60,（二）密封端面中液膜反力的分布情况 在d2处，端面,在d,2,处，端面间液膜压力等于P,介。,在d,1,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。,8/28/2024,61,在d2处，端面间液膜压力等于P介。在d1处，,F,m,=P,介,S,（液膜比压,P,m,=P,介,）,：膜压系数0.5（中粘度），=0.650.75（低粘度），,=0.30.4（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=,（,d,2,2,d,1,2,）,/4,（三）液膜反力的计算,8/28/2024,62,Fm =P介 S （液膜比压Pm=P,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。,（四）易汽化介质中密封端面间的液膜压力分布,8/28/2024,63,易汽化介质（如液态烃等）的机械密封一直是石化,大家都知道，对于轻烃类介质，端面缝隙中存在气液,两相。,r,b,为汽化半径，此处液膜压力,=P,饱和,（,t,p,），,t,p,处温度最高。,r,2,r,b,区域，液膜压力成线性分布，液相,r,b,r,1,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,，中国石油大学顾永泉教授提出一个计算公式：,=2/3/P,1,（1/21/6P,f,/P,1,）（r,2,r,b,）/( r,2,r,1,),式中：P,f,：r,b,处气化压力 P,1,：介质压力 r,b,：气化半径,r,2,/r,1,：端面外半径/内半径,计算值一般在0.70,0.85,之间。,8/28/2024,64,大家都知道，对于轻烃类介质，端面缝隙中存在气,（,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，,还要增大0.2左右，对于中等粘度介质=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，,=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）,（,4,）端面缝隙情况：渐开形，,减小；渐收形，增大,（,5,）其他因素：转速高，对于内流式减小，对于外流式,增大。此外端面比压、密封面温度、粗糙度等都有一定影响。,（五）膜压系数的影响因素,8/28/2024,65,（1）端面几何尺寸，由上面公式可以看出。（五）膜压系数的影响,P,t,=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,P,t,=0.150.2Mpa(,内装,),，,0.30.6Mpa(,外装,),，反应釜中，,转速低，轴摆动大，取大值。,（六）弹簧比压的计算,8/28/2024,66,Pt =F弹/S（六）弹簧比压的计算9/3,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,（七）载荷系数,K,K=,（,d,2,2,d,0,2,）,/,（,d,2,2,d,1,2,）,d,0,为介质分界圆直径,当,K,1,时，机械密封为非平衡型；,当,K,1,时，机械密封为平衡型；,平衡系数,=100,（,1-K,）,%,载荷比压：,P,载,=KP,介,8/28/2024,67,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,P=P,t,+P,载,P,液膜,= P,t,+,（,K-,）,P,介,（内装式）,对于双端面机械密封介质侧：,P,液膜,= P,外,（P,内,P,外,） P,载,=K P,内,（,1,K,）,P,外,所以：,P= P,t,K P,内,（,1,K,）,P,外,P,外,（P,内,P,外,）,= P,t,（,K,）,（P,内,P,外,）,= P,t,（,K,）,P,（八）端面比压,8/28/2024,68,P=Pt+P载P液膜 （八）端面比压 9/3/20236,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，,而,P,t,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）。,8/28/2024,69,端面比压的选取原则：9/3/202369,推荐的端面比压值,因素,程度,内,装,式,机械密封,外,装,式,机械密封,饱和蒸汽压,接近水比水低,0.51.0,0.30.5,比水高,0.30.5,粘度,比水高,0.51.0,0.30.5,比水低,0.30.5,0.150.25,摩擦副材料,其中一个为塑料,0.20.3,0.150.25,匹配的硬,/,硬,0.71.2,0.40.6,匹配的硬,/,软,0.51.0,0.30.5,8/28/2024,70,推荐的端面比压值 因素程度内 装 式外 装 式饱和蒸汽压接近,端面比压中有一项,K,，,K=A/S,A,：介质有效作用面积，,A=,（,d,2,2,d,e,2,）,/4,，,d,e,为有效直径。,S,：密封端面面积,S=,（,d,2,2,d,1,2,）,/4,（九）波纹管的有效作用直径,de,8/28/2024,71,端面比压中有一项K，K=A/S（九）波纹管的有效作用直径d,（,1,）金属波纹管,内装内流式：,d,eo,=,（,d,i,d,o,）,/2,Z,外装外流式：,d,ei,=,（,d,i,d,o,）,/2,Z,修正系数,Z=0.671P,介,0.797,（,2,）聚四氟乙烯波纹管,矩形波：,d,e,=,（,d,i,2,d,o,2,）,/2,1/2,锯齿波：,d,e,=,（,d,i,2,d,o,2,d,i,d,o,）,/3,1/2,橡胶波纹管,d,e,无法准确计算，一般由试验获得。,8/28/2024,72,（1）金属波纹管9/3/202372,