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2.1 工况条件介质：乙烯；温度-40℃~-10℃；介质压力：3 MPa；轴径：45 mm；线速度：9.4 m/s；转速：4000 r/min；根据综合参数与轴径为中型机械密封。
2.2结构选择2.2.1密封结构的分类机械密封的使用工况和参数主要有密封腔温度和密封压力、密封端面平均速度、轴径、介质特性等。
根据这些参数可以将机械密封进行分类，如表1，表2 所示表 1 机械密封按试用工况和参数分类使用工况类别工况参数按密封端面平均线速度v/(m/s)超高速高速一般速度密封端面平均线速度＞100密封端面平均线速度≥25~100密封端面平均线速度＜100按密封腔温度t/℃高温中温普温低温密封腔温度＞150密封腔温度＞80~150密封腔温度＞-20~80密封腔温度＜-20按轴径大小d/mm大轴径一般轴径小轴径轴径＞120轴径≥25~120轴径＜25按使用介质耐磨粒介质耐强腐蚀介质耐弱腐蚀介质含磨粒介质耐强酸强碱及其他强腐蚀介质耐油丶水丶有机溶剂及其他弱腐蚀介质按密封压力P/MPa 超高压高压中压低压密封腔压力＞15密封腔压力＞3~5密封腔压力＞1~3密封腔压力＞常压~1表 2 机械密封按综合参数和轴径分类机械密封综合参数机械密封类别压力P/MPa 温度t/℃线速度v/(m/s）轴径d/mm重型机械密封＞3 ＜20或＞150 ≥25 ＞120中型机械密封≤3 ＜-20~150 ＜25 25~120轻型机械密封＜0.5 ＞0~80 ＜10 ≤402.2.2 密封结构的确定2.2.2.1单端面由一对密封端面组成的机械密封，结构简单，制造与拆装都相对简便，使用广泛，故采用。
采用场合：作为最常用的机械密封型式，适用于一般场合。
2.2.2.2 内流式流体在密封端面间的泄露方向与离心力方向相反的机械密封，离心力起着阻碍流体泄露的作用，故泄漏量少，密封可靠。
适用场合：可用于高压，有固体颗粒的流体，泄漏量少，故采用。
2.2.2.3 内装式静止环安装于密封端盖（或相当于密封端盖的零件）的内侧（即面向主机工作腔的一侧），适用场合：由于摩擦副受力状态好，冷却润滑效果好，用于安装精度较高的场合，故采用。
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。
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。
机械密封使用寿命计算书机械密封磨损率计算：摩擦副材料粘着磨损的磨损量△v△v=K w WL/HK W—磨损系数W—法向载荷，N；L—摩擦路程，m；H—硬度N/m2其中周速：V=L/T (2)载荷：W=PcAf (3)线度磨损： △L=△VAf(4)将(2)、(3)、(4)代入(1)得机械密封磨损率υ=△LT =K W P C A f LA f TH=K W P C V/H即υ=(K WH)P c V其中P C—端面比压，MPa根据《流体动密封》查得：机械密封的端面比压计算公式如下：P C=p s+(k−λ)p其中P C—端面比压，MPaP s—弹簧比压，MPaK为载荷系数（平衡系数）λ为液膜反压系数p为介质压力，MPa本项目中机械密封采用专用的计算程序进行设计本项目中机械密封磨损率计算：1．M524型机械密封M524-230：P C=p s+(k−λ)p=0.3MPaυ=(K W)P c V=0.13m/hH2. 集装式机械密封C20-185JP C=p s+(k−λ)p=0.26MPaυ=(K W)P c V=0.11m/hH注：我国GB/T33509-2017规定磨损率V0.2m/h。
与德国DIN24960的规定相同。
本项目中机械密封磨损率V=0.13、0.11m/h均≤0.2m/h。
符合国家标准要求。
机械密封寿命计算：机械密封寿命=窄环凸台高度/磨损率1．M524型机械密封M524-230：机械密封寿命=窄环凸台高度/磨损率=3×103/0.13=23077h2. 集装式机械密封C20-185J：机械密封寿命=窄环凸台高度/磨损率=3×103/0.11=27273h本项目中机械密封寿命大于12000h要求。
符合标书要求。
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。
- 128 -安全密封石油和化工设备2021年第24卷1-静环；2-动环；3-动环密封圈；4-轴套密封圈；5-弹簧；6-压盖密封圈；7-静环密封圈；8-唇封密封圈；9-唇封；F-自冲洗；Q-外冲洗图1 机械密封结构及冲洗示意图碱液循环泵机械密封改造彭杰辉，赵建新，林战虎（中国石油独山子石化分公司天利实业， 新疆 独山子 833699）[摘 要] 某装置碱液循环泵2016年出现7次机械密封泄漏故障，未达到标准要求。
通过对其设计、安装、冲洗、介质影响等方面的分析，找到了造成密封失效的主要原因，对机械密封进行改造，改造后运行情况良好。
[关键词] 碱液循环泵；机械密封；泄漏；改造作者简介：彭杰辉（1981—），男，山西山阴人，大学本科，中级工程师。
中国石油独山子石化分公司天利实业外操。
API 682中规定，在纯净介质下可以连续运转三年。
某装置碱液循环泵介质是新鲜碱液，输送到洗涤塔的上段对酸性气体进行三级洗涤。
该泵在2016年运行中，机械密封频繁发生泄漏，在安装运行2周左右出现微漏，2个月左右泄漏量增大，无法继续使用，严重影响了装置的平稳运行。
1 设备概况该泵为德国鲁尔生产的单级悬臂式离心泵，按德国鲁尔公司设计，该泵的机械密封采用博格曼公司H75VN/50-E49型内装单端面机械密封，动环材质为石墨，静环材质为碳化硅，机封的冲洗方案为自身冲洗形式，并用循环水在压盖外侧背冷（API 682PLAN11+62），其密封结构及冲洗示意图见图1。
将失效后的机械密封解体后发现其故障如下：（1）动环、动环座和轴套间的间隙被阻塞；（2）动环和静换有环状腐蚀痕迹；（3）密封腔内有焦状聚合物、颗粒等杂质和结晶物；（4）弹簧腐蚀严重，被杂质和结晶物堵塞，弹性不足；（5）自冲洗管线堵塞。
2 失效分析2.1 端面比压核算- 129 -第6期该泵采用的是内装内流旋转平衡型机械密封，端面比压设计范围内0.2-0.4MPa。
通过端面比压公式1计算P b=0.24MPa，符合设计要求。
0引言近几年，石油、天然气、化工等行业由于机械密封泄漏，由此引发的减产、误工损失严重，维修费、设备更新费明显增加，使得用户对安全系数的要求逐渐提高，双端面密封的应用变得极为普遍，机械密封很多原有的单端面密封随之升级为双端面结构。
其实，API682中早已对温度高、压力大、易燃易爆、有毒或输送危险工况下使用的密封型式、布置方式、管道配置等做了推荐，意图减少向大气的泄露、保障操作者人身健康和环境安全，同时降低密封周期性成本。
密封由一对端面增至两对端面，设计因素的改变可能带来新的问题。
本文就公司常减压装置减低渣油泵所配密封，详细叙述了单端面密封升级双端面结构所遇到的问题及其解决方案，介绍设计因素在单端面密封改双端面设计中的应用。
1密封的应用环境减低渣油泵为两端支撑，介质温度较高，属于高温油泵，泄漏会引起火灾。
1.1泵的主要参数（见表1）2原始单端面密封配置及其应用性能2.1原始单端面密封配置原始单端面密封使用时间为2008年8月份至2011年10月份，具体配置见表2。
2.2原始单端面密封结构及其工作原理该密封工作原理：螺钉拧紧卡环、传动环时，挤压力使轴套抱紧传动轴并随之旋转；动环靠螺钉紧固在轴套上，并与轴套一起随轴旋转；静环、水套、挡水盖安装在压盖上，随压盖紧固于泵腔上，保持静止。
动环与静环两端面实现动密封，压盖垫、动静环密封垫、轴封垫实现静密封。
2.3 原始单端面密封辅助系统及其工作原理Plan32工作原理：外部冲洗液经过清洁、调控后，由管道输送到Plan32冲洗入口并注入密封腔。
Plan62工作原理：外部冷却液经过滤，输送至Plan62急冷入口并由此注入到密封端面的大气侧，将端面聚集机械密封单端面密封改双端面的应用设计胡庆球（中国石化镇海炼化分公司 浙江 宁波 315207）摘要：机械密封单端面密封改为双端面，看似简单的结构调整却内含很多设计因素的变化，包括密封选型、布置空间、密封材料、设计参数、辅助系统方案、监测系统等。
高压旋转接头机械密封结构设计何燕【摘要】根据旋转接头使用工况,设计其机械密封结构,从理论上计算机械密封的轴向载荷、弹簧比压、端面比压和密封件过盈装配的过盈量公差范围.通过有限元分析验证过盈量设计计算的正确性和机械密封结构件设计的正确性,密封件结构强度满足设计要求.通过对旋转接头机械密封件的耐压和运转性能试验,验证机械密封结构设计的正确合理性,并能满足实际使用要求.%The mechanical seal structure of rotating union was designed based on rotating union operating conditions. The axial load, spring specific pressure, end-face specific pressure of mechanical seal, the value of interference fit tolerance range of seal parts were calculated in theoretically. The design value of interference fit tolerance and the designed mechanical seal structure were verified through the finite element analysis. Result shows that the strength of seal structure meets the design requirements. The test results of the pressure test and operating test of the rotating union mechanical seal verified the rationality of the designed mechanical seal structure.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2011(036)007【总页数】4页(P108-111)【关键词】机械密封;端面比压;过盈装配;压力试验;泄漏量【作者】何燕【作者单位】湖南铁路科技职业技术学院机械工程系湖南株洲412000【正文语种】中文【中图分类】TB42随着我国对风电扶持力度的不断加大，风电相关产业遇到了前所未有的发展机遇。
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/mmd 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=21222e24d -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]。
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=0.5
2) p: 密封腔处的介质压力[1]
212.0p p p +=
即p=0.762 MPa
3）k ：对于内流式：
k=21222e 2
4d -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=56mm
4）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]。
由有关文献[2]介绍
表2 机械密封弹簧比压选择参考表
机械密封类型
密封端面平均线速度（m/s) 弹簧比压Ps （MPa ） 高速机械密封
>30 0.05--0.2 中速机械密封
10～30 0.15--0.3 低速机械密封 <10 0.15--0.6
本机械密封为低速，p s 为0.15~0.6，
分别取p s =0.15，0.45, 0.6
将以上数据代入端面比压计算公式，得出结果如下：
1.p s=0.15时，p c=0.44
2.p s=0.45时，p c=0.74
3.p s=0.60时，p c=0.89
参考文献
[1]陈匡民，董宗玉，陈文梅等.流体动密封[M].成都：成都科技大学出版社，1990
[2]李继和，蔡纪宁，林学海等.机械密封技术[M].北京：化学工业出版社，1987
Ps取0.15,0.45,0.6；
介质压力p=0.762MPa；
λ=0.5；
1.当d4=70时，k=0.88，p c结果分别对应如下
1）p c= 0.44
2)p c=0.74
3)p c=0.89
2. 当d4=71时，k=0.952
1）p c= 0.49
2)p c=0.79
3)p c=0.94
3. 当d4=72时，k=1.025
1）p c= 0.55
2)p c=0.85
3)p c=1.00。
