機械密封的基本零件與材料(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 5）銷釘傳動（ 6）凸耳傳動（ 7）勾圈彈簧傳動（ 8）波紋管傳動（ 9）螺帽固定2023/3/8 星期一 53（ 1）浮裝式（可以在軸向、徑向設(shè)計防轉(zhuǎn)銷）（ 2）托裝式 (一般小扭矩可不用銷，要注意端面垂直度)（ 3）夾固式 (浮動性差，注意端面垂直度 )（ 4）防抽空 (前加卡環(huán) ) （ 十六 ） 靜環(huán)防轉(zhuǎn)方式 2023/3/8 星期一 54螺旋壓縮彈簧錐形彈簧：軸向尺寸較小碟形彈簧：軸向尺寸小波片彈簧：軸向尺寸小并圈彈簧、帶勾彈簧：雙功能 (彈力、傳動 )波紋管：三功能 (彈力、傳動、密封 ) （ 十七 ） 機械密封的彈性元件2023/3/8 星期一 55橡膠波紋管：用于中性介質(zhì)：水、油，壓力、溫度都不高的場合；聚四氟乙烯波紋管：用于腐蝕性介質(zhì)，酸、堿；金屬波紋管：用于高溫、高速 (追隨性好 )。 (十八 )波紋管種類2023/3/8 星期一 56（ 1） 制造 采用厚度為 (AM350、0Cr17Ni17Ti、 0Cr15Ni17Mo2Al、 INCONELX750及 Ti合金、Hasterlloy C276等 )沖壓成截面為 S形的片狀環(huán)形件，再焊接成型 (用微束等離子焊 )。沉淀硬化不銹鋼焊接后須經(jīng)熱時效處理，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，并使馬氏體中析出金屬化合物，沉淀出硬化相，從而獲得高強度、較高的塑性及屈強比（ σS/σD＞ ~）。例： AM350 熱失效：真空爐 850176。C進(jìn)行淬火處理，再進(jìn)行－80176。C的低溫處理 (制冷劑 F12)， 以達(dá)到增加彈性、穩(wěn)定尺寸的目的。（ 十九 ） 焊接金屬波紋管密封2023/3/8 星期一 57（ 2）特點焊接金屬波紋管密封不用會產(chǎn)生較小滑移的輔助密封圈，使用溫度范圍廣：－ 200~600176。C。 高速下對軸的振動、振擺適應(yīng)性強，追隨性好。 （ 3）彈率 (即剛度 N/mm) k=πEt3（ d1＋ d2） /2nB3d2/d1 E： 工作溫度下彈性模量（ N/mm2）： AM350： 10－ 6(176。C)、INCONEL： 10－ 6(176。C)、 10－ 6(649176。C)、177PH： 10－ 6(176。C)、Ti： 10－ 6(－ 196176。C)、 10－ 6(176。C)、 106(538176。C)。 2023/3/8 星期一 58t： 波片厚度 mmn： 波數(shù)d1/d2： 管子內(nèi)外徑 mmB： 波紋管片寬（ d2－ d1） /2公式中未考慮波片斷面形狀，具有一定誤差，實際生產(chǎn)中用彈簧測力計測彈率。 2023/3/8 星期一 59三、機械密封的計算 （一）補償環(huán)的受力狀況 要進(jìn)行端面比壓計算，首先要分析補償環(huán)的受力情況。如圖，補償環(huán)受到的力有：2023/3/8 星期一 60向左的：彈簧力 Ft、 介質(zhì)壓力所產(chǎn)生的作用力 Fp向右的：液膜反力 Fm、 靜環(huán)作用的端面支承力 F；摩擦力 R， 很小可以忽略；以上四力平衡，有 F=Ft＋ Fp－ Fm端面比壓 P=F/S （ S為端面面積）上面各項力的計算方法在后面章節(jié)再加以敘述。 2023/3/8 星期一 61（二）密封端面中液膜反力的分布情況2023/3/8 星期一 62在 d2處，端面間液膜壓力等于 P介。 在 d1處，端面間液膜壓力近似為零。對于中間分布情況，人們通過大量試驗發(fā)現(xiàn)，各點的壓力分布與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，還與端面中的相態(tài)和摩擦狀態(tài)有關(guān)。對于丁烷等 (粘度小、易汽化介質(zhì) )，壓力分布成凸拋物線狀 1。對于水等 (中等粘度介質(zhì) )，壓力分布成直線性 2。對于潤滑油等 (高粘度介質(zhì) )，壓力分布成凹拋物線狀 3。 2023/3/8 星期一 63Fm =λP介 S （ 液膜比壓 Pm=λP介 ）λ： 膜壓系數(shù) ≈（中粘度）， =～ （低粘度），=～ （高粘度）。它是一個平均值，表示液膜壓力占介質(zhì)壓力的比例，并不表示壓力的分布情況。該公式為端面比壓的計算提供了方便。S： 端面面積 S=π（ d22－ d12） /4（三）液膜反力的計算 2023/3/8 星期一 64易汽化介質(zhì)（如液態(tài)烴等）的機械密封一直是石化行業(yè)中較難解決的問題，其原因是膜壓系數(shù)不穩(wěn)定，因其在端面中的相態(tài)和摩擦狀態(tài)不穩(wěn)定。因此弄清端面間的壓力分布，對于正確計算液膜反力很有必要。 （四）易汽化介質(zhì)中密封端面間的液膜壓力分布2023/3/8 星期一 65大家都知道，對于輕烴類介質(zhì)，端面縫隙中存在氣液兩相。 rb為汽化半徑，此處液膜壓力 =P飽和 （ tp），tp處溫度最高。r2～ rb區(qū)域，液膜壓力成線性分布，液相rb～ r1區(qū)域，液膜壓力成拋物線分布，氣相對于易汽化介質(zhì)膜壓系數(shù) λ， 中國石油大學(xué)顧永泉教授提出一個計算公式：λ=2/3/P1＋（ 1/2－ 1/6Pf/P1）（ r2～ rb） /( r2 － r1)式中： Pf ： rb處氣化壓力 P1 ： 介質(zhì)壓力 rb： 氣化半徑 r2 /r1 ： 端面外半徑 /內(nèi)半徑計算值一般在 ～ 。 2023/3/8 星期一 66（ 1）端面幾何尺寸，由上面公式可以看出。（ 2）密封結(jié)構(gòu)：前面講的都是對內(nèi)流式而言的，對外流式， λ還要增大 ，對于中等粘度介質(zhì) λ=（ 3） 摩擦狀態(tài)：邊界摩擦（端面多個高點直接接觸承壓。液膜厚度只有幾個分子厚，且不連續(xù)，幾乎不承壓，只起潤滑作用， λ=0）、 液體摩擦（全液膜，泄漏量大，機械密封一般不采用）、混和摩擦（介于以上兩種之間 ,這是機械密封端面摩擦的主要形式）（ 4）端面縫隙情況：漸開形， λ減小；漸收形， λ增大（ 5）其他因素：轉(zhuǎn)速高，對于內(nèi)流式 λ減小，對于外流式 λ增大。此外端面比壓、密封面溫度、粗糙度等都有一定影響。 （五）膜壓系數(shù)的影響因素2023/3/8 星期一 67 Pt =F彈 /S F彈 可計算得出，但一般有誤差 177。10%，這是由于制造廠、制造工藝、原材料的化學(xué)成分、熱處理工藝等存在差異的緣故。一般 Pt =~(內(nèi)裝 )， ~(外裝 )，反應(yīng)釜中，轉(zhuǎn)速低，軸擺動大，取大值。 （六）彈簧比壓的計算2023/3/8 星期一 68介質(zhì)壓力對補償環(huán)的有效作用 A面積與端面面積 S之比。K=A/S （七）載荷系數(shù) K 2023/3/8 星期一 69K=（ d22－ d02） /（ d22－ d12） d0為介質(zhì)分界圓直徑當(dāng) K≥1時，機械密封為非平衡型；當(dāng) K＜ 1時，機械密封為平衡型；平衡系數(shù) β=100（ 1K） %載荷比壓： P載 =KP介2023/3/8 星期一 70P=Pt+P載－ P液膜 = Pt +（ Kλ） P介 （內(nèi)裝式）對于雙端面機械密封介質(zhì)側(cè)：P液膜 = P外 ＋ λ（ P內(nèi) － P外 ） P載 =K P內(nèi) ＋（ 1－ K） P外所以： P= Pt＋ K P內(nèi) ＋（ 1－ K） P外 －［ P外 ＋ λ（ P內(nèi) － P外 ） ］ = Pt＋ K P內(nèi) ＋ P外－ K P外 － P外 － λ（ P內(nèi) － P外）= Pt＋ K（ P內(nèi)－ P外 ）－ λ（ P內(nèi) － P外）= Pt＋（ K－ λ） （ P內(nèi) － P外）= Pt＋（ K－ λ） ΔP（八）端面比壓 2023/3/8 星期一 71端面比壓的選取原則：（ 1）必須高于彈簧比壓；（ 2）必須大于介質(zhì)在端面溫度升高時的飽和蒸汽壓；在保證以上條件下，盡量取小值，以防端面發(fā)熱，破壞液膜，加劇磨損，功率消耗增大，密封使用壽命減短。同時考慮以下原則：（ 1）對自潤滑性好的組對（ M106K/SiC、 YG6/ SiC、 M106K/YG6）可以取稍大值 (因液膜不易被破壞，摩擦系數(shù)不易增加。 )。（ 2）對于外裝式機械密封，可以取稍小值（因介質(zhì)比壓很小，而 Pt不可能很大。）。（ 3）對于高粘度介質(zhì)，取稍大值（以保持端面貼合）。（ 4）易揮發(fā)介質(zhì)（飽和蒸汽壓高）稍小值（以減少溫升）。 2023/3/8 星期一 72推薦的端面比壓值 因素 程度 內(nèi) 裝 式機械密封外 裝 式機械密封飽和蒸汽壓 接近水比水低 ~ ~比水高 ~ ———粘度 比水高 ~ ~比水低 ~ ~摩擦副材料 其中一個為塑料 ~ ~匹配的硬 /硬 ~ ~匹配的硬 /軟 ~ ~2023/3/8 星期一 73端面比壓中有一項 K， K=A/SA： 介質(zhì)有效作用面積， A=π（ d22－ de2） /4， de為有效直徑。 S： 密封端面面積 S=π（ d22－ d12） /4（九）波紋管的有效作用直徑 de2023/3/8 星期一 74（ 1）金屬波紋管內(nèi)裝內(nèi)流式： deo=（ di＋ do） /2－ Z外裝外流式： dei=（ di＋ do） /2＋ Z修正系數(shù) Z= （ 2）聚四氟乙烯波紋管矩形波： de=［（ di2＋ d o2） /2］ 1/2鋸齒波： de=［（ d i2＋ d o2＋ d i d o） /3］ 1/2橡膠波紋管 de無法準(zhǔn)確計算，一般由試驗獲得。 2023/3/8 星期一 75密封端面的摩擦熱同時取決于壓力和速度。密封端面的性質(zhì)要考慮 P、 V的乘積，即 PV值。 PV值過大：液膜氣化，密封失效，端面嚴(yán)重磨損。因此對一定摩擦系數(shù)的端面材料組對，對某種介質(zhì)有一許用PV值。P： 端面比壓 V=π（ d1＋ d2） n/12010－ 3PV＜［ PV］（十） PV值2023/3/8 星期一 76各種組對在非平衡型機械密封中的許用［ PV］ 值SiC/石墨SiC/SiCWC/石墨WC/WCWC/填充 PTFEWC/青銅Al2O3/石墨Cr2O3噴涂 /石墨Stellite/石墨180 7~15 5 2 3~ 15 3~92023/3/8 星期一 77四、機械密封用材料（一）摩擦副材料要求摩擦副是機械密封的主要零件，其性能好壞在很大程度上決定密封性能，因此對材料有一定的要求：（