1、機械密封端面比壓的確定潤滑油作業部許松濤2007年11月2日機械密封端面比壓的確定摘要：泵是石油化工企業最主要和常見的機械設備，由于工藝條件的要求，以及人們經濟意識和環保意識的提高，近年來泵密封的泄漏越來越受到關注。泵的密封是防止介質從泵軸周圍的間隙處泄漏，或空氣從間隙處侵入泵體。機械密封作為石化企業泵最常見的密封形式，占重要地位，機械密封的端面比壓是影響密封性能和使用壽命的最主要因素之一。文章結合實際工作中機械密封的安裝及維修情況，對密封的端面比壓在計算、校核中的一些問題進行分析，以便于確定壓縮量，能對機械密封的使用情況有所改善。關鍵詞：機械密封端面比壓分析1.機械密封工作原理及常見結構型式

2、機械密封是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。1、靜止環（靜環）2、旋轉環（動環）3、彈性元件4、彈簧座5、緊定螺釘6、旋轉環輔助密封圈7、防轉銷8、靜止環輔助密封圈9、固定壓蓋圖1機械密封結構示意圖常用機械密封結構如圖1所示。旋轉環和靜止環往往還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環或非補償環。機械密封中流體可能泄漏的途徑有如圖1中的A、B、C、D四個通道。C、D泄漏通道分別是靜止環與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封。B通道是旋轉環與軸之間的密封，當端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環沿軸向作微

3、量的移動，實際上仍然是一個相對靜密封。因此，這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環的旋轉環或靜止環輔助密封，有時采用兼備彈性元件功能的橡膠、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結構。A通道則是旋轉環與靜止環的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關鍵。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，必須嚴格控制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩定的潤滑液膜，會加速端面的磨損；壓力過小，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設計和安裝機械密封時，一定要保

4、證端面單位面積壓力值即端面比壓在最適當的范圍。機械密封的結構型式很多,分類方法也各有差別,通常是根據結構特點進行分類。機械密封的分類主要是根據摩擦副的對數，彈簧與介質接觸與否，介質在端面上引起的比壓情況，彈簧的個數，彈簧的運轉和靜止，以及介質的泄漏方向等來加以區別，以便合理的選擇機械密封的結構型式，最大限度的發揮其結構特點和工作特性，滿足長期穩定、安全、可靠的密封性能。機械密封的結構型式有以下幾種：單端面與雙端面。單端面系在密封結構中僅有一對摩擦副，雙端面即在密封結構中有兩對摩擦副，且兩對摩擦副處于相同封液壓力作用下。雙端面適用范圍比較廣，適用于強腐蝕、高溫、帶懸浮顆粒及纖維的介質、氣體介質、

5、易燃易爆介質、易揮發粘度低的介質、高真空、貴重物料及要求介質與空氣隔絕切允許內漏的情況；單端面只適用于一般場合，理論上單端面不可能完全消除介質的泄漏，但單端面與其它輔助裝置并用時也能起到良好的密封作用，且其結構簡單，在制造和拆裝上較容易，因而使用很普遍。內裝式與外裝式。內裝式是彈簧置于工作介質之內；外裝式是置于工作介質之外。外裝式的特點是機械密封零件不與介質接觸且暴露在設備外，便于觀察及維修安裝。但是由于外裝式的介質作用力與彈簧作用力相反，當介質壓力有波動時，彈簧力余量可能調節不及時，會出現密封不穩定以致產生泄漏。一般情況下內裝式的介質泄漏方向與離心力方向相反，泄漏情況較外裝式為好，內裝式受力

6、情況較好，端面比壓較小，容易形成液膜，切端面比壓隨介質壓力增大而增大，因而增加了密封的可靠性，使用較普遍。平衡型與非平衡型。根據介質壓力在端面上所引起的比壓的卸載情況，可將密封分為平衡型與非平衡型，不卸荷的稱非平衡型；卸荷的稱平衡型。單彈簧與多彈簧。單彈簧又稱大彈簧，即是在密封裝置中僅有一個彈簧與軸同心安裝；多彈簧又稱小彈簧，即是在密封裝置中有數個彈簧沿圓周均勻分布。一般負荷輕而且大量生產的密封以采用單彈簧為佳，少量生產且在嚴格的條件下使用時，則多采用多彈簧。旋轉式與靜止式。旋轉式即是彈簧裝置隨軸轉動；靜止式即是彈簧裝置不轉動。一般的機械密封都采用旋轉式，因為彈簧裝置及軸的結構簡單，徑向尺寸小

7、。高轉速情況下，彈簧及其它零件產生的離心力很大，動平衡要求高。內流式與外流式。介質沿半徑方向從端面外周向內漏者稱內流式；介質沿半徑方向從端面內周向外泄漏者稱外流式。內流式的泄漏方向與離心力方向相反，離心力阻礙著流體的泄漏，因而內流式泄漏量比外流式小。對于有固體顆粒的情況尤其應該采用內流式，這樣可防止固體顆粒進入摩擦面。2.端面比壓及計算中的問題端面比壓即密封兩端面上單位面積所受到的壓力，端面比壓是衡量密封性能的重要參數，端面比壓過大，將造成摩擦面發熱，磨損加劇和功率消耗增加；比壓過小，易于泄漏，密封破壞。對端面比壓的要求有：端面比壓不能小于端面間液膜的反壓力，否則密封面會打開。端面比壓不能小于

8、端面間溫度升高時的物料或沖洗介質的飽和蒸氣壓，否則介質開始蒸發。使液體薄膜在允許泄漏量最小的條件下保持在摩擦面上起潤滑作用。要計算端面比壓首先必須分析兩端面間介質壓力的分布規律，下圖是一般內裝式密封的壓力分布簡圖：介首先分析液膜形成的推開力R:R=JG2兀rdrPrr1Pr密封面上半徑r處的壓力r假設摩擦副內壓力按直線分布，則：得到：P平均2r+r/213+r21Pr_r一r=P1介rr21代入上式得到：兀R=P(r-r)(2r+r)=兀(2r2)P丁介212121平均則平均2r+r九=/213r+r21彈介對軸徑d=50150毫米，接觸面寬度為5毫米算出0九二0.5070.519。在一定范圍

9、內取九=0.5,產生的誤差是不大的。就有：P平均=九P=0.5P介介其次進行動環受力分析，見下圖內裝式（部分）平衡型密封動環受力圖圖3彈介壓緊力：F=P=62D2)F=P二62d2)介介420推開力：R=P.62D2)平均421輔助密封圈上產生的與動環運動方向相反的摩擦力數值不大，在此計算中忽略不計。所以動環上所受的合力：F+FR所以端面比壓：將各值代入，得到：(d2d2)今./_2口二令匕2D2丿21負荷面積二K接觸面積內2d2202一D221)-內為載荷系數，它表示介質產生的比壓加到摩擦副上的載荷程度。當K內21時為非平衡型；當0VK內VI時為部分平衡型；當K內W0時為全平衡型。對于平衡型

10、或者部分平衡型密封，要使K內V1,必須有dD,因此當軸在密封安裝處沒有軸肩時，需要一個尺寸、01材質等方面合乎要求的軸套來滿足這個條件。根據以上公式，要計算或者校核密封的端面比壓，需要的數據有.P介一一密封介質的壓力，公斤/厘米2；P彈彈簧比壓，公斤/厘米2；D2密封環接觸端面外徑，厘米；D1密封環接觸端面內徑，厘米；d0軸(套)徑，厘米；其中.D2、D、d0為實際測量數據，即針對具體的泵，可以測量得出。7彈的值可以由廠家提供，不過多彈簧密封時還要考慮彈簧并聯時彈性系數的計算。而佇的數值，對于一般單端面機械密封的離心泵佇可以認為是泵的入口壓力，對于雙端面的密封，73介科研認為是中間密封罐的壓力，對于某些采用自體密封的泵，就要根據引出管的位置來確定了，如入口、某級葉輪或者出口壓力，一般入口和出口的壓力較易得到，當引出管從多級泵的某一級葉輪引出時，情況就比較麻煩，需要實測或者安裝壓力表來得到具體數值了。以上是計算或者核算機械密封端面比壓的方法，端面比壓的重要性每個人都知道，有實際經驗顯示，如果機械密封安裝合適，在較長的使用周期中，不會或者很少泄漏，而正確選擇摩擦副材料和比壓的機械密封可以使用25年，最長有用到9年以上的。但是在實際工作中，可能由于各種原因，一般密封都會在不太理想的周期內出現問題，其中