最超前的机械密封技术

机械密封2022/12/181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2022/12/182（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2022/12/183（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2022/12/184（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2022/12/185（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2022/12/186（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2022/12/187（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）Al2O3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2022/12/188（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2022/12/189（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2022/12/1810（十一一）对冲洗洗流体体的要要求（十二二）热油泵泵的冲冲洗液液选择择（十三三）烷基化化装置置中浓浓硫酸酸的冲冲洗液液的选选择（十四四）轻烃、、轻油油泵密密封冲冲洗液液的选选择（十五））机械密密封的的冷却却方式式（十六六）辅助设设施在在何种种工况况下必必须选选用2022/12/1311（一））密封性性的影影响因因素（二））机械密密封端端面的的摩擦擦状态态（三））载荷系系数对对密封封性能能的影影响（四））弹簧比比压对对密封封性能能的影影响（五））端面粗粗糙度度对密密封性性能的的影响响（六））端面间间缝隙隙形状状对密密封性性能的的影响响（七））产生端端面不不平行行的原原因（八））密封端端面的的机械械变形形（九））密封端端面的的热变变形（十））影响机机械密密封性性能的的其它它因素素六、机机械密密封性性能的的影响响因素素2022/12/1312（一））石化行行业高高温泵泵（热热油泵泵）密密封分分析（二））轻烃泵泵密封封分析析（三））低温泵泵密封封分析析（四））高速机机械密密封七、石石化行行业典典型泵泵的密密封2022/12/1313（一））安装机机封的的泵的的技术术要求求（二））安装密密封前前要了了解泵泵及介介质情情况（三））机械密密封的的安装装（四））泵的抽抽空和和汽蚀蚀八、机机械密密封的的安装装和使使用2022/12/1314（一））摩擦痕痕迹大大于端端面宽宽度（二））摩擦痕痕迹小小于端端面宽宽度（三））硬环上上无摩摩擦痕痕迹（四））石墨端端面出出现均均匀的的环状状沟纹纹（五））石墨端端面中中间产产生环环状深深沟（六））石墨内内缘磨磨损（七））石墨环环台阶阶过早早全磨磨掉（八））石墨环环外缘缘出现现缺口口（九））石墨环环断裂裂（十））石墨环环出现现蚀坑坑九、机机械密密封故故障分分析2022/12/1315（十一一）硬质合合金表表面灼灼伤和和裂纹纹（十二二）其它故故障简简介（十三三）泵抽空空密封封失效效现象象（十四四）密封腔腔中汽汽蚀，，密封封失效效现象象（十五五）密封端端面汽汽化的的失效效现象象（十六六）泵振动动过大大的失失效现现象（十七七）没有冲冲洗的的故障障现象象（十八八）动环选选材注注意事事项2022/12/1316（一））机械密密封标标准介介绍（二））机械密密封辅辅助系系统（三））机械密密封的的安装装（四））磁力密密封介介绍（五））高压机机械密密封研研制十、补补充内内容2022/12/1317一、机机械密密封原原理（一））定义义与组组成（（图1-1）组成:1.密密封端端面：：动环、、静环环─摩摩擦副副2.缓缓冲补补偿机机构：：由弹性性元件件(圆圆柱弹弹簧、、圆锥锥弹簧簧、波波片弹弹簧、、波纹纹管等等)构构成。。—使使贴合合;3.辅辅助密密封圈圈：包括动动环密密封圈圈、静静环密密封圈圈等，，有各各种形形式：：如O型圈、、V型圈、、楔形形圈等等2022/12/1318机械密密封是是一种种用于于旋转转流体体机械械的轴轴封装装置。。（用于离心心泵、、离心心机、、反应应釜、、压缩缩机等等设备备，轴轴和设设备腔腔体间存存在一一个圆圆周间间隙，，设备备介质质从中中泄漏漏，因因此必必须设设一道阻阻漏装装置。。因机械械密封封具有有泄漏漏少、、寿命命长等等优点点，成为了了主要要的轴轴密封封方式式，又又叫端端面密密封。。）在国家家有关关标准准中的的定义义：由至少少一对对垂直直于旋旋转轴轴线的端端面组组成,在流体体压力力及补补偿机机构弹弹力(或磁力力)共同作作用下，以及辅辅助密密封圈圈的配配合下下，该对端端面保保持贴贴合并并相对滑动动，而而构成成的防防止流流体泄泄漏的的装置置。2022/12/13193、原原理通过一一系列列零件件将径径向密密封转转化为为轴向向密封封，在在弹簧簧和介介质压压力共共同作作用下下，对对由于于设备备运行行所造造成的的轴向向磨损损可以以及时时补偿偿，使使轴向向密封封面始始终保保持贴贴合。。由于于机械械密封封（轴轴向密密封））在运运行中中可以以对轴轴向磨磨损进进行补补偿，，而填填料密密封（（径向向密封封）不不能对对径向向磨损损进行行补偿偿，故故机械械密封封比填填料密密封寿寿命长长。2、传传动关关系轴或轴轴套─────紧固螺螺钉5──弹弹簧座座4───弹簧3─补偿偿环1压盖───防转销销8─非补补偿环环6（三））密封封机理理1、4个密密封点点（亦亦称4个泄泄漏点点，如图1-1）泄漏点点1——摩擦擦端面面泄漏漏点，，依靠靠弹力力和介介质压压力保保持贴贴和（（动密密封点点,两两个摩摩擦副副之间间有相相对转转动））泄漏点点2——补偿偿环密密封圈圈，静静密封封点，，密封封圈与与轴或或轴套套之间间有微微动;泄漏点点3——非补补偿环环密封封圈，，静密密封点点，密密封圈圈与相相配合合件之之间相相对静静止;泄漏点点4——压盖盖与腔腔体间间的密密封圈圈，静静密封封点，，密封封圈与与相配配合件件之间间相对对静止止.2022/12/1320通过冲洗、冷冷却、过滤、、分离等方式式进行冷却和润滑，从而而改善密封的的工作环境，，减少密封的的泄漏量，延长使使用寿命。应应当把它看作作机械密封的的组成部分。（四）辅助设设施2022/12/13211、按使用条件分分类（1）高速密封（（ZBJ22-001-88：线速度25～100m/s）和普通密封（2）高压和低压压密封（3）高温、常温温和低温密封封（4）泵用、釜用用和压缩机用用密封（5）耐腐蚀、抗抗颗粒机械密密封2、通常按结构分分类多弹簧、单弹弹簧密封旋转式、静止止式密封外装式、内装装式密封外流式、内流流式密封（五）机械密密封的种类2022/12/1322（六）旋转式式和静止式机机械密封（图1-2）（1）旋转式式：补偿机构构（弹性元件件）随轴旋转转。)（由于安装方方便，普通密密封大多采用用，但易产生生不平衡，不不能用于高速速,且消耗耗搅拌功率（2）静止式式：补偿机构构（弹性元件件）不随轴旋旋转。（用于高速）2022/12/1323（七）内装式式和外装式机机械密封（图图1-3）（1）内装式：静环装在压盖盖内侧，静环环端面面向工工作腔。（用于温度、压压力较高，腐腐蚀性不强的的场合）（2）外装式：静环装在压盖盖外侧，静环环端面背向工工作腔。（用于低压、腐腐蚀性强的场场合）2022/12/1324（一般和内装装式、外装式式一致）（1）内流式：泄漏方向朝向向轴心。（一般密封都采采用这种结构）（2）外流式：泄漏方向朝向向离心力方向向。（泄漏量大，只有在压力、、温度都不高高的腐蚀性介介质中用）（八）内流式式和外流式机机械密封（九）多弹簧簧和单弹簧机机械密封（1）多弹簧：（又叫小弹簧簧，轴向尺寸寸小，轴向弹弹力均匀）宜用于高速，，不宜用于腐腐蚀性介质。（2）单弹簧：（又叫大弹簧簧，轴向尺寸寸大，轴向弹弹力不均匀）不宜用于高转转速的场合。2022/12/1325（1）平衡型：载荷荷系数K＜1.0（（用于高压场合合）（2）非平衡型：载载荷系数K≥1.0（（用于普通压力力场合）（十）平衡型型和非平衡型型机械密封（十一）补偿偿机构形式（1）磁力：：系统压力较较低时用（2）波片弹弹簧、锥形弹弹簧、螺旋圆圆柱大弹簧、、小弹簧（3）橡胶波波纹管、聚四四氟乙烯波纹纹管、金属波波纹管2022/12/1326两套密封面对对面或背对背背安装在一起起。用于工作介质质有毒、易燃燃、易爆、易易挥发、易结结晶、高温、、低温，或气气体、高真空空度等场合。。两套密封之间间形成一个密密封腔，在密密封腔中引入入封液：堵封封、润滑、冷冷却，选洁净净、润滑性好好的封液介质质。（十二）双端端面机械密封封（图1-4）2022/12/1327两套密封封沿同一一方向布布置，密密封腔压压力逐级级降低,用于高压压场合。。（十三））串联式式机械密密封（图1-5）2022/12/1328去掉了补补偿环密密封圈及及其摩擦擦阻力，，补偿环环密封圈圈改至弹弹簧座处处,补补偿环环追随性性提高.避免了补补偿环密密封圈因因轴串、、振动所所产生的的磨损。。金属波纹纹管用于于高温介介质聚四氟乙乙烯波纹纹管用于于腐蚀性性介质。。（十四））波纹管管机械密密封2022/12/1329将机械密密封、轴轴套、压压盖组合合成一个个整体。。安装时只只需固定定压盖、、轴套，，取下定定位挡块块即可。。安装方便便，排除除了安装装不良的的影响。。（十五））集装式式机械密密封（图1-6）2022/12/1330二、机械械密封的的基本零零件（一）对对摩擦副副密封环环的要求求摩擦副密密封环是是机械密密封的主主要元件件，它在在很大程程度上决定了了机械密密封的性性能和寿寿命。因因此，对对它有一一些基本本要求。（1）足够的强强度和刚刚度保证在工工作条件件（如压压力，温温度，滑滑动速度度等）下下不损坏坏，变形形小，工工作条件件波动时时影响小小。（2）端面有足足够的硬硬度、耐耐腐蚀性性能确保保使用寿寿命。（3）耐热冲击击力高的导热热系数，，低的线线膨胀系系数。（4）较小的摩摩擦系数数，良好好的自润润滑性，，材料与与介质有有很好的的浸润性性短时间间干摩擦擦，不损损伤端面面。（5）易加工，，材料成成本低2022/12/1331（1）一般选择择一软一一硬的材材料配对对，软环环作窄环环，如YG6/M106K，只有有介介质质含含固固体体颗颗粒粒、、易易结结晶晶、、粘粘度度高高时时才才选选用用硬硬对对硬硬。。（2）尽量量采采用用内内装装、、内内流流式式结结构构，，防防止止机机械械杂杂质质进进入入密密封封端端面面，，减减少少泄泄漏漏量量。。（3）选导导热热性性良良好好材材料料作作动动环环。。以利利散散热热，，降降低低端端面面温温度度。。（4）环的的壁壁厚厚不不可可太太薄薄，，以以保保证证整整体体强强度度、、刚刚度度，，也也利利散散热热（导导热热欠欠佳佳的的材材料料，，可可薄薄一一些些））。。（5）动环环和和轴轴（（轴轴套套））间间隙隙A11（（0··4~0··6））以利利补补偿偿静环环和和轴轴（（轴轴套套））间间隙隙1~3mm以免免摩摩擦擦（二二））摩摩擦擦副副匹匹配配要要考考虑虑的的因因素素2022/12/1332（1））主主要要决决定定窄窄环环（（软软环环））宽宽度度，，宽宽环环外外径径——窄窄环环外外径径≥0.5，，宽宽环环内内径径≤≤窄窄环环内内径径－－0.5；；（2））泄泄漏漏量量与与摩摩擦擦副副端端面面宽宽度度关关系系不不大大（3））窄窄的的端端面面摩摩擦擦热热少少，，温温度度梯梯度度小小，，热热变变形形小小，，磨磨损损均均匀匀；；（4））从从受受力力角角度度出出发发，，窄窄的的端端面面整整体体强强度度和和刚刚度度差差，，易易损损坏坏或变变形形。。因因此此应应综综合合考考虑虑。。对对于于普普通通密密封封，，端端面面宽宽度度推推荐值值如如下下：：（三三））密封封端端面面宽宽度度2022/12/1333宽系列用于于组对性能能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、、工况况条件好的的场合窄系列用于于组对性能能欠佳（如如YG6/YG6、YG6/青铜）、饱饱和蒸气压压高、易挥挥发、颗粒粒介质，高高速机械密密封，（对对于轻烃介介质，在强强度够的情情况下，取取窄系列））。轴

径≤16≤35≤55≤70≤100≤120宽系列2.53.04.05.06.07.0中系列2.02.53.04.05.05.0窄系列1.52.02.02.53.03.02022/12/1334（１）平面面度0.0009，硬质Ｒａａ≤0.2，软质ＲＲａ≤0.4，表面不应有裂裂纹、划伤伤、气孔、、疏松等缺缺陷。（２）密封封环端面与与安装辅助助密封圈处处的平行度度、垂直度度按ＧＢ１１８８４－８００的７级精精度要求。。（３）安装装辅助密封封圈处粗糙糙度：Ｒａａ≤3.2，径向尺尺寸公差Ｈ８或ｈｈ８。上述要求是是对普通机机械密封而而言，对转转速较低的的釜用机械密封可可适当放宽宽标准，对对高速机封封要求更高高。（四）密封封环的主要要技术要求求2022/12/1335平面度0.0009，普通量具具无法检测测，通常利利用光波的的干涉效应来检检测。（1）光波的干干涉效应根据波动学学原理，两两波产生干干涉的条件件是：（a）两波在相遇遇点振向一一致；（b）两波具有相相同的频率率；（c）两波在相遇遇点有固定定的周相差差。（两个同同样的钠光光灯不行，只有有用同一光光源发出的的光设法分分成两束，，才满足相干条条件）（五）摩擦擦副端面平平面度检测测2022/12/1336满足相干条条件的两束束光的叠加加效果是：：在波程差差为波长整数倍的地地方，光强强度加强；；在波程差差为半个波波长的奇数数倍的地方，光光强度减至至零（变暗暗）。这就就是光的干干涉原理。。2022/12/1337（2）平面度检检测原理设入射角i=0，e为气膜厚度度（即是被被检测面上上点到平晶的距离）），λ为光波波长长，δ为光的波程程差，那么么δ=2e＋＋λ/2当δ=kλ时，被检测面上上点变暗；；δ=(2k＋1)λλ/2，被检测面上上点变亮；（其中k=0,1,2,3,4,…，k为整数）由以上公式式可以得出出下面结论论：（ⅰ）相邻邻两条光带带所对应两两点的气膜膜厚度差（（高度差））为λ/2，（（对于钠光灯灯λ=0.589µm，λ/2≈0.3µm）2022/12/1338（ⅱ）相邻两条光光带宽b=λ/2Sinθθ，（θ为空气膜倾倾斜角）（ⅲ）当e=0时，δ=λ/2（半波损失）），出现暗暗条纹；（1）合格格光带举例例2022/12/1339（2）平面面度检测器器（图2-3）平晶：由派派利克斯玻玻璃、熔凝凝水晶或折折射系数为为1.516的光学玻璃璃制造。表表面平面度度0.1µm(2级)，0.03µµm(1级)。光源:钠光光灯(λ=0.589µm)2022/12/1340密封端面承载载能力与表面面粗糙度有很很大关系，大大约有如下关系：（六）密封端面的粗粗糙度要求粗糙度3.20.80.40.2承载面积（%）4124095端面比压增加（倍）247.31.50.05由此可以看出出，密封端面面粗糙度应在在0.2以上，否则，端面比压比理理论值高的多多，结果是高高点接触，局局部压力很高高；由于摩擦擦副的硬度、、刚度的差异异，局部高点点发热甚至产产生裂纹。石石墨环表面磨磨出细微的环环状沟纹。泵泵的振动和动动、静环的不不同心会加剧剧这种磨损。。被磨掉的颗颗粒存在于端端面中，形成成磨粒磨损，，磨损加剧，，有时在泄漏漏的介质中可可以看到石墨墨黑浆。2022/12/1341非补偿动环（只旋转，不能能补偿，其后后无弹性元件件。)补偿动环（既旋转，又作作轴向补偿，，其后有弹性性元件。)（ⅰ）辅助密密封圈受轴向向力，轴向、、径向都起密密封作用，这这种密封方式较较为可靠。（ⅱ）辅助密密封圈只受径径向力，易产产生老化、冷冷流变形，从从而导致密封失失效。（ⅲ）波纹管：无作作轴向补偿的的辅助密封圈圈，因此，浮浮动性好，密封圈圈不易失效。。（七）动环（（旋转环）2022/12/1342非补偿静静环（不不旋转不不补偿））：主要要有三种种安装方方式：浮装式、、托装式式、夹固固式。补偿静环环（不旋旋转只补补偿）：：其辅助助密封圈圈情况和和补偿动环基基本一致致。（八）静静环(不旋转)2022/12/1343整体式（用同一种种材料制制造）、组合式式（如镶镶嵌）、、表面堆焊焊、表面面喷涂（九）密密封环的的种类2022/12/1344（十十））整整体体式式密密封封环环各个个部部位位性性能能均均匀匀一一致致，，最最常常用用的的有有：：石石墨墨、、SiC、钴基硬硬质质合合金金、、镍镍基基硬硬质质合合金金、、NiCr基硬硬质质合合金金、、陶陶瓷瓷等等。。2022/12/1345整体体环环价价格格高高，，加加工工困困难难，，因因此此出出现现组组合合式式密密封封环环。。组合合式式包包括括：：（ⅰⅰ））热热装装式式（ⅱⅱ））带带密密封封圈圈式式（（无无组组合合应应力力、、无无应应力力变变形形；；开开槽槽、、打打孔麻麻烦烦，，多多一一泄泄漏漏点点））（十十一一））组组合合式式2022/12/1346优点：：结构构简单单，性性能优优异，，价格格较低低，运运用较较多。。缺点：：（ⅰⅰ）因因过盈盈接触触不均均匀，，而产产生机机械变变形。。（ⅱ））两种种材料料线膨膨胀系系数不不一致致，当当温度度变化化时，过过盈量量变化化，会会产生生应力力变形形。（十二二）热热装式式密封封环2022/12/1347Δδ=δ－－Dp（α1－α2）ΔT式中Δδ：：工作温温度时时的过过盈量量δ：常温过过盈量量Dp：镶嵌直直径α1：座线胀胀系数数α2：环的线线胀系系数ΔT=工作温温度－－常温温（20。C）（YG6：：4.5××10－61/。C1Cr18Ni9Ti：16.6××10－61/。C3Cr13：11.5××10－61/。C）（1）在满足足传递递扭矩矩的情情况下下，取取最小小过盈盈值；；（十三三）热热装式式密封封环的的过盈盈值选选择2022/12/1348（2）由上上式，，当使使用温温度为为300°C时，对对YG6/1Cr18Ni9Ti，过盈量量为：：δ=Dp（16.6－4.5）××10－6×（300－20））=3.4×10－3Dp（以便记记忆））（3））长期放放置的的镶嵌嵌环，，使用用前要要检查查平面面度；；（4））对大直直径、、高转转速(环座座产生生离心心力)、弹弹性模模量小小的材质质(4J42、钛合金金)，，过盈盈量可可相应应大一一些。。（5））高温温200°°C以上少少用热热装式式结构构，否否则要要核算算过盈量。。2022/12/1349（1）材料料要求求（ⅰ））在工工作温温度下下耐介介质腐腐蚀（ⅱ））足够够的弹弹性（ⅲ））有一一定强强度(柔性石石墨因因强度度差，，使用用场合合受到到限制制)（ⅳ））耐磨磨（ⅴ））易加加工、、价格格低（2）种类类（ⅰ））按材材料分分：合合成橡橡胶、、聚四四氟乙乙烯、、柔性性石墨墨等；；（ⅱ））按截截面形形状分分：圆圆形、、矩形形、V形、楔楔形、、包四四氟形形等；；（十四四）辅辅助密密封圈圈2022/12/1350把轴或轴套的的运动方式(旋转)传递给动环，，一般是通过过键、紧定螺钉钉、传动螺钉钉、销、R槽、拨叉、弹弹簧、波纹管管等的组合来传传递运动。（1）紧定螺钉（（顶丝）传动动：在轴表面面划凹坑，否否则易打滑失效，特别别当直径较大大和温度较高高时。（2）键＋台阶传传动（3）拨叉传动（（一边开槽一一边伸爪）（4）并圈弹簧传传动（弹簧旋旋向必须和轴轴旋向一致））（十五）传动动机构的作用用2022/12/1351（5）销钉传动（6）凸耳传动（7）勾圈弹簧传传动（8）波纹管传动动（9）螺帽固定2022/12/1352（1）浮装式（可可以在轴向、、径向设计防防转销）（2）托装式(一般小扭矩可可不用销，要要注意端面垂垂直度)（3）夹固式(浮动性差，注注意端面垂直直度)（4）防抽空(前加卡环)（十六）静环防转方式式2022/12/1353螺旋压缩弹弹簧锥形弹簧：：轴向尺寸寸较小碟形弹簧：：轴向尺寸寸小波片弹簧：：轴向尺寸寸小并圈弹簧、、带勾弹簧簧：双功能能(弹力、传动动)波纹管：三三功能(弹力、传动动、密封)（十七）机械密封的的弹性元件件2022/12/1354橡胶波纹管管：用于中中性介质：：水、油，，压力、温温度都不高高的场合；聚四氟乙烯烯波纹管：：用于腐蚀蚀性介质，，酸、碱；；金属波纹管管：用于高高温、高速速(追随性好)。(十八)波纹管种类类2022/12/1355（1）制造采用厚度为为0.1-0.2mm的沉淀硬化化不锈钢薄薄带(AM350、0Cr17Ni17Ti、0Cr15Ni17Mo2Al、INCONEL-X-750及Ti合金、HasterlloyC-276等)冲压成截面面为S形的片状环环形件，再再焊接成型型(用微束等离离子焊)。沉淀硬化不不锈钢焊接接后须经热热时效处理理，将奥氏氏体转变为为马氏体，，并使马氏氏体中析出出金属化合合物，沉淀淀出硬化相相，从而获获得高强度度、较高的的塑性及屈屈强比（σS/σD＞0.8~0.9）。例：AM350热失效：真真空炉850°C进行淬火处处理，再进进行－80°C的低温处理理(制冷剂F12)，以达到增加加弹性、稳稳定尺寸的的目的。（十九）焊接金属波波纹管密封封2022/12/1356（2）特点焊接金属波波纹管密封封不用会产产生较小滑滑移的辅助助密封圈，，使用温度度范围广：：－200~600°C。高速下对轴轴的振动、、振摆适应应性强，追追随性好。。（3）弹率(刚度N/mm)k=ππEt3（d1＋d2）/2nB3·d2/d1E：工作温度下下弹性模量量（N/mm2）：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)、0.70×106(538°C)。2022/12/1357t：波片厚度mmn：波数d1/d2：管子内外径径mmB：波纹管片宽宽（d2－d1）/2公式中未考考虑波片断断面形状，，具有一定定误差，实实际生产中用弹弹簧测力计计测弹率(刚度)。。2022/12/1358三、机械密密封的计算算（一）补偿偿环的受力力状况要进行端面面比压计算算，首先要要分析补偿偿环的受力力情况。如图，补偿偿环受到的的力有：2022/12/1359（二）密封封端面中液液膜反力的的分布情况况在d2处，端面间间液膜压力力等于P介。在d1处，端面间间液膜压力力近似为零零。对于中中间分布情情况，各点点的压力分分布与介质质性质有关关，还与端端面中的相相态和摩擦擦状态有关关。对于丁烷等等(粘度小小、易汽化化介质)，，压力分布布成凸抛物物线状1。。对于水等(中等粘度度介质)，，压力分布布成直线性性2。对于润滑油油等(高粘粘度介质)，压力分分布成凹抛抛物线状3。2022/12/1360在d2处，端面间间液膜压力力等于P介。在d1处，端面间间液膜压力力近似为零零。对于中中间分布情情况，人们们通过大量量试验发现现，各点的的压力分布布与介质性性质有关，，还与端面面中的相态态和摩擦状状态有关。。对于丁烷等等(粘度小小、易汽化化介质)，，压力分布布成凸抛物物线状1。。对于水等(中等粘度度介质)，，压力分布布成直线性性2。对于润滑油油等(高粘粘度介质)，压力分分布成凹抛抛物线状3。2022/12/1361Fm=λP介S（液膜比压Pm=λP介）λ：膜压系数≈0.5（中粘粘度），=0.65～0.75（低低粘度），=0.3～0.4（高粘粘度）。它是一个平均均值，表示液液膜压力占介介质压力的比比例，并不表示压力力的分布情况况。该公式为为端面比压的的计算提供了方便。。S：端面面积S=π（d22－d12）/4（三）液膜反反力的计算2022/12/1362易汽化介质（（如液态烃等等）的机械密密封一直是石石化行业中较难解决决的问题，其其原因是膜压压系数不稳定定，因其在端面中的相态态和摩擦状态态不稳定。因因此弄清端面面间的压力分布，对于正正确计算液膜膜反力很有必必要。（四）易汽化化介质中密封封端面间的液液膜压力分布布2022/12/1363大家家都都知知道道，，对对于于轻轻烃烃类类介介质质，，端端面面缝缝隙隙中中存存在在气气液液两相相。。rb为汽汽化化半半径径，，此此处处液液膜膜压压力力=P饱和和（tp），，tp处温温度度最最高高。。r2～rb区域域，，液液膜膜压压力力成成线线性性分分布布，，液液相相rb～r1区域域，，液液膜膜压压力力成成抛抛物物线线分分布布，，气气相相对于于易易汽汽化化介介质质膜膜压压系系数数λ，中国国石石油油大大学学顾顾永永泉泉教教授授提提出出一一个个计计算算公公式式：：λ=2/3××/P1＋（（1/2－－1/6××Pf/P1）（（r2～rb）/(r2－r1)式中中：：Pf：rb处气气化化压压力力P1：介质质压压力力rb：气化化半半径径r2/r1：端面面外外半半径径/内内半半径径计算算值值一一般般在在0.70～0.85之间间。。2022/12/1364（1）端端面面几几何何尺尺寸寸，，由由上上面面公公式式可可以以看看出出。。（2）密密封封结结构构：：前前面面讲讲的的都都是是对对内内流流式式而而言言的的，，对对外外流流式式，，λ还要要增增大大0.2左左右右，，对对于于中中等等粘粘度度介介质质λ=0.7（3）摩擦擦状状态态：：边边界界摩摩擦擦（（端端面面多多个个高高点点直直接接接接触触承承压压。。液液膜膜厚厚度度只只有有几几个个分分子子厚厚，，且且不不连连续续，，几几乎乎不不承承压压，，只只起起润润滑滑作作用用，，λ=0）、、液体体摩摩擦擦（（全全液液膜膜，，泄泄漏漏量量大大，，机机械械密密封封一一般般不不采采用用））、、混混和和摩摩擦擦（（介介于于以以上上两两种种之之间间,这是是机机械械密密封封端端面面摩摩擦擦的的主主要要形形式式））（4）端端面面缝缝隙隙情情况况：：渐渐开开形形，，λ减小小；；渐渐收收形形，，λ增大大（5）其其他他因因素素：：转转速速高高，，对对于于内内流流式式λ减小小，，对对于于外外流流式式λ增大大。。此此外外端端面面比比压压、、密密封封面面温温度度、、粗粗糙糙度度等等都都有有一一定定影影响响。。（五五））膜膜压压系系数数的的影影响响因因素素2022/12/1365Pt=F弹/SF弹可计算得出出，但一般般有误差±±10%，这是由于于制造厂、、制造工艺、、原材料的的化学成分分、热处理理工艺等存存在差异的的缘故。一般Pt=0.15~0.2Mpa(内装)，0.3~0.6Mpa(外装)，反应釜中中，转速低，轴轴摆动大，，取大值。。（六）弹簧簧比压的计计算2022/12/1366介质压力对对补偿环的的有效作用用A面积与端面面面积S之比：K=A/S（七）载荷荷系数KK=（d22－d02）/（d22－d12）d0为介质分界界圆直径当K≥1时，机械密密封为非平平衡型；当K＜1时，机械密密封为平衡衡型；平衡系数β=100（1-K）%载荷比压：：P载=KP介2022/12/1367P=Pt+P载－P液膜=Pt+（K-λ）P介（内装式））对于双端面面机械密封封介质侧：：P液膜=P外＋λ（P内－P外）P载=KP内