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机械密封方案机泵装置中，机动设备的机械密封约占整个动密封数量的80%-85%.而在机泵故障中，机械密封的故障大约占整个维修工作量的一半。
可见机械密封在机泵维修中所占的位苣。
由于机泵所输送的介质千差万别，工艺条件各不相同，所以了解这些情况对机封的选择及维护很重要。
结合多年来在机封选择和维修中的经验，介绍几种特殊工况下机械密封的工作特点和注意事项。
一、高温下的机械密封一般情况下，介质的温度超过120°C即认为是髙温密封。
此时机械密封存在的主要问题有：（1）由于摩擦副端而温度升髙，导致密封端面间液膜气化，摩擦系数随之增大，磨损加剧，温升加大，密封环产生热变形或热裂而失效：（2）机械密封中的辅助密封圈材料一般为橡胶或聚四氟乙烯，由于长时间在高温环境中，容易老化和分解，造成密封失效：⑶高温下机械密封的弹性元件易产生疲劳和蠕变，使密封失效：（4）髙温会加剧金属材料的腐蚀，缩短机封的使用寿命。
为保证机械密封在髙温环境下正常工作，可以采取如下措施。
1.给机封增加冷却冲洗装置。
2.选择耐高温的材料，根拯不同的工作温度选用不同的材料。
丁睛橡胶温度上限为80°C,硅橡胶和氟橡胶为200°C,聚四氟乙烯为250°C。
另外，机械密封中的非金属摩擦副多采用仃墨浸渍材料制成，所以也要根据不同的工作温度选用不同种类的浸渍仃墨。
一般浸巴氏合金石墨适用温度范用小于150°C,浸树脂石墨适用温度范国为170~200°C,浸铜、铝、铅的石墨可在小于400°C的工作条件下使用。
动环组件应尽可能选用膨胀系数相近的材料，以防止高温下动环和动环座的连接松动。
3.选择金属波纹管机械密封。
金属波纹管密封近年来在髙温密封中使用很多，并且取得了很好的效果。
在该种机封中，金属波纹管取代了普通机封中的弹簧，省去了动环辅助密封圈，不需要克服动环补偿时与转轴的摩擦和磨损，因此在髙温下使用，一般都能取得不错的效果。
机械密封端面比压的确定润滑油作业部许松涛2007年11月2日机械密封端面比压的确定摘要：泵是石油化工企业最主要和常见的机械设备，由于工艺条件的要求，以及人们经济意识和环保意识的提高，近年来泵密封的泄漏越来越受到关注。
泵的密封是防止介质从泵轴周围的间隙处泄漏，或空气从间隙处侵入泵体。
机械密封作为石化企业泵最常见的密封形式，占重要地位，机械密封的端面比压是影响密封性能和使用寿命的最主要因素之一。
文章结合实际工作中机械密封的安装及维修情况，对密封的端面比压在计算、校核中的一些问题进行分析，以便于确定压缩量，能对机械密封的使用情况有所改善。
关键词：机械密封端面比压分析1.机械密封工作原理及常见结构型式机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。
1、静止环（静环）2、旋转环（动环）3、弹性元件4、弹簧座5、紧定螺钉6、旋转环辅助密封圈7、防转销8、静止环辅助密封圈9、固定压盖图1——机械密封结构示意图常用机械密封结构如图1所示。
旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。
机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的A、B、C、D四个通道。
C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。
B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。
因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。
静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。
A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。
因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格控制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。
s m v /238.81025360229703=⨯⨯⨯=-π金属波纹管机械密封端面比压计算如下：某聚酯公司生产时热媒泵使用工况：进口压力P 1=5.24bar=0.524MPa 出口压力P 2=11.9bar=1.19MPa介质温度：320℃，轴的转速n=2970r/min ，流量：253m 3/h实测该泵的机械密封数据如下：表1：机械密封数据实测值符号名称 实测值/mm d 1接触端面内径 61 d 2接触端面外径 69 d 3波纹管内径 56 d 4波纹管外径 70据《流体动密封》查得[1]，波纹管机械密封的端面比压计算公式如下：p c =()s p k p λ+-其中，p c 为端面比压，MPa ；p s 为弹簧比压，MPa ；k 为载荷系数（平衡系数）；λ为液膜反压系数；p 为介质压力，MPa现对上述公式中各项的取值进行分析或计算如下：1）λ：为密封面间的平均液膜压力与密封介质压力之比，λ值的大小与介质性质、转速、压力以及密封表面状态等有关。
当液膜静压力近似地按三角形分布考虑时，则可取λ=0.5。
但在高速条件下，液膜动压效应不能忽略，须通过实验确定λ值[1]。
根据本设计初始参数，实测轴外径为53mm ，近似认为轴外径为动环内径，则估算出端面平均线速度：即v=8.238<30，不属于高速，因此取λ=0.52) p: 密封腔处的介质压力[1]212.0p p p +=即p=0.762 MPa3）k ：对于内流式：k=21222e 24d -d d -d其中，d 2为接触端面外径，d 2=69mm ；d 1为接触端面内径，d 1=61mm锯齿型金属波纹管有效直径d e 计算公式如下：d e =2231d d +d d 3+434（） 式中，d 4为波纹管外径，d 4=70mm ；d 3为波纹管内径，d 3=56mm4）弹簧比压Ps端面平均线速度 v=8.238 m/s根据密封端面平均线速度的不同，弹簧比压的选择范围也不同，其范围可参考下表[2]。
机械密封压缩量的测量及其调整通过对密封失效原因进行分析，发现压缩量是造成密封失效至关重要的参数之一，文中阐述了计算压缩量的简易公式，优化了以往压缩量测量复杂且易发生计算错误的方法，对从事专业工程技术的人员来说有一定的参考价值。
机械密封(又称端面密封)是流体机械和动力机械中不可缺少的零部件。
它对整台机器设备、整套装置、甚至对整个工厂的安全生产影响都很大。
而压缩量是机械密封中的一个参数，机械密封上可被压缩的就只有弹簧(波纹管)和O圈了。
显然，机械密封压缩量就是指的是弹簧(波纹管)的压缩量。
弹簧(波纹管)压力的主要作用是保证主机在起动、停车或介质波动时，使密封端面能紧密接合。
显然，弹簧(波纹管)压力过小，难以起到上述作用。
弹簧(波纹管)压力过大，造成端面比压(P)大;由公式Q=fPV/J可知，P增大，端面磨擦热Q增大，磨擦副环温度升高，当温升超过所用材料强度限时，就会发生磨擦副环的热强度破坏。
同时，副环的温升还会使端面间的液膜沸腾和蒸发，从而造成密封端面干磨擦，使密封很快失效。
又由公式△=K1·P·V·t 和μ=K1·Pm·Vn可知P增大，使粘着磨损率△、磨粒磨损率μ增大，造成密封失效。
可见压缩量的测量和调整是关系到机械密封使用寿命和密封性能的一个最直接且至关重要的因素。
例如，黑龙江某厂使用的150YII-75B型泵，采用GY55机械密封，组装投运约半个月就发生泄漏超标现象，拆装几次后发现树脂静环磨损严重。
究其原因，是由于原套密封安装后压缩量偏大造成端面比压(P)增大。
这种情况不仅缩短机封寿命期，而且影响了工厂的安全生产。
近几十年来，机械密封技术有了很大的发展，种类繁多，在实际工作中，我们面对各种型式密封，往往会感到压缩量的测量复杂，难以掌握，以至于在测量过程中发生计算错误，而这种计算错误将会直接造成跑冒滴漏故障。
所以，通过压缩量的测量和调整，将密封端面比压(P)控制在适宜范围是关系到机械密封使用寿命和密封性的一个直接且至关重要的因素。
第3章机械密封主要性能参数55、什么是机械密封的端面比压？作用在密封环上单位面积上净剩的闭合力称为端面比压，以Pa表示，单位为MPa端面比压大小是否合适，对机械密封的性能和使用寿命影响很大。
比压过大，会加剧密封端面的磨损，破坏流体膜，降低使用寿命；比压过小会使密封泄漏增加，降低密封性能。
56、机械密封受力情况是怎样？分析密封受力情况，是分析密封环在工作状态下的受力种类、大小、在此基础上计算机械密封的端面比压。
密封的受力情况与密封的设计结构有关。
图3-1所示图3-1受力分析图动环受的力有弹簧 F t介质力Fp和液膜压力Fm，此外还有密封圈的摩擦阻力R,在这些力中介质力和弹簧力的方向是一致的，称为闭合力。
液膜压力Fm 为推开力，摩擦阻力R 的实际力是很小的可以忽略，这样密封的合力为 F=F t + F p - F m 。
57、弹簧力的测试有几种方法？弹簧力的测试有一般有两种方法，弹簧力是密封闭合力的主要因素，该力可用计算方法获得但是有一定的误差，实际上是以实测比较准确，在现场测量方法是在弹簧加重物，并记录压缩的高度，同样可测得弹簧力。
还有就是利用弹簧测试机测得 ，弹簧测试机有机械指针显示方法和电子数显法两种，目前基本采用这两种方法它测试手段都比较准确。
58、什么是弹簧比压？怎样计算？弹簧比压就是单位密封面上的弹簧力，单位是MPa ，，计算方法是总的弹簧力除以密封断面的的面积。
内装式机械密封一般弹簧比压在0.1～0.2 MPa 。
外装式机械密封，介质力小于0.1 MPa 时，弹簧比压取0.3～04 MPa ，介质压力小于0.25时，弹簧比压取0.4～06 MPa 。
59、载荷系数是怎样定义的？意义是什么？密封介质压力作用在补偿环上（动环）对于非补偿环（静环）的闭合力的有效面积与密封环带面积之比称为载荷系数。
例如一个内装式机械密封，令为密封介质的有效作用面积Ae ，A 为密封环带的面积，于是载荷系数从 图3-2可得AAe K图3-2 内流型密封受力图()20224d d Ae -=πA = 4π ()2122d d - 将Ae 和A 之值带入K 中，可得21222022d d d d K --=K 为载荷系数，对流体式机械密封而言。
机械密封端面比压的确定
润滑油作业部
许松涛
2007年11月2日
机械密封端面比压的确定
摘要：泵是石油化工企业最主要和常见的机械设备，由于工艺条件的要求，以及人们经济意识和环保意识的提高，近年来泵密封的泄漏越来越受到关注。
泵的密封是防止介质从泵轴周围的间隙处泄漏，或空气从间隙处侵入泵体。
机械密封作为石化企业泵最常见的密封形式，占重要地位，机械密封的端面比压是影响密封性能和使用寿命的最主要因素之一。
文章结合实际工作中机械密封的安装及维修情况，对密封的端面比压在计算、校核中的一些问题进行分析，以便于确定压缩量，能对机械密封的使用情况有所改善。
关键词：机械密封端面比压分析
1.机械密封工作原理及常见结构型式
机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。
1、静止环（静环）
2、旋转环（动环）
3、弹性元件
4、弹簧座
5、紧定螺钉
6、旋转环辅助密封圈
7、防转销
8、静止环辅助密封圈
9、固定压盖
图1——机械密封结构示意图
常用机械密封结构如图1所示。
旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。
机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的A、B、C、D四个通道。
C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。
B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。
因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。
静密封元件
最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。
A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。
因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格控制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。
所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值即端面比压在最适当的范围。
机械密封的结构型式很多,分类方法也各有差别,通常是根据结构特点进行分类。
机械密封的分类主要是根据摩擦副的对数，弹簧与介质接触与否，介质在端面上引起的比压情况，弹簧的个数，弹簧的运转和静止，以及介质的泄漏方向等来加以区别，以便合理的选择机械密封的结构型式，最大限度的发挥其结构特点和工作特性，满足长期稳定、安全、可靠的密封性能。
机械密封的结构型式有以下几种：
①单端面与双端面。
单端面系在密封结构中仅有一对摩擦副，双端面即在密封结构中有两对摩擦副，且两对摩擦副处于相同封液压力作用下。
双端面适用范围比较广，适用于强腐蚀、高温、带悬浮颗粒及纤维的介质、气体介质、易燃易爆介质、易挥发粘度低的介质、高真空、贵重物料及要求介质与空气隔绝切允许内漏的情况；单端面
只适用于一般场合，理论上单端面不可能完全消除介质的泄漏，但单端面与其它辅助装置并用时也能起到良好的密封作用，且其结构简单，在制造和拆装上较容易，因而使用很普遍。
②内装式与外装式。
内装式是弹簧置于工作介质之内；外装式是置于工作介质之外。
外装式的特点是机械密封零件不与介质接触且暴露在设备外，便于观察及维修安装。
但是由于外装式的介质作用力与弹簧作用力相反，当介质压力有波动时，弹簧力余量可能调节不及时，会出现密封不稳定以致产生泄漏。
一般情况下内装式的介质泄漏方向与离心力方向相反，泄漏情况较外装式为好，内装式受力情况较好，端面比压较小，容易形成液膜，切端面比压随介质压力增大而增大，因而增加了密封的可靠性，使用较普遍。
③平衡型与非平衡型。
根据介质压力在端面上所引起的比压的卸载情况，可将密封分为平衡型与非平衡型，不卸荷的称非平衡型；卸荷的称平衡型。
④单弹簧与多弹簧。
单弹簧又称大弹簧，即是在密封装置中仅有一个弹簧与轴同心安装；多弹簧又称小弹簧，即是在密封装置中有数个弹簧沿圆周均匀分布。
一般负荷轻而且大量生产的密封以采用单弹簧为佳，少量生产且在严格的条件下使用时，则多采用多弹簧。
⑤旋转式与静止式。
旋转式即是弹簧装置随轴转动；静止式即是弹簧装置不转动。
一般的机械密封都采用旋转式，因为弹簧装置及轴的结构简单，径向尺寸小。
高转速情况下，弹簧及其它零件产生的离心力很大，动平衡要求高。
⑥内流式与外流式。
介质沿半径方向从端面外周向内漏者称内流式；介质沿半径方向从端面内周向外泄漏者称外流式。
内流式的泄漏方向与离心力方向相反，离心力阻碍着流体的泄漏，因而内流式泄漏量比外流式小。
对于有固体颗粒的情况尤其应该采用内流式，这样可防止固体颗粒进入摩擦面。
2.端面比压及计算中的问题
端面比压即密封两端面上单位面积所受到的压力，端面比压是衡量密封性能的重要参数，端面比压过大，将造成摩擦面发热，磨损加剧和功率消耗增加；比压过小，易于泄漏，密封破坏。
对端面比压的要求有：
①端面比压不能小于端面间液膜的反压力，否则密封面会打开。
②端面比压不能小于端面间温度升高时的物料或冲洗介质的饱和蒸气压，否则介质开始蒸发。
③使液体薄膜在允许泄漏量最小的条件下保持在摩擦面上起润滑作用。
要计算端面比压首先必须分析两端面间介质压力的分布规律，下图是一般内装式密封的压力分布简图：
图2 端面间压力分布图
首先分析液膜形成的推开力R ：
⎰⋅=212r r r P rdr R π
r P ——密封面上半径r 处的压力。
假设摩擦副内压力按直线分布，则：
121r r r r P P r --=介 代入上式得到：
()()()
平均介P r r r r r r P R 2122121223-=+-=ππ
得到：()
介平均P r r r r P 121232++=
令 ()1
21232r r r r ++=λ 则介平均P P λ=
对轴径0d =50～150毫米，接触面宽度为5毫米算出
519.0507.0～=λ。
在一定范围内取5.0=λ，产生的误差是不大的。
就有：介介平均P P P 5.0==λ
其次进行动环受力分析，见下图
图3 内装式（部分）平衡型密封动环受力图
压紧力： ()21224
D D P F -⋅=π弹弹 ()202
24d D P F -⋅
=π介介 推开力： ()
21224D D P R -⋅=π平均 辅助密封圈上产生的与动环运动方向相反的摩擦力数值不大，在此计算中忽略不计。
所以动环上所受的合力：
R F F F -+=介弹
所以端面比压： ()()212221224
4D D R
F F D D F P --+=-=ππ介弹比 将各值代入，得到：()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---+=λ21222022D D d D P P P 介弹比 令：()()内接触面积负荷面积K D D
d D ==--21222022 内K 为载荷系数，它表示介质产生的比压加到摩擦副上的载荷程
度。
当内K ≥1时为非平衡型；
当0＜内K ＜1时为部分平衡型；
当内K ≤0时为全平衡型。
对于平衡型或者部分平衡型密封，要使内K ＜1，必须有10D d >，因此当轴在密封安装处没有轴肩时，需要一个尺寸、材质等方面合乎要求的轴套来满足这个条件。
根据以上公式，要计算或者校核密封的端面比压，需要的数据有： 介P ――密封介质的压力，公斤/厘米2；
弹P ――弹簧比压，公斤/厘米2；
2D ――密封环接触端面外径，厘米；
1D ――密封环接触端面内径，厘米；
0d ――轴（套）径，厘米；
其中：2D 、1D 、0d 为实际测量数据，即针对具体的泵，可以测量得出。
弹P 的值可以由厂家提供，不过多弹簧密封时还要考虑弹
簧并联时弹性系数的计算。
而介P 的数值，对于一般单端面机械密封的离心泵介P 可以认为是泵的入口压力，对于双端面的密封，介P 科研认为是中间密封罐的压力，对于某些采用自体密封的泵，就要根据引出管的位置来确定了，如入口、某级叶轮或者出口压力，一般入口和出口的压力较易得到，当引出管从多级泵的某一级叶轮引出时，情况就比较麻烦，需要实测或者安装压力表来得到具体数值了。
以上是计算或者核算机械密封端面比压的方法，端面比压的重要性每个人都知道，有实际经验显示，如果机械密封安装合适，在较长的使用周期中，不会或者很少泄漏，而正确选择摩擦副材料和比压的机械密封可以使用2～5年，最长有用到9年以上的。
但是在实际工作中，可能由于各种原因，一般密封都会在不太理想的周期内出现问题，其中一个重要的原因就是端面比压的确定不准，所以其计算显得尤其重要，而确定端面比压后，另一个重要参数――压缩量就可以得出，对机械密封的安装提供数据参考。
参考文献
[1] 《机械密封》上海化学工业设计院石油、化工设备设计建设组编
[2] 刘光漆朱仁杰机械密封青岛青岛市机械研究所
[3] 〔苏〕戈卢别夫著梁荣厚译端面密封及动力密封燃料化学工业出版社
[4] 沈锡华机械密封技术问答北京机械工业出版社。
