机械密封的设计和选用

装备应用与研究

◆Ｚｈｕａｎ

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　Ｙａｎ

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４６

浅谈离心泵填料密封与机械密封的选用

祁德路

　王小冬

　钟

　肖

　仲光华

（

海洋石油工程股份有限公司设计公司，

山东青岛

２６６５５５）

摘

　要：

主要结合填料密封及机械密封的原理，

对离心泵密封方式的选择进行了简单介绍与讨论。

关键词：

离心泵；

填料密封；

机械密封

０

　引言

离心泵的密封对整个设备的正常运行有着非常重要的作

用，

其密封系统一旦出现泄漏，

将会对设备正常运转造成严重

影响，

这就要求我们切实做好离心泵的密封工作。

１

　填料密封

填料密封指用填料来填塞泄漏通道，

以阻止和解决泄漏的

一种密封方式。

一般来讲，

填料密封的结构相对简单，

不仅装

拆维修十分方便，

而且成本也较为低廉，

所以被广泛应用到离

心泵等设备上。

离心泵所选用的填料密封既是静密封也是动

密封，

而且所选择的填料多是油浸石棉盘根软填料。

１．１

　填料密封的机理

离心泵填料密封并不是靠固体填料与旋转轴套之间进行

紧密贴合而阻止其内部流体泄出，

而是利用填料与设备旋转轴

套之间所贴合形成的一种较薄环隙。

由于该环隙注满润滑油，

所以起到了相应的密封与润滑作用。

在离心泵启动过程中，

泵

腔内部受一定压力逐渐成为真空，

这时油膜就起到了防止空气

被不断吸入泵腔内部的作用；

而当离心泵开始正常运动时，

油

膜也会适时起到防止泵腔内部流体不断泄漏的作用。

这层油

膜主要来源于离心泵所选择使用的填料。

一般来讲，

离心泵所

选择的材料多是棉纱以及石棉人造纤维等。

这种填料内部大

都拥有较大空隙，

而空隙内部也能很好地吸收和存储润滑油

液。

当离心泵运行一定时间后，

其填料轴封处可允许存在微量

泄漏（

这种泄漏可以起到一定的润滑与散热作用），

已经存在的

润滑膜则会随着微量泄漏的流体逐渐流出，

最终导致离心泵在

使用一段时间后随着润滑膜的全部流失而产生严重泄漏，

这时

就需要工作人员将填料压盖螺母再拧得稍微紧些，

以防止填料

内部的浸渍剂被不断挤压出来，

形成新的润滑膜。

重复该循

环，

一直到填料内部不存在浸渍剂或浸渍剂很少时，

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1

机械密封样本

简介

机械密封是一种常见的密封方式，广泛应用于各种设备和机械装置中。机械密封样本的制备是进行机械密封实验、测试和验证的重要环节。本文将介绍机械密封样本的制备步骤、要点和注意事项，并提供一些常见的机械密封样本的设计和制备案例。

制备步骤

1. 材料准备：选择适用于机械密封的材料，如橡胶、金属、塑料等。确保选择的材料具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、耐压等性能。

2. 样本设计：根据实际需求，设计机械密封样本的形状、尺寸和结构。考虑到密封性能、耐久性和易于制备的要求，进行合理的设计。

3. 制备方法：根据样本设计，选择相应的制备方法。常见的制备方法包括注塑、压缩成型、剪切、切割、粘接等。

4. 样本制备：按照制备方法，进行机械密封样本的制备。确保制备过程中操作规范、材料均匀、尺寸准确等。

5. 检验和调整：制备完成后，对机械密封样本进行质量检验。如有问题，及时调整和改进。 未知驱动探索，专注成就专业

2

制备要点

1. 材料选择：根据实际工作环境和要求，选择适合的材料。例如，在高温、高压环境下工作的机械密封，需要选择耐高温、耐压的材料。

2. 尺寸和结构：机械密封样本的尺寸和结构直接影响其密封性能和使用寿命。需要根据实际需求进行合理的设计和调整。

3. 制备方法：不同的制备方法适用于不同的样本类型和要求。选择适合的制备方法可以保证样本质量和制备效率。

4. 操作规范：制备过程中，要保持操作规范，尽量避免污染、损坏和变形等问题。特别是在材料粘接、固化等工序中，严格控制操作条件和时间。

5. 质量检验：制备完成后，对机械密封样本进行质量检验。主要包括外观质量、尺寸偏差、耐压性能、耐磨损性能等方面。

常见案例

以下是一些常见的机械密封样本的设计和制备案例：

橡胶密封圈

• 材料：橡胶

• 结构：环形，内径、外径和厚度可以根据实际需要进行设计调整

• 制备方法：注塑或压缩成型 未知驱动探索，专注成就专业

机械密封设计

机械密封设计的步骤如下∶

①进行周密的调查研究，获得具体的设计条件。具体内容包括∶工作主机的类型及需要密封的部位、使用工况等，即介质压力、介质温度及轴的转速、转向，被密封介质的名称、成分及性质，包括密度、黏度、浓度、饱和蒸汽压、pH值、是否有腐蚀性、是否含有悬浮颗粒等，是否易结晶或聚合；工作主机的运转状况，是连续运转还是间歇运转以及检修周期等；轴的振动及偏摆情况；泄漏量的允许极限值；密封部位的结构，包括轴（或轴套）的外径尺寸、密封腔结构、密封腔内径及深度，密封端面的装配尺寸和各表面的粗糙度；密封辅助系统，包括密封腔有无冷却水夹套。冷却水的温度，是否具备采取冲洗、冷却措施的条件，有无过滤装置等等。

②确定密封的基本结构。主要确定密封是采用单端面还是双端面（多端面），平衡型还是非平衡型。内装式（内置式）还是外装式（外置式），旋转式还是静止式，单弹簧还是多弹簧等。

③确定材料。确定密封端面摩擦副、辅助密封圈、弹性元件及其他零件的材料。

④密封端面设计。主要确定密封端面宽度及高度，计算载荷系数。

⑤补偿环和非补偿环设计。包括形状、尺寸、支撑方法、传动及防转机构、强度设计、刚度设计等。

⑥辅助密封设计。进行形状、尺寸、压缩量、密封性、浮动性等的设计。

⑦弹性元件设计。确定弹性力大小、弹性元件数量、弹性力的施加方式等。

⑧密封辅助系统的设计。确定密封辅助系统的流程、器件及其运行条件。 ⑨主要工作参数计算。主要计算弹簧比压、载荷系数、端面比压、性能参数等。

⑩标准化和工艺审查。对零件、结构、材料、试验等进行标准化审查;对零件的加工工艺进行审查。

⑪进行型式试验。拟定具体的试验方案，进行试验、按试验规范进行考核。

⑫编制零件表。使用说明书，完善设计技术条件，产品型式试验成功并定型后，编制零件表、使用说明书，并完善、归档设计技术文件。

在机械密封的设计计算中，主要内容包括机械密封力学参数、性能参数及机械密封组成元件的设计计算。

机械密封主要参数

端面液膜压力

为了保证端面间有一层稳定的液膜（半液体润滑或边界润滑膜），就必须控制端面承受的载荷W，而W值究竟多大合适，是与液膜承载能力密切相关的。与平面轴承类似，机械密封端面间隙液膜的承载能力，称为端面液膜的压力，它包括了液膜的压力和液膜动压力两部分。

液膜静压力

当密封间隙有微量泄漏时，由于密封环内、外径处的压差促使流体流动，而流体通过缝隙受到密封面的节流作用，压力将逐步降低。假设密封端面间隙内流体流动的单位阻力沿半径方向是不变的，则流体沿半径r的压力降呈线性分布（图7-11）。例如中等粘度的流体（如水），其沿径向的压力就近似于三角形分布，低粘度液体（如液态丙烷等）则呈凹形，高粘度液体（如重油）压力缝补呈凸形。

端面间的液膜静压力是力图使端面开启的力，设沿半径方向r处，宽度为dr的环面积上液膜静压力为pr，设密封流体压力为p，则作用于密封面上的开启力R为 液膜动压力

机械密封环端面即使经过精细的研磨加工，在微观上仍然存在一定的波度，当两个端彼此相对滑动时，由于液膜作用会产生动压效应。有纳威斯托克斯(Novier-Stokes)方程： 如图7-13，设二平面间存在一定的斜楔，随着间隙减小，液压增大，而斜楔的进出口处压差为零，故有—液压最大值，对应该处的液膜厚度为h0，则流量

关于机械密封液体动压效应的形成和分析，有许多不同的观点和力学模型。由于密封面微观状态的影响因素很多，以及实验技术的困难，目前还不能提出能直接用于设计计算的公式。但对于机械密封设计的正确分析，具有一定的理论指导意义。

载荷系数

机械密封的载荷系数是在摩擦副轴向力平衡下，各项轴向力与密封上最大介质压力的比值，它反应了各种轴向力的作用和大小。载荷系数也可以用面积比来表示：介质压力作用在补偿环上使之与非补偿环趋于闭合的有效作用面积Ae与密封端面面积A之比为载荷系数K.