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机械密封设计与计算

发布单位:安徽华力泵业有限公司 发布人:管理员 发布时间:2020-2-6 10:23:16 关注度:504

化工泵要应对各种酸碱腐蚀、结晶、温度变化等恶劣工况,所以在泵阀行业中属于技术含量较高的一种产品。而化工泵运行性能其决定性作用的则是化工机械密封的性能。华力泵业历经多年潜心研究,把重点放在了密封部件的研发与创新之上,使之可以应对不同工况,从而提高化工泵整体性能。

机械密封的摩擦副(密封副)主要由动、静环组成,有时还有中间浮动环。

1)对摩擦副密封环的设计要求! 根据机械密封的工作特点和要求,应考虑下列问题:

1)摩擦副(密封副)的材料应选用该条件下摩擦和磨损量最少且耐腐蚀的并允许干摩擦(至少允许能在短时间内干摩擦)的材料。

2)选材时若比压或pv值超过允许值,则可采用减小面积比(采用平衡型密封)的办法。但必须注意随着面积比的减小,密封的可靠性下降,因为在缝隙内流体膜压作用下密封面有开启失效的可能性。

3)结构设计时应尽可能减小密封面平均直径,以降低周速和摩擦副温度。

4)摩擦副中软材料环的密封面宽度应比硬材料环窄,以免硬环对磨时陷入软环引起密封面剥落或强烈的磨损。软、硬环密封面宽度差对于轴径为5~150mm 的密封,其值为1~4mm。硬对硬的摩擦副的环宽可以相同,也可以不同,因为磨损极微,不致于互相嵌入。

5)随着密封宽度的减小,摩擦副内摩擦热减少而使散热性改善。此外,密封面的磨损也比较均匀,缝隙有效高度也会随之而减小。这样减小密封面宽度比较合理,但是太窄的密封面损坏的危险性增大(进入磨粒、出现擦伤、冲蚀磨损),局部强度下降和承磨突台的刚度下降。塑料的导热性差,宽度对温度有影响,因此塑料环宽应小于一般石墨环。气体端面密封由于磨粒对密封面损伤可能性较小,可以比液体端面密封宽度取得小些。但当气体端面密封承载能力较小时,宽度宜取大值。流体动压密封因为开槽,其宽度比普通机械密封大,流体静压密封的宽度比前两种密封更大,因为它是由力平衡和允许泄漏量来确定的。

6)密封环的断面形状和定位方式应保证密封面变形量最小,形状尽可能趋向矩形或方形断面。脆性材料环要注意过渡断面处应是均缓过渡,圆角半径为 1~3mm ,这样做,强度要比尖角过渡大一倍。

7)摩擦副组装时其定位和固装方式都有所不同,取决于密封的工作参数和结构,可以采用镶嵌、粘接、箍装等方式。

8)选择静、动环时,考虑动环的给热系数比静环大,因此考虑动环用导热率较高的材料制作。改变摩擦副环的形状也有利于改善摩擦副的给热情况并降低摩擦副温度。例如,在密封面附近开环形槽。导热串高的材料做成厚环,其散热效果将会改善。

9)摩擦副密封面不垂直对其工作有不良影响(如安装、制造、振幅和其它不良因素对工作有影响),因此必须采用结构和工艺措施保证最小的误差。动环误差一般比静环大,因此高速下采用静止式。

10)摩擦副环上径向作用力取决于对中精度、轴与轴套同心度和密封面不垂直度,应尽可能减小此力。

2)对摩擦副材料的要求

1)机械强度高———耐压、耐压力变形;

2)自润滑性能好———耐干磨性、耐高负荷性;

3)材料配对性能好———磨合性好、无过大的磨损和对偶腐蚀(组对材料电位差<250mV);

4)耐磨性好———寿命长;

5)导热性好———散热性好;

6)耐热性好———耐高温性能好;

7)耐热冲击性好———抗热裂性能好(耐热冲击系数高);

8)耐腐蚀性强———耐腐蚀和耐冲击;

9)线膨胀系数小———耐热变形、尺寸稳定性好;

10)加工性能好———切削加工性、成型性能好;

11)气密性好;

12)密度小。

3)动、静环结构 ,图2-1 所示为几种动环的结构形式。图2-1a~d所示为平衡型结构;图 2-1e所示为非平衡型结构。图2-1a所示为硬面采用压配装在环上并用 O形圈密封,这种结构适用于高压,其变形量小,但在温度作用下配合处容易松脱,通常用销钉防转。图2-1b所示为复层结构,耐磨性好,易加工,但复层与基体结合强度不够会掉皮。图2-1c所示为镶嵌热装结构,加工方便,但配合选得不合适,高温时易脱落。图2-1de所示为整体结构,可以避免上述几种缺点,但全部用硬质合金加工较困难且价格较贵。


2-2所示为几种静环结构形式。图 2-2a所示为常用的浮动型结构;图2-2b

示为双 V形圈密封的浮动型结构,具有补偿能力;图2-2c所示为压配,采用双 O形密封圈,中间可供静环冷却;图2-2d所示为夹持结构,既可供静环冷却,又可以减小变形(因为刚度较好),一个端面磨完后掉过来还可以用另一个端面;图2-2ef 为固定结构,分别固定在压盖上或轴肩上。