机械密封优秀课件

1、2021/3/291第三章第三章 机械密封机械密封教学重点：教学重点： （1 1）机械密封结构、原理；）机械密封结构、原理； （2 2）机械密封与软填料密封比较时的优缺点；）机械密封与软填料密封比较时的优缺点； （3 3）内（外）流式单端面机械密封的端面比压计算。）内（外）流式单端面机械密封的端面比压计算。教学难点：教学难点： （1 1）机械密封的设计计算；）机械密封的设计计算； （2 2）机械密封的冷却、冲洗与安装；）机械密封的冷却、冲洗与安装； （3 3）特殊工况下机械密封的设计要点。）特殊工况下机械密封的设计要点。 （4 4）密封技术与润滑的关系）密封技术与润滑的关系 。2021/3/2

2、92一、密封原理和特点一、密封原理和特点1.结构结构1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉2021/3/2931234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉2021/3/2942.密封原理密封原理1234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉2021/3/2951234567891-静环座 2-动环辅助密封圈 3-静环辅助密封圈4-

3、防转销 5-静环 6-动环 7-弹簧 8-弹簧座9-紧定螺钉2021/3/2963.基本构件基本构件2021/3/2972021/3/2982021/3/2994.2021/3/2910比较比较软填料密封软填料密封机械密封机械密封泄漏量泄漏量180450ml/h一般为软填料密封的一般为软填料密封的摩擦功率损失摩擦功率损失机械密封为软填料密封的机械密封为软填料密封的1050轴磨损轴磨损有磨损，用久后要更换有磨损，用久后要更换几乎无磨损几乎无磨损维护及寿命维护及寿命要经常维护，更换填料，个别情况要经常维护，更换填料，个别情况每班换一次每班换一次寿命很长，很少需要维修寿命很长，很少需要维修高参数高参

4、数高压、高温、高真空、高转速、大高压、高温、高真空、高转速、大直径密封不能解决直径密封不能解决可以可以加工及安装加工及安装加苛求一般，填料更换方便加苛求一般，填料更换方便动、静环表面粗糙度及平直度动、静环表面粗糙度及平直度要求高，不易加工，成本高，要求高，不易加工，成本高，装拆不便装拆不便对材料要求对材料要求一般一般动、静环要求较高动、静环要求较高2021/3/2911二、结构类型二、结构类型按介质泄漏方向分为内流式和外流式。按介质泄漏方向分为内流式和外流式。内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄者称为内流式。内流式：介质沿半径方向从端面外周向内泄者称为内流式。外流式：介质沿半径方向从端面内周

5、向外泄者称为外流式。外流式：介质沿半径方向从端面内周向外泄者称为外流式。内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固体颗泄漏，因而内流式泄漏比外流式泄漏量小。于是，有固体颗粒的情况尤其应该采用内流式。这样可防止固体颗粒进入摩粒的情况尤其应该采用内流式。这样可防止固体颗粒进入摩擦面。擦面。1、内流式和外流式（图、内流式和外流式（图3-2）2021/3/2912按弹簧是否与介质接触分为内装式和外装式。按弹簧是否与介质接触分为内装式和外装式。内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介

6、内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介质之外。质之外。2、内装式和外装式（如图、内装式和外装式（如图3-3）2021/3/2913外装式特点：一般来说大部分机械密封零件不与介质接触，外装式特点：一般来说大部分机械密封零件不与介质接触，且暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是由于外装式结且暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是由于外装式结构的介质作用与弹簧力相反（指常用结构）。当介质压力有构的介质作用与弹簧力相反（指常用结构）。当介质压力有波动或升高的情况下，弹簧力余量又不大时，会出现密封不波动或升高的情况下，弹簧力余量又不大时，会出现密封不稳定的情况以致产生泄漏。当介质压力降低时

7、，因弹簧力不稳定的情况以致产生泄漏。当介质压力降低时，因弹簧力不变，在摩擦面上受负荷增大，特别在低压起动时，摩擦副的变，在摩擦面上受负荷增大，特别在低压起动时，摩擦副的表面间尚未构成液膜，此时比压又是最大，容易擦伤端面。表面间尚未构成液膜，此时比压又是最大，容易擦伤端面。内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大内装式受力情况比较好，刚开车时介质压力较低，由不太大的弹簧力即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较的弹簧力即可对摩擦面构成初始的密封，此时因端面比压较小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大，小，容易形成液膜。内装式端面比压随介质压力增在而增大，因而增加了密

8、封的可靠性。因而增加了密封的可靠性。一般情况下内装式的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装一般情况下内装式的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能采用内装式式好。所以在介质无腐蚀以及不影响弹簧机能时，应尽可能采用内装式结构。结构。2021/3/2914主要按介质作用在端面的载荷程度分。主要按介质作用在端面的载荷程度分。3、平衡型和非平衡型、平衡型和非平衡型当不计摩擦副间反压力及密封圈摩擦力时，作用在端面上当不计摩擦副间反压力及密封圈摩擦力时，作用在端面上的比压为：的比压为：KPPPddddPPsbsc)()(2122222202

9、1/3/2915AAKddddeb2122222AAAPAPAAAPK=0K 1K 00 K 1图3-42021/3/2916AAAPAPAAAPK=0K 1K 00 K 1图3-42021/3/29172021/3/2918按弹簧的运转状态分为旋转式与静止式。按弹簧的运转状态分为旋转式与静止式。旋转式：即是弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸较小。高旋转式：即是弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸较小。高转速情况下，弹簧及其它转动零件产生的离心力很大，动平转速情况下，弹簧及其它转动零件产生的离心力很大，动平衡要求高，有的介质经强烈搅拌后易结晶，对于这种情况宜衡要求高，有的介质经强烈搅拌后易结晶，对于

10、这种情况宜采用静止式较适宜。采用静止式较适宜。4、2021/3/2919单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同中心安装。中心安装。多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均匀分布。匀分布。一般说负荷较轻而且大量生产的密封采用单弹簧为佳，小量一般说负荷较轻而且大量生产的密封采用单弹簧为佳，小量生产且在严格的条件下使用时，则都采用多弹簧。生产且在严格的条件下使用时，则都采用多弹簧。4、2021/3/2920按摩擦面对数分为单端面、按摩擦面对数分为单端面、双端面和多端面。双

11、端面和多端面。单端面：指在密封机构中仅单端面：指在密封机构中仅有一对摩擦副。有一对摩擦副。双端面：指在密封机构中有双端面：指在密封机构中有两对摩擦副，且两对摩擦副两对摩擦副，且两对摩擦副处于相同封液压力下（图处于相同封液压力下（图3-5）。）。密封机构中有两对以上的摩密封机构中有两对以上的摩擦副且密封腔的压力逐渐降擦副且密封腔的压力逐渐降低，根据摩擦副的对数分别低，根据摩擦副的对数分别称为双端面、三端面和多端称为双端面、三端面和多端面。面。4、2021/3/2921从结构比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较从结构比较来看，单端面比双端面简单，在制造和装拆上较容易，因而使用很普遍。双端

12、面因要通入带液体（封液）至容易，因而使用很普遍。双端面因要通入带液体（封液）至密封腔内起密封腔内起“封堵封堵”和润滑作用，就需另设一套装置。单端和润滑作用，就需另设一套装置。单端面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮面只适用于一般场合。双端面适用于强腐蚀、主温、带悬浮颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝且允许内漏的情况。内漏的情况。2021/3/2922三、常用机械密封标准结构简介三、常用机械密封标准结构简介1、泵用

13、机械密封标准结构、泵用机械密封标准结构2、釜用机械密封标准结构、釜用机械密封标准结构2021/3/2923三、常用机械密封标准结构简介三、常用机械密封标准结构简介1、泵用机械密封标准结构、泵用机械密封标准结构1）103、109型机械密封2021/3/29242）104、110型机械密封2021/3/29253）105、111型机械密封2021/3/29264）114型机械密封2021/3/29272、釜用机械密封标准结构、釜用机械密封标准结构2021/3/29282021/3/29292021/3/29302021/3/2931一、密封特性一、密封特性1.轴承润滑理论轴承润滑理论yuAF贴近静

14、止板的油层速度贴近静止板的油层速度0u各油层以不同速度各油层以不同速度移动移动u贴近移动板的油层速度贴近移动板的油层速度vu yu油层间剪应力油层间剪应力与速度梯度油层与速度梯度油层成正比成正比OYX移动件移动件静止件静止件Fvuhy2021/3/29320)()( dxdzdydxdzdydzdxppdydzyxp 整理后得：整理后得：yxp yu22yuxp 2021/3/293321221CyCyxpu yhyxpyhhvu)(21)( 3012121hxpvhudyqxh 2021/3/29340021vhudyqhx30)(6hhhvxp2021/3/29352.wbvG2121)(

15、wvbGf2021/3/29362021/3/29371 、液膜静压力、液膜静压力力图使端面开启的力力图使端面开启的力二、端面液膜压二、端面液膜压力力dd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCP2021/3/2938dd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCP212rrrrdrpR2021/3/2939212rrrrdrpR由三角形相似：由三角形相似：prrrrpr121 代入上式积分：代入上式积分：prrrrR)2)(31212 mprrR)(2122 prrrrpm)(321212 pj )(321212rrrrj 2021/3/29402、奈维

16、斯托克斯方程：奈维斯托克斯方程：22yvxp 30)(6hhhvxp 动动压压力力向向的的压压力力增增量量，即即液液膜膜为为端端面面间间流流体体沿沿运运动动方方xp 2021/3/2941结论：结论：30)(6hhhvxp 2021/3/2942一、设计条件分析和结构选型一、设计条件分析和结构选型1、分析密封使用条件、分析密封使用条件压力、温度、转速、轴径压力、温度、转速、轴径浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维杂质、是否汽化或结晶杂质、是否汽化或结晶（3）主机工作性质与环境条件）主机工作性质与环境条件连续或间隙操作连续或间隙操作2021/3/29432

17、、主机对密封的要求、主机对密封的要求3、密封类型与材料的选择、密封类型与材料的选择4、密封系统的综合措施及加工、安装、维修、密封系统的综合措施及加工、安装、维修、经济效益等考虑经济效益等考虑5、结构形式的选择结构形式的选择2021/3/29442021/3/29452021/3/2946二、端面比压二、端面比压Pc的计算的计算dd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCP图图3-15内流单端面机械密封结构简图及补偿环轴向力平衡内流单端面机械密封结构简图及补偿环轴向力平衡dd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCPAFpcc PPm 2021/3/294

18、7sF)(42122ddpApFsss sp)(42122ddA 1)弹簧力弹簧力 弹簧比压，弹性元件弹簧比压，弹性元件施加到密封环带单位面积施加到密封环带单位面积上的压紧力，上的压紧力， PaA密封环带面积，（密封环带面积，（m2）其中，其中，d2、d1分别为密封环带外径和内径，分别为密封环带外径和内径，m（N）dd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCP2021/3/29482）作用于端面的介质总压力）作用于端面的介质总压力Fp)(4222beddA dd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCPepApFpeA式中式中介质压力（介质压力（Pa）

19、介质压力作用于补偿环上的有效载荷面积，介质压力作用于补偿环上的有效载荷面积，m22021/3/29493）端面液膜压力）端面液膜压力FmpApARFdjm)( 4）补偿环辅助密封与相关元件表面的摩擦阻力补偿环辅助密封与相关元件表面的摩擦阻力Ftdd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCPcF 2021/3/2950tpscFRFFF 则端面比压则端面比压pc为：为：tstsccppkpppkppAFp ）内内 (2122222ddddAAkbe 内内dd2d1dbddd2d2d1d1dbdbd1d2dbPSPPCP2021/3/2951外流单端面机械密封的端面比压的计算双

20、端面机械密封的端面比压计算2021/3/2952外流单端面机械密封的端面比压的计算外流单端面机械密封的端面比压的计算2021/3/29532021/3/2954双端面机械密封的端面比压计算2021/3/29552021/3/2956sFApFss )(42122ddps sp)(42122ddA 弹簧力弹簧力 （N） 弹簧比压，弹性元件弹簧比压，弹性元件施加到密封环带单位面积上的压施加到密封环带单位面积上的压紧力，紧力， PaA密封环带面积，（密封环带面积，（m2）其中，其中，d2、d1分别为密封环带外径和内径，分别为密封环带外径和内径，m式中式中2021/3/2957pF外外epApF )(

21、4212ddpb p外外eA外外eA)(4212ddb bd2.作用于端面的介质总压力作用于端面的介质总压力 = -(N)介质压力（介质压力（Pa） 介质压力作用于补偿环上的有效载荷面积，介质压力作用于补偿环上的有效载荷面积，m2 = 平衡直径，即介质压力在补偿环辅助密封圈平衡直径，即介质压力在补偿环辅助密封圈处的有效作用直径，处的有效作用直径，m式中式中2021/3/29583.由介质产生的端面液膜压力由介质产生的端面液膜压力1mFApFm 1fpF内内efpApFf )(4222bfddp fp内内eA内内eA)(4222bdd 4.作用于端面的封液总压力作用于端面的封液总压力 = (N)

22、封液压力（封液压力（Pa） 封液压力作用于补偿环上的封液压力作用于补偿环上的有效载荷面积，有效载荷面积，m2 = 式中式中2021/3/29592mFApFfm 25.由封液产生的端面液膜压力由封液产生的端面液膜压力 （N）tFApFtt tp6.摩擦阻力摩擦阻力是补偿环辅助密封与相关元件表面的摩擦阻力，其方向与补是补偿环辅助密封与相关元件表面的摩擦阻力，其方向与补偿环轴向移动方向相反。补偿环向闭合方向移动时为负，反偿环轴向移动方向相反。补偿环向闭合方向移动时为负，反之为正。之为正。 （N）由摩擦阻力引起端面比压增大或减小的值，由摩擦阻力引起端面比压增大或减小的值，Pa2021/3/2960因

23、此，端面所受净闭合力为：因此，端面所受净闭合力为：cFsFpF1mFfpF2mFtF-+-2021/3/2961因此，端面所受净闭合力为：因此，端面所受净闭合力为：cFsFpF1mFfpF2mFtF-+-)(42122ddps )(4212ddpb Ap )(4222bfddp Apf Apt =-+-tfbfbsppddddppddddpp 21222222122212AFc cP = =2021/3/2962tfscppkpkpp )()( 内内外外tfscppkpkpp )()( 外外内内内内k2122222ddddb外外k2122212ddddb 即即 亦即亦即式中式中 = =2021

24、/3/2963一、密封环端面发热一、密封环端面发热机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。前面已经讨论过，如果摩擦产生的热量越多，密前面已经讨论过，如果摩擦产生的热量越多，密封的工作封的工作PV值就越大。当然摩擦热除与值就越大。当然摩擦热除与PV值有关值有关外，还与摩擦系数及端面面积有关。外，还与摩擦系数及端面面积有关。假设端面比压是均布的，则摩擦热假设端面比压是均布的，则摩擦

25、热第四节第四节 冷却、冲洗与安装、使用冷却、冲洗与安装、使用VAfPQc 2021/3/2964热量的传递有三种方式：对流、间壁导热、辐射。热量的传递有三种方式：对流、间壁导热、辐射。显然机械密封端面的摩擦热就是以这三种方式传递显然机械密封端面的摩擦热就是以这三种方式传递出去的。如果密封环向周围散失的热量与产生的摩出去的。如果密封环向周围散失的热量与产生的摩擦热相平衡，则可得到一个稳定的温度值。擦热相平衡，则可得到一个稳定的温度值。对于普通机械密封，泄漏量较小，它带走的热量可对于普通机械密封，泄漏量较小，它带走的热量可以忽略，那么摩擦热主要是由轴导入动静环，再由以忽略，那么摩擦热主要是由轴导入

26、动静环，再由动静环传给周围介质，即：动静环传给周围介质，即：lTAQlT-环端面温度与周围介质温度差环端面温度与周围介质温度差l-温度降方向的壁厚，轴向为环厚温度降方向的壁厚，轴向为环厚h，径向为端面宽度，径向为端面宽度b。显然，显然，越小，传出的热量就少，温升越高，越小，传出的热量就少，温升越高，PV值就越大；值就越大；反之，反之，越大，传出的热量就多，温升越低，越大，传出的热量就多，温升越低，PV值就越小。值就越小。因此要选择导热系数大的材料。因此要选择导热系数大的材料。2021/3/2965二、冷却、冲洗方法及系统设计二、冷却、冲洗方法及系统设计如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或

27、如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或PVPV值比较高的情况下，端面间的大量热量不能及值比较高的情况下，端面间的大量热量不能及时导出，必然引起端面温度急剧上升。其结果可时导出，必然引起端面温度急剧上升。其结果可能造成端面间液膜汽化，恶化润滑条件，甚至完能造成端面间液膜汽化，恶化润滑条件，甚至完全处于干摩擦状态，这不仅使磨损加剧，还会导全处于干摩擦状态，这不仅使磨损加剧，还会导致密封环的热裂、变形等等。因此只是依靠选择致密封环的热裂、变形等等。因此只是依靠选择耐高温、导热性好的密封环材料或仅从结构上考耐高温、导热性好的密封环材料或仅从结构上考虑，都很难达到预期的效果。合理的方法就是强虑，都很难达到预期的效果。合理的方法就是强化冷却，使端面摩擦热及时导出。化冷却，使端面摩擦热及时导出。使端面冷却的方式主要有三种：使端面冷却的方式主要有三种：2021/3/29661、端面直接冷却、端面直接冷却(1)闭路自冲洗（图闭路自冲洗（图3-24，a）2021/3/29671、端面直接冷却、端面直接冷却(2)反向自冲洗反向自冲洗202