密封基础资料

目录

一、机械密封原理.......................................................1

（-）定义（图1-1）.................................................................................1

（二）组成............................................................................................1

（三）密封机理......................................................................................2

（四）辅助设施......................................................................................2

（五）机械密封的种类................................................................................2

（六）旋转式和静止式机械密封（图1-2）..............................................................2

（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）..............................................................3

（A）内流式和外流式机械密封（一般和内装式、外装式一致）..........................................3

（九）多弹簧和单弹簧机械密封........................................................................3

（十）平衡型和非平衡型机械密封.....................................................................4

（十一）补偿机构形式................................................................................4

（十二）双端面机械密封（图1-4）....................................................................4

（十三）串联式机械密封（图1-5）....................................................................5

（十四）波纹管机械密封..............................................................................5

（十五）集装式机械密封（图1-6）....................................................................5

二、机械密封的基本零件.................................................5

（-）对摩擦副密封环的要求..........................................................................5

（-）摩擦副匹配要考虑的因素........................................................................6

（三）密封端面宽度.................................................................................6

（四）密封环的主要技术要求..........................................................................6

（五）摩擦副端面平面度检测..........................................................................6

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。...............................................7

（六）密封端面的粗糙度要求............................................................................8

（七）动环（旋转环）................................................................................8

（八）静环（不旋转）...................................................................................8

（九）密封环的种类..................................................................................8

（十）整体式密封环..................................................................................8

（H-一）组合式......................................................................................9

（十二）热装式密封环................................................................................9

（十三）热装式密封环的过盈值选择...................................................................9

（十四）辅助密封圈.................................................................................10

（十五）传动机构的作用.............................................................................10

（十六）静环防转方式..................................................................................10

（十七）机械密封的弹性元件............................................................................10

（十八）波纹管种类....................................................................................11

（十九）焊接金属波纹管密封...........................................................................11

三、机械密封用材料....................................................11

（-）摩擦副材料要求...............................................................................11

（-）制造摩擦副的常用材料.........................................................................12

（三）碳石墨........................................................................................12

（四）硬质合金wc.................................................................................12

（五）SiC陶瓷......................................................................................13

（六）A12O3陶瓷及其他陶瓷介绍....................................................................14

（七）表面堆焊硬质合金.............................................................................14

（A）作摩擦副的金属材料...........................................................................15

（九）填充聚四氟乙烯...............................................................................15

（十）辅助密封圈材料要求...........................................................................16

（-1"■一）合成橡胶...................................................................................16

（十二）柔性石墨（也称膨胀石墨）...................................................................16

（十三）弹性元件材料...............................................................................16

（十四）机械密封中基体材料.........................................................................17

四、机械密封辅助系统...................................................17

（-）为什么机械密封要采用辅助系统................................................................17

（二）什么是辅助系统...............................................................................18

（三）自冲洗的形式.................................................................................21

（四）循环冲洗.....................................................................................22

（五）注入式冲洗...................................................................................24

（六）冲洗液进入密封腔的方式.......................................................................28

（七）冲洗量的确定.................................................................................29

（A）冲洗量的控制.................................................................................30

（九）冲洗压力的确定...............................................................................31

（十）密封腔中压力的确定...........................................................................31

（十一）对冲洗流体的要求...........................................................................31

（十二）热油泵的冲洗液选择.........................................................................32

（十三）烷基化装置中浓硫酸泵的冲洗液的选择........................................................32

（十四）辅助设施在何种工况下必须选用：............................................................33

五、机械密封性能的影响因素.............................................33

（一）密封性的影响因素................................................................................33

（二）机械密封端面的摩擦状态.......................................................................33

（三）载荷系数对密封性能的影响....................................................................34

（四）弹簧比压对密封性能的影响....................................................................34

（五）端面粗糙度对密封性能的影响..................................................................35

（六）端面间缝隙形状对密封性能的影响..............................................................35

（七）产生端面不平行的原因.........................................................................36

（A）密封端面的机械变形...........................................................................36

（九）密封端面的热变形.............................................................................36

（十）影响机械密封性能的其他因素..................................................................37

六、石化行业典型泵的密封...............................................38

（-）石化行业高温泵（热油泵）密封分析...............................................................38

（二）轻烧泵密封分析...............................................................................39

（三）低温泵密封分析...............................................................................40

（四）高速机械密封.................................................................................41

七、机械密封的安装和使用...............................................41

（-）安装机封的泵的技术要求......................................................................41

（二）安装密封前要了解泵及介质情况...................................................................42

（三）机械密封的安装...............................................................................42

（四）泵的抽空和汽蚀...............................................................................43

八、机械密封失效机理分析...............................................43

九、机械密封故障分析...................................................57

（-）摩擦痕迹大于端面宽度.........................................................................57

（二）摩擦痕迹小于端面宽度.........................................................................57

（三）硬环上无摩擦痕迹.............................................................................58

（四）石墨端面出现均匀的环状沟纹..................................................................58

（五）石墨端面中间产生环状深沟....................................................................58

（六）石墨内缘磨损.................................................................................58

（七）石墨环台阶过早全磨掉.........................................................................59

（A）石墨环外缘出现缺口...........................................................................59

（九）石墨环断裂...................................................................................59

（十）石墨环出现蚀坑（大小不等1~5mm,形状不规则）....................................................59

（H—）硬质合金表面灼伤和裂纹....................................................................60

（十二）其他故障简介...............................................................................60

（十三）泵抽空密封失效现象.........................................................................61

（十四）密封腔中汽蚀，密封失效现象................................................................61

（十五）密封端面汽化的失效现象....................................................................61

（十六）泵振动过大的失效现象.......................................................................61

（十七）没有冲洗的故障现象.........................................................................62

（十八）动环选材注意事项...........................................................................62

序言

机械密封最早于1885年在英国发明并获得专利，首先获得应用是在20世纪20年代的冷冻机装置上，同时出

现了研究和生产机械密封的专业公司（英国的Crane公司、德国的Pacific公司等）。1930年以后，机械密封用于

内燃机水泵的轴封，此时，PV值达到了3.1MPa・m/s。19397945年由于石油化学工业的发展，石墨、陶瓷、硬

质合金等材料在机械密封动、静环制造中获得应用，同时粗糙度的控制水平有了提高，PV值达到了15MPa・m/s。

1956年出现了平衡型密封和中间环密封，PV值达到了30MPa-m/so1959年PV值达到了80MPa•m/s。1961-1963

年由于原子能工业的要求，在结构上出现了流体动压密封和流体静压密封，PV值达到167Mpa•m/s,1969年达

到266MPa•m/s。1971~1974年由于宇航和核电方面的要求，在结构上出现了多级密封，在材料上出现了碳化硅

和不同浸渍石墨，PV值达到360MPa•m/s。1977年由于核电等特殊需要采用螺旋一机械组合密封，改进的中间

浮动环密封，机械浮环组合密封，PV值达到500MPa•m/s。1980T990年，出现了无泄漏密封、热流体动力楔密

封和上游泵送密封。1990年以后，机械密封的PV值达到了5700MPa•m/s。

我国在1966年以后才相继出现研究和生产机械密封的专业机构（天津克兰），目前已有四十年历史，在普通

机械密封领域技术及产品日趋成熟，大部分地方己能替代进口产品，性能接近国外产品。目前国内具有规模的研

究、生产厂家已有十余个，并在高参数密封及新技术方面取得一定突破。1975年机械工业部颁布《泵用机械密封

标准》，1978年化工部颁布《釜用机械密封标准》，1993年国家颁布了GB/T14211-1993《机械密封试验方法》，

1999年国家机械工业局修订了《机械密封技术条件》和《机械密封分类方法》，为机械密封产品接近国外产品提

供了保证。

机械密封广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、医疗、电力、纺织、环保等诸多领域。

机械密封具有性能好、使用寿命长、运转可靠等特点，是现代企业流体输送机械应用最广、最有前途的密封

形式，对于减少环境污染、节约能源具有重大意义。

一、机械密封原理

（-）定义（图1-1）

图1-1机械密封基本结构（旋转式）

1一补偿环2—补偿环辅助密封圈3-弹簧4—舞K座

5—紧固螺钉6—非补偿环7—非补偿环修购翻幄蚓

8―防转销

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。

（二）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0型圈、V型圈、楔形圈等

（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，两个摩擦福之间有相对转动）

泄漏点2--------补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封；（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，依靠密封圈的过盈量实现密封；（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，依靠密封圈的过盈量实现密封；（静密封点，密封圈与相配合件之间

相对静止）

2、传动关系

轴或轴套—紧固螺钉5一弹簧座4—弹簧3—补偿环1

压盖——防转销8一非补偿环6

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。

（四）辅助设施

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。

（五）机械密封的种类

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

（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，而

且消耗搅拌功率，所以不能用于告速）

（2）静止式：补偿机构（弹性元件）不随轴旋转。（用于高速）

2

bl.

图1-7就转式与静止式机橄西封

Q施依.瓣劫禽机械由豺b）旋转、非清更大帆惊6时

雷动/机械•封d）》止.非相■由武机蛀旃始

（七）内装式和外装式机械密封（图1-3）

bJ

图】T内混式与分装武仇械变时

。，内蔡、簧#贪6内筋.静止立

c）外奘、解他式d）外展.的止犬

（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

（八）内流式和外流式机械密封（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）

（九）多弹簧和单弹簧机械密封

（1）多弹簧：（有叫小弹簧，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。

3

（2）单弹簧：（有叫大弹簧，轴向尺寸大，轴向弹力不均匀）不宜用于高转速的场合。

（十）平衡型和非平衡型机械密封

（1）平衡型：载荷系数K<1.0（用于高压场合）

（2）非平衡型：裁荷系数K21.0（用于普通压力场合）

（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

（十二）双端面机械密封（图1-4）

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.

「i'Ji：

国工厂说联航唐拼

，"一..•.••••...

4

（十三）串联式机械密封（图1-5）

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。

（十四）波纹管机械密封

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，而且避免了补偿环密

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。

（十五）集装式机械密封（图1-6）

'塞蒙式密搏了二

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。（一般挡块厚度为弹簧压缩量，从外部易于观测）

二、机械密封的基本零件

（-）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

5

（-）摩擦副匹配要考虑的因素

（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AU（0・4~0・6）以利补偿

静环和轴（轴套）间隙卜3mm以免摩擦

（三）密封端面宽度

（1）主要决定窄环（软环）宽度，宽环外径一窄环外径20.5,宽环内径W窄环内径一0.5；

（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：

轴径W16W35W55W70<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1.52.02.02.53.03.0

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,

（对于轻嫌介质，在强度够的情况下，取窄系列）。

（四）密封环的主要技术要求

（1）平面度0.0009,硬质RaWO.2,软质RaWO.4,表面不应有裂纹、戈U伤、气孔、疏松等缺

陷。

（2）密封环端面与安装辅助密封圈处的平行度、垂直度按GB1184—80的7级精度要求。

（3）安装辅助密封圈处粗糙度：RaW3.2,径向尺寸公差H8或h8。

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。

（五）摩擦副端面平面度检测

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）

6

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。

（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），人为光波波长，6为光的波程差，那么

8=2e+X/2

当6=k入时，被检测面上点变暗；

S=（2k+1）X/2,被检测面上点变亮；（其中k=0,l,2,3,4,…，k为整数）

由以上公式可以得出下面结论：'

（i）相邻两条光带所对应两点的气膜厚度差（高度差）为入/2,（对于钠光灯入=0.589Wn,X/2^0.3Pm）

（ii）相邻两条光带宽b=X/2Sin0,（0为空气膜倾斜角）

（iii）当e=0时，6=X/2（半波损失），出现暗条纹；

（1）合格光带举例

图77平囱度检洸仪向透视

I一枚或杯2―平晶A加光灯

4一用玻度5—反胡俣〜稔也刿

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0.1四（2级），0.03pm（1

7

级）。

光源:钠光灯（入=0.589Pm）

（六）密封端面的粗糙度要求

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:

精车磨加工研磨抛光

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，密封端面粗糙度应在0.2以上，否则，端面比压匕匕理论值高的多，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。

（七）动环（旋转环）

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。）

（i）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。

（ii）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。

（皿）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。

（八）静环（不旋转）

gt-22非补信环的理式

乔赛Kb）托共式OSESA

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。

（九）密封环的种类

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

（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、钻基硬质合金、银基硬质合金、NiCr基硬质合金、陶瓷

8

等。

(十一)组合式

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：

(i)热装式

(ii)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)

(十二)热装式密封环

优点：结构简单，性能优异，价格较低，运用较多.

缺点：(i)因过盈接触不均匀，而产生机械变形。(ii)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。

(十三)热装式密封环的过盈值选择

△8=8—Dp(ai—a2)△T

式中A6：工作温度时的过盈量6:常温过盈量Dp：镶嵌直径

a1：座线胀系数a2：环的线胀系数AT=H作温度-常温(20°C)

(YG6：4.5X10-b1/°ClCrl8Ni9Ti：16.6X10-61/°C3Crl3：11.5Xio_6l/°C)

(1)在满足传递扭矩的情况下，取最小过盈值；

(2)由上式，当使用温度为300°C时，对YG6/lCrl8Ni9Ti,过盈量为：

6

8=Dp(16.6-4.5)X10-X(300-20)

9

-3

=3.4X10Dp（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200°C以上少用热装式结构，否则要核算过盈量。

（十四）辅助密封圈

（1）材料要求

（i）在工作温度下耐介质腐蚀（ii）足够的弹性（iii）有一定强度（柔性石墨因强度差，使用场合受到限制）

（iv）耐磨（v）易加工、价格低

（2）种类

（i）按材料分：合成橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨等；

（ii）按截面形状分：矩形、V形、楔形、包四氟形等；

（十五）传动机构的作用

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）

（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

（十六）静环防转方式

（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）

（十七）机械密封的弹性元件

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）

10

(十八)波纹管种类

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)。

(十九)焊接金属波纹管密封

(1)制造

采用厚度为0.1-0.2mm的沉淀硬化不锈钢薄带(AM350、0Crl7Nil7Ti.0Crl5Nil7Mo2AKINCONEL-X-750

及Ti合金、HasterlloyC-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(OS/OD>0.8~0.9)。

例：AM350热失效：真空炉850°C进行淬火处理，再进行一80°C的低温处理(制冷剂F12),以达到增加

弹性、稳定尺寸的目的。

(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：一200~600。Co高速下对轴的振

动、振摆适应性强，追随性好。

(3)弹率(即刚度N/mm)

33

k=nEt(di+d2)/2nB•dz/di

2—6—6

E：工作温度下弹性模量(N/mm)：AM350：1.75X10(315.6°C)、INCONEL：2.14X10(26.7°C)>1.59

X10b(649°C)、17-7PH：2.0X10—%21.1°C)、Ti：1.31X10b(-196°C)、1.14X10b(23.9°C)、0.70X1Q-

6

(538°oC)o

t：波片厚度mm

n：波数

di/d2；管子内外径mm

B：波纹管片宽(d2—山)/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。

三、机械密封用材料

(-)摩擦副材料要求

摩擦副是机械密封的主要零件，其性能好坏在很大程度上决定密封性能，因此对材料有一定的要求：

(1)耐蚀性：有良好的化学稳定性，能抵抗介质的腐蚀、磨蚀、溶解和溶胀。

(2)物理机械性能：较高的弹性模量(E=。(应力)八(应变)，刚度=力/变形)、强度及许用［PV］值,

低的摩擦系数和线膨胀系数，优良的耐磨性、自润滑性以及良好的不渗透性等。

(3)热力性能：很好的导热性、耐热性、耐寒性和耐温度的急变性。

(4)材料来源方便，易加工，成本低廉。

II

（二）制造摩擦副的常用材料

硬质合金

工程陶瓷（AI2O3陶瓷、AL03金属陶瓷、Si-M陶瓷、铭钢玉陶瓷、碳化硼陶瓷、喷涂陶瓷、SiC、可切削微

晶玻璃）

碳石墨

填充聚四氟乙烯

金属材料：铸铁类及铜合金也有铭钢淬火材料

下面分别予以讨论。

（三）碳石墨

1、特点

（1）具有较高导热性，（碳导热系数为20~40W/m・k,石墨为40~128W/m•k,）是非金属中导热最好的材料,

仅次于银、铜、铝，比Hasterlloy好。

（2）具有低的线膨胀系数（2~6X10-6/℃）,是金属的1/2~1/4。

（3）具有良好的耐腐蚀性，在空气中400℃以下稳定，除强氧化性介质（如王水、铭酸、浓硫酸及卤族元素）

外，可耐其它酸、碱、盐及一切有机化合物的腐蚀，其耐蚀程度随石墨的种类和浸渍剂的不同而异。

（4）具有极好的自润滑性和低的摩榛系数，那是因为石墨和其它材料组对时，石墨转移到其它材料表面，形

成石墨和石墨相对摩榛。石墨和金属摩橡系数为0.04-0.05,在全液润滑条件下，f=0.008~0.01o因此它的组对性

能好。

（5）石墨的抗拉强度较低，抗压强度较高，属脆性材料由于硬度较低，被广泛用作软环，易于加工。

缺点是气孔率大，一般在18%〜22沆实际应用石墨都必须是侵渍过的，以堵塞气孔，提高密封性。

2、石墨的种类

石墨是采用焦炭粉和石墨粉，用沥青作粘结剂，模压成型，置于高温中焙烧而成。根据所用原料和烧结温度与

时间的不同，可以制成不同物理机械性能的石墨。一种为碳素石墨，用Ml表示，一种是电化石墨，用M2表示

（材料组分不一样，M2还需2400~2800℃高温石墨化处理）。还有一种是树脂碳石墨：烧结石墨粉碎后，用树脂

作粘结剂，混和后压制烧结而成（M3）。

Ml：质硬而脆，导热系数低，加工困难。

M2：质软，强度低，自润滑性好。

M3：[PV]值不高，价格便宜，石化行业较少采用。

3、石墨浸溃剂种类

一般浸渍后，成为不透气制品，对导热性无明显影响，但强度、硬度有很大提高。常用浸渍剂有：环氧树脂

（H）、吠喃树脂（K）、酚醛树脂（F）、巴氏合金（B）、铝合金（L）、铜合金（P）、锦合金（D）、银合金（G）»

F：耐酸性好H：耐碱性好K：酸碱都耐〈200℃浸金属：耐高温

（四）硬质合金WC

1、金属碳化物WC熔点非常高，要制成产品，用普通的冶炼方法行不通。通常把它制成粉末，混以熔点较

低的金属（Co、Ni等），压制成型，高温烧结，较低熔点金属熔化，将WC粘结成一个整体，制成硬质合金.

2、硬质合金具有以下优良性能：

（1）硬度高HRA87〜94（洛氏硬度），耐磨粒磨损，是悬浮颗粒介质的理想摩擦副。

附：布氏硬度HB、洛氏硬度HRA（软卜HRB（中卜HRC（硬）、维氏硬度HV比较

HRCHRAHRBHBHV

12

2060.299216230

(20〜65)70〜83.6(60〜100)99〜137105〜237

检测硬度由大到小

(2)抗弯强度高1