机械密封的pV值_一_顾永泉.pdfVIP

士 其中L为诱导轮叶片弦长 为平均半 径上的栅距 它可用下式表示 t 2 R cp Z R e p 一出口平均半径 一叶片数 卜 黔 6 0 当雷诺数 R e U D t 6 x 10 5 5 x 10 6 时 压力修正系数 P可用下式计算 P 0 2毛 58 将 5 0 式代人 5 7 式 可得诱导轮实际扬 程表达式 H 一 45笼 黯乐胃 一 1 一 牛 5 或 H 0 45 ZD 49 0 4十 1 2汀C 2 S X 到此 我们得到 了诱导轮扬程与相对栅距 及出口螺距的关系式 3 变螺距诱导轮出口螺距的计算 将由 32 式算得的高速泵机组不产生汽 蚀所需的诱导轮扬程值代入 60 式后 再选 取合适的栅距 并且通常取D t 二D 便可 由 60 式计算出诱导轮出口螺距 S 附注 1 变螺距诱导轮的其它几何参数的确定和等螺 距诱导轮相似 2 变 螺距导轮的螺距变化规律可根据总体结构 和加工工艺来合理选择 机械 密封的 pV 值 一 华东石油学院顾永泉 提要 本文介绍 Pv 值在 机械密封 中的应用和近年来Pv值的增长趋势 使用 的 Pv 值的种 类 意义及 其确定 并着重介绍端面比压 密封面问膜压和平均 膜压的确定 文中还综述 了提高p v值的措施和机械密封的 Pv 值与性能的关系并讨 论了确定 pv 值的根据和今后 研究的方向 序 J 一一 一 自 r斗 在机械密封的设计和使用实践 中广泛采用 Pv 值 但长期以来对 PV 值有着不同的理解 甚至还有对 Pv 值的意义混淆不清和某些实际 使用数据的误解 因此 有 必 要通 过共同讨 论 明确其意义 以便正确地使用它 由于实际中使用的 Pv 值种类较多 故也 有必要区分开各种 Pv 值的意义 用途和确定 的根据 在确定机械密封的 pV 值时 主要是确定 密封面比压 也就必然牵及到膜压的问题 为 此着重介绍密封面比压和膜压的确定 从长期来 Pv 值增长的趋势的分析 中 可 以得出提高 Pv 值的结构措施 材料措施和辅 助措施 最后 讨论了设计和使用的合理 Pv 值及 今后值得研究的问题与发展方向 二 应用和发展趋势 在机械密封的设计 制造和使用方面的工 程技术人员采用 Pv 值作为一个共同的谁则 一 52 一 但 实际应用中 Pv 值有着不同的用途 归纳起 来 大致有以 下几种用途 1 使用条件 通常用被密封介质的压力 P 与密封面平 均周速V的乘积 P s v 值 来反映机械密封的 使用条件 有的人把它当作工作能力 有的人 还把它当作工作载荷 甚至有的人把它当作机 械密封的使用限或难度 例如 曼耶把它当作工作难度来对机械密 封进行分类 2 类另 压 力 水 平 压力值公斤 厘米 2 平 均周速米 秒 PJ 公斤 米 厘来 秒 密 封型式 n0 0n U 11工O n n U 一O一1 1 O 00 J 1 2 低 中 简 最高 20 100 非平衡型 非平衡型 平衡型 热流体动力型 Unn J 1j O工勺 2 有的人把它用作不同型式机械密封的使用 限 对于非平衡型密封 p V 簇70 120 通常为 氟乙烯 k 一 06 5 咎碧冷 或k 40 60 公斤 一米 厘米 一 秒 二 n 一 l立方英寸一分 一奚贾丽刁不F Z 对于平衡型密封 P v 蕊Go o 一7 00 边界润 滑 有的达 900一2 00 0 公斤 一 米 厘米 一秒 对于 热流体动力型密封 P万镇500 0 公斤 一米 厘米 2一 秒 还有的人把它用作各种冷却 冲洗等措施 的使用限 例如当 p v 7 0 公斤 一米 厘米 一秒时机械 密封需要冷却等 2 耐磨性准数 在机械密封的使用实践中 往往采用线度 磨损率 磨损速度 u 来反映摩擦副 的磨损情 况和估计使用寿命 在磨削性磨损时线度磨损量 与摩擦面比 压 P 及摩擦路程L成正 比 即 k P L 二k P V t 1 一 n 或 于 k p bv 式 中 t 工作时间 时 k 磨损系数 它说明 了材料的耐磨 性和摩擦副的工作条件 对于碳石墨和填充四 在非磨削性磨损时 磨损率可以用幂函数 关系来表示 u k P号 v Z a 式中 m 及 n 为指数 当m n 时为双 曲 线函数 在一般机械密封中m n 这些关系式说明机械密封的密封面磨损率 与 P v 值成正比 p v 值 就可以作为机械密 封的耐磨性准数 这就 包含 着工作寿命的因 素 也就说明 了摩擦副材料组合的工作能力 3 耐热性准数 在稳定工作时 正常的热条件是保证摩擦 副材料物理一机械性能和几何尺寸稳定性的重 要因素 也是保证可靠性 耐久性和寿命的重 要因素 机械密封工作时由于摩擦产生的热量 Q与P bV 值成正 比 即 一 等 一 竺牲 一CP bv 千卡 秒 3 式中 P r 摩擦力 公斤 比例常数 其值取决于密 2 一丫 月 t 一 一一 封的摩擦工况 如摩擦系数 f 和摩擦面积 A 米 2 一 5 3 一 因此 P v 值是决定摩擦热的一个重要指 标 它可以作为机械密封的耐热性准数 在使用时应保证机械密封的工作 Pbv 值 小于允许 p v 值 允许仁 P v 值是通过在一 定的散热条件和相应的温度与周速下加大载荷 的试验 得出密封面工作温度出现不稳定或摩 擦系数不稳定或出现灾害 性的损坏时的最高 P bv 值 因此 在使用机械密封时 必须遵守 同样散热条件下的p v P v P v 值也是决定摩擦副温升的一个重要指 标 因为密封面温度与被密封介质温度的差值 t 即需用温差 与 P产 值 成正比 而与散 热系数K成反比 即 值增长的趋势的分析 可 以看出发 展 的动力和 方向 大致有以下几个阶段 工 机械密封最早是在1885年于英国以专 利而出现 直到1900年开始应用 1920年才用 于冷冻装置 在此以前用于轴承密封 此时机 械密封的 p v 值仅为几个公 斤 一米 厘米 一秒 到 193 0 年用于内燃机水泵 此时 p v 值达3 1 公斤 一米 厘米 一秒 在这第一阶段中 发展的动力 缸 二 生 进兰 KJ 4 式 中 K 密封面的散热 传热 系数 千卡 秒 C o 根据这一温差可以确定机械密封的工作稳 定性 1 使需用温差低于有效温差 被密封 液体的沸点 t 与摩擦面温度t m 之差 即 t r 从 al 来保证密封面间液膜稳定性 即不 使密封面间液膜汽化 2 使密封面需用温差低 于有效温差 密封面材料能承受的最大温差 t a 即 At At a Z 来保证密封面抗热裂稳定性 即不 使密封面发生热裂破坏 3 使密封面需用温差低于有效温差 密封面允许变形最大的温差 ta 即 t P v 对于平衡型密封 p V p bV PbV 只是在 p 喊一兀一华牛节 时 p v戎p v z 协 r 及 1 一B 只 r r D 因此在某些场合下它们互相可 以换用 3 允许 p b V 值 根据摩擦一耐热性 试验 按照密封面材料的摩擦和磨损最有效的 数值来确定的 也有采用允许 pJ 值 目前 我国普遍采用允许 pbv 值 但在有些资 料中没有注明是在何种试验条件下利用什么介 D D I 及 d 相 应 地为密封面外径 内径及轴套或轴台肩处直径 米 注 p v 值在某些文献上为 pgy 值 P 为接触压 力 一 55 一 表1各种常用摩擦副材料组合的允许 pV 值 动动环环水水油油气气水水 碳石墨钨铬钻合金 铬镍铁合金 碳化钨 含碳化担的碳化钨 不锈钢 铅青铜 陶瓷 喷涂陶瓷 氧化铬 工具钢 铸铁 3 0一904 5一110 200一30 0 90一20 0 45一108 5一10 5580一7 00 7 0一150 250 55一100 1 8 30一75 150 70 26 0一4 2 01225一1500 18一150 80一150 200 2 10 9 00 420 1500 50一100 110 90 碳化硅钨铬 钻合金 碳化钨 碳石墨 碳化硅 85 1 20 1800 14 5 化钨 铜 碳化钨 铬镍铁合金 碳化钨 陶瓷 A乙 20 45气40XH 钨铬钻合金 铬镍铁合金 钨铬钻合金 钨铬钻合金 不锈钢 SUS316 高硅铸铁 含碳化担碳化钨 26 042 0 9 0一2 00 200 100 n U工勺n 曰 2 J 1 卜 nn 八匕 6 0 6 n Un l ln n U 33 Odl口 材一 l 一 l 一 一 l 一 一 一 l 一 青 铸铁 泰弗隆 填充四氟乙烯 质试验得出的 例如 有的 P v 值基本上来 源于某些文献资料 但未注明试验介质 是2 锭子油 而被广泛应用于任何介质 这样 似乎欠妥 另外也未注明使用寿命 或磨损 率 和极 限条件 早期磨损 热裂或 损坏 等 通常 允许 p v 或 P av 值应在一定的 密封面材料组合下 根据密封面的磨损率 可 据此推算或实测工作寿命 来确定 的 也有根 据几种典型介质作出上述试验的结果 根据生 产使用要求 工作寿命一般 为 800 0 10 0 0 1 6 0 0 0 甚至有 20 0 0 0 小 时 即线度磨损率 u 0 1 5一0 4微米 时 表 1 中给 出线度磨损率 u 0 4微米 时的 非平衡型密封的 几种摩擦副材料组合 的允许 P bv 或 P s v 值以及平衡型密封的几种摩擦 副材料组合的允许 P v 值 但必须指出 这些数值是不够全面的 还 有待于进一步通过试验和实践经验的总结来确 定 今后还必须注意累积下列各方面的数据 一 56 一 表 2 常 用机 械密封面材 料的耐 热 冲 击系数 4 4 4 0 移移 重度 尹 吨 米 硬 度 H B HRC 抗拉强度 a 乙 公斤 毫米 2 弹性模 数 E 义1 06 公斤 厘米 膨胀系 口X 1 0 C 导热系数 大卡 厘米 秒 c 耐热冲击系数 Th SP 卡 厘米 秒 7 81518 7 19 7 72 7 4 淬火回火 2 11 3 8 9 5 4 0 63 50 54 正火 12 40 142 2 135 2 7 0 5 2 9 21 42 34 7 8 1419 2 22 8 6 5 淬火回火 50 60 正火 2 1 2 13 5 11 64 90 162 35 17 3 9 08 2C r13 7 75285 341 90 125 空气中淬火 2 1 105 11 0 0 595 2 3 72 3 2 95 铬钢 不锈钢 3Cr137 76241 302 空气中淬火 85 油中淬火 110 0518 4 20 5 6 IC r18Nig 7 9137 60 65 1100 c 水淬 58 1 150 e 水淬 2 016 0 05 910 7 12 铬镍钢 不锈钢 ICr18NigTi 7 9137 54 5 8 1100 e 115 0 e 水淬 2 0160 046 75 7 25 Crl8NIM oZTi 7 9 5 552 0170 034 85 HT20一40 H T 3 0一54 C1 5 高硅铸铁 耐蚀高镍铸铁 6 6 6 950 10 0 12120 95 31 27 铸铁 7 4 7 5 0 7 1 0 12 1 4 10 5 14 4 7 17 0 12 0 14 n 1 1q山nj 泞 6 O曰 八O 6 96 81 312 2 7 5 16 7 3 300 4 00 125 1707 3 1 05 1 13 0 125 0 09448 92 11 58 62 48 50 6 0 2 4 2 3 2 44 11 1 1 0 019 4 0 03D5 0 02 6 9 2 7 一三 l s e l l e s 一 l子 s e e e l j l e e e s 9 9 92 42 QU3门 3 1口 3 八 巧 一a 7 脚了月0 7 吕 吕7 钨铬钻合金 S tellite 一 口左店 nnR 硬质 合 金 耐蚀镍基合金 H aste lloyB H a ste lloyC 碳化钨 BKS WCB C o 25 9 24 8 94 21与 2 23 2 14 2 10 11 3 0 0219 0 03 10 7 1 1 2 5 8 05 60 167 34 08 13 厂H R A L8 3 8 4 14 5 4 90 083 2 7 4 8515 937 14 1 14 8 86 87 91 5 120 85 5 66 8 5 6 0 139 0 16 7 43 77 36 14 H v 飞飞 42 2 26 6 66 0 0 0 0 2 2 2 七七七1 6 0 0 碳化钮 4 9 3 Kn ooP 24 00 28 403 27 4 0 0417 14 93 7 04 尸 一 5 7 一 续表2 耐热冲击系数 Th sp 卡 厘米 秒 数 o C系 卡秒 执 大卜 材岁导醉 米 E 厘材料 牌号 重度 厂 吨 米 硬 度 H B HRC 抗拉强度 a 公斤 毫米 弹性模数 E x106 公斤 厘米 2 膨胀系数 义 10 一6 e 种类 蒙耐尔合金 锡锌铅青铜 8 8 8 85 130 60 7 5 14 5 17 1 0 06 0 224 10 64 1 1 82 2 1 8 32 锡磷青铜 8 7 69 0 120170 08 29 4 16 4 8 97 634 09 37 4 8 4 2 8 4 14 4 18 0 3 15 12 23 0 9 53 4 3 1立 8 8 8 OU R J 1 上 J 上 月 111 8 8 8 5 1 75 0 9 1 0 3 1 0 1 0 6 1 0 n 曰 0 锡磷青铜 锡青铜 锡锌青铜 锡铅青铜 锡铅青铜 铝铁青铜 铝青铜 铅青铜 170 70 80 80 90 57 35 110 60 70 3 0 4 5 50 15 2 0 砂模 2 0 砂模 2 5 3 5金属模 30 25一3 0 20 25 16 10 8 1 8 1 4 0 2 0 30 1 16 9 5 1 5 5 1 8 3 0 2 0 1 15 0 132 0 14 0 34 0 14 0 2 5 0 0 05 5 2 7 14 3 3 9 3 2 26 4 8 39 0 391 碳化硅 Es l 喷涂层 E S Z 整体 ES 3 喷涂 氧化铝 A乙 200 9 9 7 99 98 96 9 4 9 2 金属陶瓷 77 Cr 23 A乙 0 5 52 Cr 19 A乙 0 3 氮化硅Si sN 0 12 0 3 0 17 3 8 3 4 6 5 6 9 6 一九匕 no 一 几七 4 3 8 5 8 8 2 5 八D 6 一 一 112 4 333 Od八jCOO山勺自 n一 3只 gd 2 0口 4 n 口月J八t 2 8 一只 上 7 8 9 98 匕一 O 目njn自 飞 16 5QU 694789 75 1口 44 9 5 95 8 18 3 八j 3 8 3 8 3 8 3 8 95 10 5 110 12 5 8 5 100 H V 23 00 230 0 200 0 2 000 1800 1800 2 5 25 2 0 19 7 18 5 19 4 5 4 3 4 2 6 7 6 7 6 7 6 8 6 8 7 1 0 0 83 0 0806 0 06 94 0 0694 0 0611 0 0611 瓷 371 4 70 0 69 44 9 7 5502 17 5 0 0 80 68 47 2 7 2 92 6 00 4000 12 142 4 2 4 2 60 0 194 0 03 0 6 3 8 8 7 14 浸吠喃树脂 T 一5 55 浸吠喃树脂 烧结 浸酚醛树脂 烧结 浸巴氏合金 T 一65 8 1 8 1 72 1 7 4 2 4 8 0H s 0 163 2 10 069 42 7 04 碳 700 150 06943 4 7 石 84 860 134 4 0 1 17 6 9 墨 8 5 954 80 2 140 2 84 8 5 一 5 8 一 续表 l w e e e川w e一 材料 种 类 重度 尹 吨 米 3 硬 度 HB H R C 抗拉强 度 a 公斤 毫米 弹性模数 E x 10 6 公斤 厘米 膨胀系数 又10一6 G 导热系数 大卡 厘米 秒 c 耐热冲击系数 T h S P 卡 厘米 秒 一 冲 浸 锑 T 一 667 浸铅青铜 T 一6 59 浸锡 硅化石墨 8 5 95141 176 8 5 9 5 6 0 95 8 5 H RA 40 78 0 13 5 0 09 15 82 2 5 0 094 4 0 2847 30 48 2 74 8 川 训 一 碳 石墨 馨 聚四氟乙烯 卜 一2 小 5一63 H 4一 一17 092 5 0 0 93 1 各种材料组合的最适宜的磨损率 即 u 与 pv 值关 系曲线中变化率最小的线度 磨损率 2 各种典型介质 水 油 气等 的 试验数据和相互换算关系 3 区别开平衡型和非平衡型密封 低 压差密封以及流体动压密封 流体静压密封和 普通机械密封的 P v 值 即各种不同状态下 各种密封的 Pbv 值 并 进一 步采用统一的 p V 值来表示 4 在不同压力 高 中 低压 和不同 周速 高 中 低速 的各种配合下的 p bv 值 4 极限 p b V 值 以产生热裂时的 P v 值作为极限 P v 值 机械密封的端面摩 擦发热使密封环的温度升高 产生过度的热应 力裂纹 即热裂 热裂不仅使密封面泄漏量 增大而且使磨损加剧 导致密封破坏 为 了避 免热裂 应使密封环中保持热应力处于安全范 围内 因为摩擦热与 P声 值成 正比 所以应 使 工作的 p bv 值小于产生热裂时的极限 p bv 值 即使 Pbv P v 极限 p bv 值是在干摩擦状态下发生热 裂时的最大允许 P v 值 它取决于材料的物 性 工作状态与结构尺寸 极限 Pbv 值可以 按下一关系式来确定 一号 T h s p 热功当量 摩擦 系数 公斤 一厘米 厘米 一秒 8 式 中 J 42 7 公斤 一厘米 卡 通常取干摩擦状态下 f 0 1 0 2 5 h 环厚 厘米 材料的抗拉强度 极 限 公斤 厘 米 之 k 材料的导热率 卡 厘米秒 C E 材料的弹性模数 公斤 厘 米 a 材料线膨胀 系数 1 C o 通常将材料物性的综合参数称之为耐热冲 击系数 T h Sp一要冬 卡 秒 一厘 米 各种常用 一 一 一 Ea 一 护 一 一 曰 密封面材料的耐热冲击系数值列于表 2 中 5 临界 p V 值 按密封面l e d液膜 破裂时的 P v 值作为临界 p v 值 通常 从保证正常液膜润滑的条件出发 通过试验可 以得出良好的液膜润滑状态下 的 p v 值 实 际使用时 考虑到勿使热变形和或压力变形超 出液膜厚度或限制密封面温度以防止液膜发生 汽化 应使工作 p bv 值 临界 p bv 临界 P v 值可以根据热变形公式来确 定 p bV ZJak fhE 尽 p bV ZJkd ar二bf 9 一 59 一 式 中 r二 一密封面断面重心 径 向 位置 厘 米 b 密封面宽度 厘米 占 密封面的温度变形 米 为了防止密封面间液膜汽化 通常限制密 封面温度与被密封液体沸点的差值 即有效温 差 t a 也即勿使密封面温 度 等于或超过被 密封液体沸点 p v 二 KJ ta fb g a 仅与被密封介质压力 P 有关 而且还随着密 封面形状 被密封介质的性质 粘度 重度 饱和蒸汽压 表面张力等 工作条件 如