PAGE目錄TOC\o\h\z一、機械密封原理 1（一）定義（圖1-1） 1(二)組成 1（三）密封機理 2（四）輔助設(shè)施 2（五）機械密封的種類 2（六）旋轉(zhuǎn)式和靜止式機械密封（圖1-2） 2（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3） 3（八）內(nèi)流式和外流式機械密封（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致） 3（九）多彈簧和單彈簧機械密封 3（十）平衡型和非平衡型機械密封 4（十一）補償機構(gòu)形式 4（十二）雙端面機械密封（圖1-4） 4（十三）串聯(lián)式機械密封（圖1-5） 5（十四）波紋管機械密封 5（十五）集裝式機械密封（圖1-6） 5二、機械密封的基本零件 5（一）對摩擦副密封環(huán)的要求 5（二）摩擦副匹配要考慮的因素 6（三）密封端面寬度 6（四）密封環(huán)的主要技術(shù)要求 6（五）摩擦副端面平面度檢測 6滿足相干條件的兩束光的疊加效果是：在波程差為波長整數(shù)倍的地方，光強度加強；在波程差為半個波長的奇數(shù)倍的地方，光強度減至零（變暗）。這就是光的干涉原理。 7(六)密封端面的粗糙度要求 8（七）動環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)） 8（八）靜環(huán)(不旋轉(zhuǎn)) 8（九）密封環(huán)的種類 8（十）整體式密封環(huán) 8（十一）組合式 9（十二）熱裝式密封環(huán) 9（十三）熱裝式密封環(huán)的過盈值選擇 9（十四）輔助密封圈 10（十五）傳動機構(gòu)的作用 10(十六)靜環(huán)防轉(zhuǎn)方式 10(十七)機械密封的彈性元件 10(十八)波紋管種類 11(十九)焊接金屬波紋管密封 11三、機械密封用材料 11（一）摩擦副材料要求 11（二）制造摩擦副的常用材料 12（三）碳石墨 12（四）硬質(zhì)合金WC 12（五）SiC陶瓷 13（六）Al2O3陶瓷及其他陶瓷介紹 14（七）表面堆焊硬質(zhì)合金 14（八）作摩擦副的金屬材料 15（九）填充聚四氟乙烯 15（十）輔助密封圈材料要求 16（十一）合成橡膠 16（十二）柔性石墨（也稱膨脹石墨） 16（十三）彈性元件材料 16（十四）機械密封中基體材料 17四、機械密封輔助系統(tǒng) 17（一）為什么機械密封要采用輔助系統(tǒng) 17（二）什么是輔助系統(tǒng) 18（三）自沖洗的形式 21（四）循環(huán)沖洗 22（五）注入式?jīng)_洗 24（六）沖洗液進入密封腔的方式 28（七）沖洗量的確定 29（八）沖洗量的控制 30（九）沖洗壓力的確定 31（十）密封腔中壓力的確定 31（十一）對沖洗流體的要求 31（十二）熱油泵的沖洗液選擇 32（十三）烷基化裝置中濃硫酸泵的沖洗液的選擇 32（十四）輔助設(shè)施在何種工況下必須選用： 33五、機械密封性能的影響因素 33(一)密封性的影響因素 33（二）機械密封端面的摩擦狀態(tài) 33（三）載荷系數(shù)對密封性能的影響 34（四）彈簧比壓對密封性能的影響 34（五）端面粗糙度對密封性能的影響 35（六）端面間縫隙形狀對密封性能的影響 35（七）產(chǎn)生端面不平行的原因 36（八）密封端面的機械變形 36（九）密封端面的熱變形 36（十）影響機械密封性能的其他因素 37六、石化行業(yè)典型泵的密封 38（一）石化行業(yè)高溫泵(熱油泵)密封分析 38（二）輕烴泵密封分析 39（三）低溫泵密封分析 40（四）高速機械密封 41七、機械密封的安裝和使用 41（一）安裝機封的泵的技術(shù)要求 41(二)安裝密封前要了解泵及介質(zhì)情況 42（三）機械密封的安裝 42（四）泵的抽空和汽蝕 43八、機械密封失效機理分析 43九、機械密封故障分析 57（一）摩擦痕跡大于端面寬度 57（二）摩擦痕跡小于端面寬度 57（三）硬環(huán)上無摩擦痕跡 58（四）石墨端面出現(xiàn)均勻的環(huán)狀溝紋 58（五）石墨端面中間產(chǎn)生環(huán)狀深溝 58（六）石墨內(nèi)緣磨損 58（七）石墨環(huán)臺階過早全磨掉 59（八）石墨環(huán)外緣出現(xiàn)缺口 59（九）石墨環(huán)斷裂 59(十)石墨環(huán)出現(xiàn)蝕坑(大小不等1~5mm，形狀不規(guī)則) 59（十一）硬質(zhì)合金表面灼傷和裂紋 60（十二）其他故障簡介 60（十三）泵抽空密封失效現(xiàn)象 61（十四）密封腔中汽蝕，密封失效現(xiàn)象 61（十五）密封端面汽化的失效現(xiàn)象 61（十六）泵振動過大的失效現(xiàn)象 61（十七）沒有沖洗的故障現(xiàn)象 62（十八）動環(huán)選材注意事項 62序言機械密封最早于1885年在英國發(fā)明并獲得專利，首先獲得應(yīng)用是在20世紀20年代的冷凍機裝置上，同時出現(xiàn)了研究和生產(chǎn)機械密封的專業(yè)公司（英國的Crane公司、德國的Pacific公司等）。1930年以后，機械密封用于內(nèi)燃機水泵的軸封，此時，PV值達到了3.1MPa·m/s。1939~1945年由于石油化學工業(yè)的發(fā)展，石墨、陶瓷、硬質(zhì)合金等材料在機械密封動、靜環(huán)制造中獲得應(yīng)用，同時粗糙度的控制水平有了提高，PV值達到了15MPa·m/s。1956年出現(xiàn)了平衡型密封和中間環(huán)密封，PV值達到了30MPa·m/s。1959年P(guān)V值達到了80MPa·m/s。1961~1963年由于原子能工業(yè)的要求，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了流體動壓密封和流體靜壓密封，PV值達到167MPa·m/s，1969年達到266MPa·m/s。1971~1974年由于宇航和核電方面的要求，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了多級密封，在材料上出現(xiàn)了碳化硅和不同浸漬石墨，PV值達到360MPa·m/s。1977年由于核電等特殊需要采用螺旋－機械組合密封，改進的中間浮動環(huán)密封，機械浮環(huán)組合密封，PV值達到500MPa·m/s。1980~1990年，出現(xiàn)了無泄漏密封、熱流體動力楔密封和上游泵送密封。1990年以后，機械密封的PV值達到了5700MPa·m/s。我國在1966年以后才相繼出現(xiàn)研究和生產(chǎn)機械密封的專業(yè)機構(gòu)（天津克蘭），目前已有四十年歷史，在普通機械密封領(lǐng)域技術(shù)及產(chǎn)品日趨成熟，大部分地方已能替代進口產(chǎn)品，性能接近國外產(chǎn)品。目前國內(nèi)具有規(guī)模的研究、生產(chǎn)廠家已有十余個，并在高參數(shù)密封及新技術(shù)方面取得一定突破。1975年機械工業(yè)部頒布《泵用機械密封標準》，1978年化工部頒布《釜用機械密封標準》，1993年國家頒布了GB/T14211-1993《機械密封試驗方法》，1999年國家機械工業(yè)局修訂了《機械密封技術(shù)條件》和《機械密封分類方法》，為機械密封產(chǎn)品接近國外產(chǎn)品提供了保證。機械密封廣泛用于石油、化工、冶金、煤炭、食品、醫(yī)療、電力、紡織、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。機械密封具有性能好、使用壽命長、運轉(zhuǎn)可靠等特點，是現(xiàn)代企業(yè)流體輸送機械應(yīng)用最廣、最有前途的密封形式，對于減少環(huán)境污染、節(jié)約能源具有重大意義。PAGE1一、機械密封原理（一）定義（圖1-1）機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流體機械的軸封裝置。（用于離心泵、離心機、反應(yīng)釜、壓縮機等設(shè)備，軸和設(shè)備腔體間存在一個圓周間隙，設(shè)備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設(shè)一道阻漏裝置。因機械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點，成為了主要的軸密封方式,又叫端面密封。）在國家有關(guān)標準中的定義：由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面組成,在流體壓力及補償機構(gòu)彈力(或磁力)共同作用下,以及輔助密封圈的配合下,該對端面保持貼合并相對滑動，而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。(二)組成密封端面：動環(huán)、靜環(huán)───摩擦副緩沖補償機構(gòu)：由彈性元件（圓柱彈簧、圓錐彈簧、波片彈簧、波紋管等）構(gòu)成。（使貼合）輔助密封圈：包括動環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈等，有各種形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等（三）密封機理4個密封點（亦稱4個泄漏點，如圖1-1）泄漏點1───摩擦端面泄漏點，依靠彈力和介質(zhì)壓力保持貼和；（動密封點,兩個摩擦福之間有相對轉(zhuǎn)動）泄漏點2───補償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封；（靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動）泄漏點3───非補償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封；（靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止）泄漏點4───壓蓋與腔體間的密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封；（靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止）傳動關(guān)系軸或軸套───緊固螺釘5──彈簧座4──彈簧3─補償環(huán)1壓蓋──防轉(zhuǎn)銷8─非補償環(huán)6原理通過一系列零件將徑向密封轉(zhuǎn)化為軸向密封，在彈簧和介質(zhì)壓力共同作用下，對由于設(shè)備運行所造成的軸向磨損可以及時補償，使軸向密封面始終保持貼合。由于機械密封（軸向密封）在運行中可以對軸向磨損進行補償，而填料密封（徑向密封）不能對徑向磨損進行補償，故機械密封比填料密封壽命長。（四）輔助設(shè)施通過沖洗、冷卻、過濾、分離等方式進行冷卻和潤滑，從而改善密封的工作環(huán)境，減少密封的泄漏量，延長使用壽命。應(yīng)當把它看作機械密封的組成部分。（五）機械密封的種類按使用條件分類（1）高速密封（ZBJ22-001-88：線速度25～100m/s）和普通密封（2）高壓和低壓密封（3）高溫、常溫和低溫密封（4）泵用釜用和壓縮機用密封（5）耐腐蝕、抗顆粒機械密封通常按結(jié)構(gòu)分類多彈簧、單彈簧密封旋轉(zhuǎn)式、靜止式密封外裝式、內(nèi)裝式密封外流式、內(nèi)流式密封（六）旋轉(zhuǎn)式和靜止式機械密封（圖1-2）（1）旋轉(zhuǎn)式：補償機構(gòu)（彈性元件）隨軸旋轉(zhuǎn)。（由于安裝方便，普通密封大多采用，但易產(chǎn)生不平衡，而且消耗攪拌功率，所以不能用于告速）（2）靜止式：補償機構(gòu)（彈性元件）不隨軸旋轉(zhuǎn)。（用于高速）（七）內(nèi)裝式和外裝式機械密封（圖1-3）內(nèi)裝式：靜環(huán)裝在壓蓋內(nèi)側(cè)，靜環(huán)端面面向工作腔。（用于溫度、壓力較高，腐蝕性不強的場合）外裝式：靜環(huán)裝在壓蓋外側(cè)，靜環(huán)端面背向工作腔。（用于低壓、腐蝕性強的場合（八）內(nèi)流式和外流式機械密封（一般和內(nèi)裝式、外裝式一致）內(nèi)流式：泄漏方向朝向軸心。（一般密封都采用這種結(jié)構(gòu)）外流式：泄漏方向朝向離心力方向。（泄漏量大，只有在壓力、溫度都不高的腐蝕性介質(zhì)中用）（九）多彈簧和單彈簧機械密封（1）多彈簧：（有叫小彈簧，軸向尺寸小，軸向彈力均勻）宜用于高速，不宜用于腐蝕性介質(zhì)。（2）單彈簧：（有叫大彈簧，軸向尺寸大，軸向彈力不均勻）不宜用于高轉(zhuǎn)速的場合。（十）平衡型和非平衡型機械密封平衡型：載荷系數(shù)K＜1.0（用于高壓場合）非平衡型：載荷系數(shù)K≥1.0（用于普通壓力場合）（十一）補償機構(gòu)形式磁力：系統(tǒng)壓力較低時用波片彈簧、錐形彈簧、螺旋圓柱大彈簧、小彈簧橡膠波紋管、聚四氟乙烯波紋管、金屬波紋管（十二）雙端面機械密封（圖1-4）兩套密封面對面或背對背安裝在一起。用于工作介質(zhì)有毒、易燃、易爆、易揮發(fā)、易結(jié)晶、高溫、低溫，或氣體、高真空度等場合。兩套密封之間形成一個密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、潤滑、冷卻，選潔凈、潤滑性好的封液介質(zhì)。（十三）串聯(lián)式機械密封（圖1-5）兩套密封沿同一方向布置，密封腔壓力逐級降低用于高壓場合。（十四）波紋管機械密封去掉了補償環(huán)密封圈及其摩擦阻力，補償環(huán)密封圈改至彈簧座處，補償環(huán)追隨性提高，而且避免了補償環(huán)密封圈因軸串、振動所產(chǎn)生的磨損。金屬波紋管用于高溫介質(zhì)，聚四氟乙烯波紋管用于腐蝕性介質(zhì)。（十五）集裝式機械密封（圖1-6）將機械密封、軸套、壓蓋組合成一個整體。安裝時只需固定壓蓋、軸套，取下定位擋塊即可。安裝方便，排除了安裝不良的影響。（一般擋塊厚度為彈簧壓縮量，從外部易于觀測）二、機械密封的基本零件（一）對摩擦副密封環(huán)的要求摩擦副密封環(huán)是機械密封的主要元件，它在很大程度上決定了機械密封的性能和壽命。因此，對它有一些基本要求。（1）足夠的強度和剛度保證在工作條件（如壓力，溫度，滑動速度等）下不損壞，變形小，工作條件波動時影響小。（2）端面有足夠的硬度、耐腐蝕性能確保使用壽命。（3）耐熱沖擊力高的導熱系數(shù)，低的線膨脹系數(shù)。（4）較小的摩擦系數(shù)，良好的自潤滑性，材料與介質(zhì)有很好的浸潤性短時間干摩擦，不損傷端面。（5）易加工，材料成本低（二）摩擦副匹配要考慮的因素（1）一般選擇一軟一硬的材料配對，軟環(huán)作窄環(huán)，如YG6/M106K，只有介質(zhì)含固體顆粒、易結(jié)晶、粘度高時才選用硬對硬。（2）盡量采用內(nèi)裝、內(nèi)流式結(jié)構(gòu)，防止機械雜質(zhì)進入密封端面，減少泄漏量。（3）選導熱性良好材料作動環(huán)。以散熱，降低端面溫度。（4）環(huán)的壁厚不可太薄，以保證整體強度、剛度，也利散熱（導熱欠佳的材料，可薄一些）。（5）動環(huán)和軸（軸套）間隙A11（0·4~0·6）以利補償靜環(huán)和軸（軸套）間隙1~3mm以免摩擦（三）密封端面寬度（1）主要決定窄環(huán)（軟環(huán)）寬度，寬環(huán)外徑—窄環(huán)外徑≥0.5，寬環(huán)內(nèi)徑≤窄環(huán)內(nèi)徑－0.5；（2）泄漏量與摩擦副端面寬度關(guān)系不大；（3）窄的端面摩擦熱少，溫度梯度小，熱變形小，磨損均勻；（4）從受力角度出發(fā)，窄的端面整體強度和剛度差，易損壞或變形。因此應(yīng)綜合考慮。對于普通密封，端面寬度推薦值如下：軸徑≤16≤35≤55≤70≤100≤120寬系列2．53．04．05．06．07．0中系列2．02．53．04．05．05．0窄系列1．52．02．02．53．03．0寬系列用于組對性能好（如YG6/M106K、SiC/M106K）、工況條件好的場合窄系列用于組對性能欠佳（如YG6/YG6、YG6/青銅）、飽和蒸氣壓高、易揮發(fā)、顆粒介質(zhì)，高速機械密封，（對于輕烴介質(zhì)，在強度夠的情況下，取窄系列）。（四）密封環(huán)的主要技術(shù)要求（１）平面度0．0009，硬質(zhì)Ｒａ≤０．２，軟質(zhì)Ｒａ≤０．４，表面不應(yīng)有裂紋、劃傷、氣孔、疏松等缺陷。（２）密封環(huán)端面與安裝輔助密封圈處的平行度、垂直度按ＧＢ１１８４－８０的７級精度要求。（３）安裝輔助密封圈處粗糙度：Ｒａ≤３．２，徑向尺寸公差Ｈ８或ｈ８。上述要求是對普通機械密封而言，對轉(zhuǎn)速較低的釜用機械密封可適當放寬標準，對高速機封要求更高。（五）摩擦副端面平面度檢測平面度0.0009，普通量具無法檢測，通常利用光波的干涉效應(yīng)來檢測。（1）光波的干涉效應(yīng)根據(jù)波動學原理，兩波產(chǎn)生干涉的條件是：（a）兩波在相遇點振向一致;（b）兩波具有相同的頻率;（c）兩波在相遇點有固定的周相差。（兩個同樣的鈉光燈不行，只有用同一光源發(fā)出的光設(shè)法分成兩束，才滿足相干條件）滿足相干條件的兩束光的疊加效果是：在波程差為波長整數(shù)倍的地方，光強度加強；在波程差為半個波長的奇數(shù)倍的地方，光強度減至零（變暗）。這就是光的干涉原理。（2）平面度檢測原理設(shè)入射角i=0，e為氣膜厚度（即是被檢測面上點到平晶的距離），λ為光波波長，δ為光的波程差，那么δ=2e＋λ/2當δ=kλ時，被檢測面上點變暗；δ=(2k＋1)λ/2，被檢測面上點變亮；（其中k=0,1,2,3,4,…，k為整數(shù)）由以上公式可以得出下面結(jié)論：`（?。┫噜弮蓷l光帶所對應(yīng)兩點的氣膜厚度差（高度差）為λ/2，（對于鈉光燈λ=0.589μm，λ/2≈0.3μm）（ⅱ）相鄰兩條光帶寬b=λ/2Sinθ，（θ為空氣膜傾斜角）（ⅲ）當e=0時，δ=λ/2（半波損失），出現(xiàn)暗條紋；（1）合格光帶舉例（2）平面度檢測器（圖2-3）平晶：由派利克斯玻璃、熔凝水晶或折射系數(shù)為1.516的光學玻璃制造。表面平面度0.1μm(2級)，0.03μm(1級)。光源:鈉光燈(λ=0.589μm)(六)密封端面的粗糙度要求密封端面承載能力與表面粗糙度有很大關(guān)系，大約有如下關(guān)系：精車磨加工研磨拋光粗糙度3.20.80.40.2承載面積（%）4124095端面比壓增加（倍）247.31.50.05由此可以看出，密封端面粗糙度應(yīng)在0.2以上，否則,端面比壓比理論值高的多，結(jié)果是高點接觸，局部壓力很高；由于摩擦副的硬度、剛度的差異，局部高點發(fā)熱甚至產(chǎn)生裂紋。石墨環(huán)表面磨出細微的環(huán)狀溝紋。泵的振動和動、靜環(huán)的不同心會加劇這種磨損。被磨掉的顆粒存在于端面中，形成磨粒磨損，磨損加劇，有時在泄漏的介質(zhì)中可以看到石墨黑漿。（七）動環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)）非補償動環(huán)(只旋轉(zhuǎn)，不能補償，其后無彈性元件。)補償動環(huán)(既旋轉(zhuǎn)，又作軸向補償，其后有彈性元件。)（?。┹o助密封圈受軸向力，軸向、徑向都起密封作用，這種密封方式較為可靠。（ⅱ）輔助密封圈只受徑向力，易產(chǎn)生老化、冷流變形，從而導致密封失效。(ⅲ)波紋管：無作軸向補償?shù)妮o助密封圈，因此，浮動性好，密封圈不易失效。（八）靜環(huán)(不旋轉(zhuǎn))非補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)不補償）：主要有三種安裝方式：浮裝式、托裝式、夾固式。補償靜環(huán)（不旋轉(zhuǎn)只補償）：其輔助密封圈情況和補償動環(huán)基本一致。（九）密封環(huán)的種類整體式(用同一種材料制造)、組合式（如鑲嵌）、表面堆焊、表面噴涂（十）整體式密封環(huán)各個部位性能均勻一致，最常用的有：石墨、Sic、鈷基硬質(zhì)合金、鎳基硬質(zhì)合金、NiCr基硬質(zhì)合金、陶瓷等。（十一）組合式整體環(huán)價格高，加工困難，因此出現(xiàn)組合式密封環(huán)。組合式包括：（ⅰ）熱裝式（ⅱ）帶密封圈式（無組合應(yīng)力、無應(yīng)力變形；開槽、打孔麻煩，多一泄漏點）（十二）熱裝式密封環(huán)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異，價格較低，運用較多。缺點：（?。┮蜻^盈接觸不均勻，而產(chǎn)生機械變形。（ⅱ）兩種材料線膨脹系數(shù)不一致，當溫度變化時，過盈量變化，會產(chǎn)生應(yīng)力變形。（十三）熱裝式密封環(huán)的過盈值選擇Δδ=δ－Dp(α1－α2)ΔT式中Δδ：工作溫度時的過盈量δ：常溫過盈量Dp：鑲嵌直徑α1：座線脹系數(shù)α2：環(huán)的線脹系數(shù)ΔT=工作溫度－常溫（20。C）（YG6：4.5×10－61/。C1Cr18Ni9Ti：16.6×10－61/。C3Cr13：11.5×10－61/。C）（1）在滿足傳遞扭矩的情況下，取最小過盈值；（2）由上式，當使用溫度為300°C時，對YG6/1Cr18Ni9Ti，過盈量為：δ=Dp（16.6－4.5）×10－6×（300－20）=3.4×10－3Dp（以便記憶）（3）長期放置的鑲嵌環(huán)，使用前要檢查平面度；（4）對大直徑、高轉(zhuǎn)速(環(huán)座產(chǎn)生離心力)、彈性模量小的材質(zhì)(4J42、鈦合金)，過盈量可相應(yīng)大一些。（5）高溫200°C以上少用熱裝式結(jié)構(gòu)，否則要核算過盈量。（十四）輔助密封圈（1）材料要求（?。┰诠ぷ鳒囟认履徒橘|(zhì)腐蝕（ⅱ）足夠的彈性（ⅲ）有一定強度(柔性石墨因強度差，使用場合受到限制)（ⅳ）耐磨（ⅴ）易加工、價格低（2）種類（?。┌床牧戏郑汉铣上鹉z、聚四氟乙烯、柔性石墨等；（ⅱ）按截面形狀分：矩形、V形、楔形、包四氟形等；（十五）傳動機構(gòu)的作用把軸或軸套的運動方式(旋轉(zhuǎn))傳遞給動環(huán)，一般是通過鍵、緊定螺釘、傳動螺釘、銷、R槽、撥叉、彈簧、波紋管等的組合來傳遞運動。（1）緊定螺釘（頂絲）傳動：在軸表面劃凹坑，否則易打滑失效，特別當直徑較大和溫度較高時。（2）鍵＋臺階傳動（3）撥叉?zhèn)鲃樱ㄒ贿呴_槽一邊伸爪）（4）并圈彈簧傳動（彈簧旋向必須和軸旋向一致）（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(十六)靜環(huán)防轉(zhuǎn)方式（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))(十七)機械密封的彈性元件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)(十八)波紋管種類橡膠波紋管：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)。(十九)焊接金屬波紋管密封制造采用厚度為0.1-0.2mm的沉淀硬化不銹鋼薄帶(AM350、0Cr17Ni17Ti、0Cr15Ni17Mo2Al、INCONEL-X-750及Ti合金、HasterlloyC-276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＞0.8~0.9）。例：AM350熱失效：真空爐850°C進行淬火處理，再進行－80°C的低溫處理(制冷劑F12)，以達到增加彈性、穩(wěn)定尺寸的目的。（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：－200~600°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）/2nB3·d2/d1E：工作溫度下彈性模量（N/mm2）：AM350：1.75×10－6(315.6°C)、INCONEL：2.14×10－6(26.7°C)、1.59×10－6(649°C)、17-7PH：2.0×10－6(21.1°C)、Ti：1.31×10－6(－196°C)、1.14×10－6(23.9°C)、0.70×10－6(538°C)。t：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。三、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：（1）耐蝕性：有良好的化學穩(wěn)定性，能抵抗介質(zhì)的腐蝕、磨蝕、溶解和溶脹。（2）物理機械性能：較高的彈性模量（E=σ（應(yīng)力）/ε（應(yīng)變），剛度=力/變形）、強度及許用［PV］值，低的摩擦系數(shù)和線膨脹系數(shù)，優(yōu)良的耐磨性、自潤滑性以及良好的不滲透性等。（3）熱力性能：很好的導熱性、耐熱性、耐寒性和耐溫度的急變性。（4）材料來源方便，易加工，成本低廉。（二）制造摩擦副的常用材料硬質(zhì)合金工程陶瓷（Al2O3陶瓷、Al2O3金屬陶瓷、Si3N4陶瓷、鉻鋼玉陶瓷、碳化硼陶瓷、噴涂陶瓷、SiC、可切削微晶玻璃）碳石墨填充聚四氟乙烯金屬材料：鑄鐵類及銅合金也有鉻鋼淬火材料下面分別予以討論。（三）碳石墨1、特點（1）具有較高導熱性，(碳導熱系數(shù)為20~40W/m·k，石墨為40~128W/m·k，)是非金屬中導熱最好的材料，僅次于銀、銅、鋁，比Hasterlloy好。（2）具有低的線膨脹系數(shù)（2~6×10－6/℃），是金屬的1/2~1/4。（3）具有良好的耐腐蝕性，在空氣中400℃以下穩(wěn)定，除強氧化性介質(zhì)（如王水、鉻酸、濃硫酸及鹵族元素）外，可耐其它酸、堿、鹽及一切有機化合物的腐蝕，其耐蝕程度隨石墨的種類和浸漬劑的不同而異。（4）具有極好的自潤滑性和低的摩檫系數(shù)，那是因為石墨和其它材料組對時，石墨轉(zhuǎn)移到其它材料表面，形成石墨和石墨相對摩檫。石墨和金屬摩檫系數(shù)為0.04~0.05，在全液潤滑條件下，f=0.008~0.01。因此它的組對性能好。（5）石墨的抗拉強度較低，抗壓強度較高，屬脆性材料。由于硬度較低，被廣泛用作軟環(huán)，易于加工。缺點是氣孔率大，一般在18%～22%。實際應(yīng)用石墨都必須是侵漬過的，以堵塞氣孔，提高密封性。2、石墨的種類石墨是采用焦炭粉和石墨粉，用瀝青作粘結(jié)劑，模壓成型，置于高溫中焙燒而成。根據(jù)所用原料和燒結(jié)溫度與時間的不同，可以制成不同物理機械性能的石墨。一種為碳素石墨，用M1表示，一種是電化石墨，用M2表示（材料組分不一樣，M2還需2400~2800℃高溫石墨化處理）。還有一種是樹脂碳石墨：燒結(jié)石墨粉碎后，用樹脂作粘結(jié)劑，混和后壓制燒結(jié)而成（M3）。M1：質(zhì)硬而脆，導熱系數(shù)低，加工困難。M2：質(zhì)軟，強度低，自潤滑性好。M3：［PV］值不高，價格便宜，石化行業(yè)較少采用。3、石墨浸漬劑種類一般浸漬后，成為不透氣制品，對導熱性無明顯影響，但強度、硬度有很大提高。常用浸漬劑有：環(huán)氧樹脂（H）、呋喃樹脂（K）、酚醛樹脂（F）、巴氏合金（B）、鋁合金（L）、銅合金（P）、銻合金（D）、銀合金（G）。F：耐酸性好H：耐堿性好K：酸堿都耐＜200℃浸金屬：耐高溫（四）硬質(zhì)合金WC金屬碳化物WC熔點非常高，要制成產(chǎn)品，用普通的冶煉方法行不通。通常把它制成粉末，混以熔點較低的金屬（Co、Ni等），壓制成型，高溫燒結(jié)，較低熔點金屬熔化，將WC粘結(jié)成一個整體，制成硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金具有以下優(yōu)良性能：（1）硬度高HRA87～94（洛氏硬度），耐磨粒磨損，是懸浮顆粒介質(zhì)的理想摩擦副。附：布氏硬度HB、洛氏硬度HRA(軟)、HRB(中)、HRC(硬)、維氏硬度HV比較HRCHRAHRBHBHV2060.299216230（20～65）70～83.6（60～100）99～137105～237檢測硬度由大到小（2）抗彎強度高1400～2000N/mm2。（3）導熱系數(shù)高，線膨脹系數(shù)小(5×10－6/℃左右)，耐高溫＞600℃。（4）摩擦系數(shù)低，組對性能好。（5）較好的耐腐蝕性，牌號不同，耐腐蝕性不同。3、種類（1）Co基硬質(zhì)合金：YG6、YG8、YG15，后面數(shù)字為Co的百分含量，Co多，硬度略下降。Co易氧化，不宜用于酸等腐蝕性介質(zhì)，但在一般溫度H2SO4.、沸點以下NaOH中可用。（2）耐蝕硬質(zhì)合金：WC—Ni：WYN8(8%CrNi)，強度為WC-Co的70-80%，硬度小0.5~1HRA。WC-Ni-Cr：W7(9%CrNi)，強度、硬度與WC-Co相當。（3）鋼結(jié)硬質(zhì)合金TiC—合金鋼：GT35、R5、R8，耐HNO3、H2SO4、氨水，不耐強堿、HCl、FeCl3液。燒結(jié)成形后可進行機械加工，然后再進行熱處理，可制作復(fù)雜零件，硬度稍差(HRC＜60~65)，比重小，自潤滑性好。（五）SiC陶瓷SiC是一種新型陶瓷，由于高密度成形技術(shù)的發(fā)展，80年代開始，國外紛紛用它作高PV值的組對材料，是到目前為止發(fā)現(xiàn)的最好的摩擦副材料，具備各種優(yōu)良性能。重量輕，為WC的1／5，比強度高，摩擦系數(shù)小，硬度略高于硬質(zhì)合金，HRA90~94，抗輻射性好，具有一定的自潤滑性，組對性好，化學穩(wěn)定性、耐熱性、熱傳導性都很優(yōu)異。在500℃以下，幾乎耐所有的酸和堿，除振動沖擊大，或有顆粒介質(zhì)場合外，幾乎所有的硬質(zhì)合金都可用它取代，價格略比WC便宜。缺點：脆性材料，抗機械沖擊性稍差。由于制造工藝不同，性能略有差異，目前主要有4種類型：反應(yīng)燒結(jié)SiC（SiC＋Si組成的致密燒結(jié)物）［（α-SiC粉＋石墨粉＋助熔劑）混和＋有機粘結(jié)劑］壓制成型，放入Si粉坩鍋內(nèi)，在真空爐加熱1600~1800℃，生成β-SiC。這種SiC由α-SiC、β-SiC、游離硅組成，由于游離Si和孔隙的存在，它不耐強堿和氧化性介質(zhì)。優(yōu)點：收縮率小，耐熱沖擊性好，成本低，適于批量生產(chǎn)。2、常壓燒結(jié)SiC采用超細SiC粉（粒度在0.1~0.2μm），加適當?shù)奶砑觿?、粘結(jié)劑壓制成型，然后在2000~2200℃的溫度下燒結(jié)而成。適用于數(shù)量少，規(guī)格品種多的密封環(huán)。致密度高達97%以上。3、熱壓燒結(jié)SiC粒度≤1μm的SiC粉，加上適當?shù)奶砑觿?，裝入石墨模具內(nèi)，在2000~2100℃的熱壓爐內(nèi)加壓（30~50MPa）制成。這是SiC中化學穩(wěn)定性最好的一種。（因為在氧化氣氛下，表面生成了一種SiO2保護膜，耐腐蝕性最好。）質(zhì)密度高達97%以上。4、氣相滲透SiC（又叫硅化石墨）以石墨為基體，按最終產(chǎn)品形狀加工好后，導入Si源，采用化學氣相沉積法在1800~2200℃的高溫下反應(yīng)生成。，滲透層厚度可達1.5mm，成SiC表層，表層還有10%的石墨，具有氣體不滲透性，C、Si之間無明顯的邊界層。這種SiC既具有碳石墨優(yōu)點，又具有SiC特性，是一種很有前途的碳基復(fù)合材料。氣相滲透SiC與常壓燒結(jié)SiC組對，可用于高速場合，即使處于半干摩擦工況條件下也不易產(chǎn)生卡滯與擦傷。（六）Al2O3陶瓷及其他陶瓷介紹1、Al2O3分為99瓷（99%Al2O3、1%MgO，HRA85~90）和95瓷（94.5%Al2O3、2%SiO2、3%CaCO3、2%Cr2O3，HRA78~82）。具有很好的耐蝕性，可以經(jīng)受各種酸類、堿類、鹽類和各種有機溶劑及強氧化劑腐蝕。硬度高，僅次于金剛石和碳化硼，耐磨性好，機械強度和普通鑄鐵差不多，材料來源廣泛，制造工藝簡單。缺點：質(zhì)脆，導熱性不好，耐熱沖擊性差。（Al2O3/Al2O3組對不行，有產(chǎn)生靜電的危險。）這種材料多用于外裝式耐腐蝕性機械密封中。2、Al2O3金屬陶瓷在Al2O3中添加少量金屬元素Fe、Cr、Ni等，以提高導熱率，降低脆性，但硬度和耐蝕性有所下降。主要用于批量較大的汽車冷卻水泵及潛水泵機械密封上。3、Si3N4耐蝕性很好，Si3N4/石墨組對性很好，而與填充玻纖PTFE組對時Si3N4的磨損大。（1）反映燒結(jié)Si3N4素坯可以機械加工，能制成形狀復(fù)雜制品，經(jīng)二次氮化后尺寸變化率?。ā?.1%），抗沖擊性好，耐腐蝕。強度、硬度是Si3N4中最低的，（因內(nèi)部有10~15%封閉氣孔）。較厚的制品不易燒結(jié)，有時會有“流硅”現(xiàn)象，僅適合PV值不高的場合。（2）熱壓Si3N4是Si3N4中性能最佳的材料，硬度高（HRA91~92），致密性好，接近理論密度3.2g/cm3，耐磨性、耐蝕性優(yōu)良。但成本高，難以制作形狀復(fù)雜零件。（3）常壓燒結(jié)Si3N4性能接近熱壓Si3N4，成本高，燒結(jié)時收縮率大15~20%，易引起燒結(jié)變形。（4）重燒結(jié)Si3N4性能接近熱壓Si3N4，制造工藝復(fù)雜，成本較反應(yīng)燒結(jié)Si3N4高。4、鉻剛玉陶瓷在Al2O395瓷坯料中引入0.5~2%的Cr2O3，經(jīng)1700~1750℃高溫焙燒而成。（密度3.46~3.47，硬度HRA84~87）耐溫度急變性能好。（用φ48/φ355×6的環(huán)，在20~400℃范圍內(nèi)進行25次冷循環(huán)處理后，用10倍顯微鏡觀察未發(fā)現(xiàn)裂紋），硬度高，摩擦系數(shù)小，化學穩(wěn)定性好，與填充玻纖PTFE組對，用于耐腐蝕機械密封，效果極好。5、碳化硼B(yǎng)4C陶瓷化學穩(wěn)定性好，硬度HRA94~96，僅次于金剛石，耐磨性能極為優(yōu)良。主要用于處理高濃度、磨蝕性介質(zhì)作摩擦副組對材料，特別適用于泥沙介質(zhì)。缺點：加工困難（需熱壓成型工藝），成本高，熱抗震性也不太好。6、噴涂陶瓷用等離子技術(shù)在密封環(huán)端面或軸套表面噴上一層耐磨耐蝕涂層，一般為Cr2O3涂層，厚0.3~0.5mm。硬度高、耐磨、耐蝕，但涂層內(nèi)部有4~10%的氣孔，還需進行樹脂封孔處理（國外用先進的重熔技術(shù)進行封孔）。其組對多為硬度低于70HS的石墨，其使用的PV值較低，使用溫度≤200℃，廣泛用于醋酸等介質(zhì)。從日本進口的機械密封約有1/3采用這種組對。Al2O3也可作噴涂材料性能與Cr2O3相差不大。（七）表面堆焊硬質(zhì)合金在密封環(huán)表面堆焊一層硬質(zhì)合金，以提高耐磨性、耐蝕性，且價格較低。國外命名為Stellite（司太立特），常用堆焊材料如下：（1）鉻基1號電焊條TDCrC-1HRC48-54良好的耐汽蝕、耐腐蝕性。氣焊絲SDCr-1HRC48-54良好的耐汽蝕、耐腐蝕性。（2）鈷基1號電焊條TDCoCr-1HRC40-45耐酸性好氣焊絲SDCoCr-1HRC40-45耐酸性好（3）鈷基2號電焊條TDCoCr-2HRC44~48耐高溫，在高溫下保持高硬度氣焊絲SDCoCr-2HRC46-50耐高溫，在高溫下保持高硬度以上堆焊雖具有一定的耐蝕性，但不耐強酸、熱堿的腐蝕。硬度不算高且不均勻，抗熱裂能力較差，且堆焊工藝要求較高，不宜用于帶顆粒介質(zhì)的密封和高速機械密封，在泵用機械密封中已很少采用，但在PV值不高的釜用機械密封中仍然占有重要地位。（八）作摩擦副的金屬材料鑄鐵類（1）普通灰口鑄鐵（HT200、HT250）：耐磨性、導熱性優(yōu)于堆焊硬質(zhì)合金；耐蝕性差，只能用于中性介質(zhì)和PV值不高的場合。（2）球墨鑄鐵（QT600-3、QT700-2：）耐磨性、導熱性優(yōu)于堆焊硬質(zhì)合金；耐蝕性差，只能用于中性介質(zhì)和PV值不高的場合。（3）高硅耐蝕鑄鐵：表面有SiO2保護膜，是優(yōu)良耐酸材料。耐各種濃度H2SO4、HNO3、有機酸、酸性鹽，不耐強堿、鹽酸、氫氟酸、FeCl3熱溶液。（4）高鎳鑄鐵Ni-Resist：（同上）合金鋼（用于弱腐蝕介質(zhì)）3Cr13、4Cr13、9Cr18高速工具鋼、軸承鋼銅合金青銅SQSn6-6-3、SQSn10-1：具有良好的導熱性、耐磨性、加工性、對硬質(zhì)材料的相溶性，但質(zhì)軟，耐腐蝕性差。適用于油、鹽類、醇、脂肪酸、海水中介質(zhì)。不適用于乙烯、芳烴等介質(zhì)。（九）填充聚四氟乙烯聚四氟乙烯特點（用作輔助密封圈）（1）耐腐蝕性好，幾乎能耐所有的強酸、強堿、強氧化劑的腐蝕。目前發(fā)現(xiàn)的只有熔融堿金屬（或它的氨溶液）、元素氟及ClF3在高溫下與它要起反應(yīng)。（2）使用溫度范圍廣（－180~260℃），耐水性、耐老化性、不燃性、韌性及加工性都很好。（3）它是一種極好的減磨、自潤滑材料（其分子結(jié)構(gòu)決定了表面分子易滾動和滑動，與其他材料對磨時，分子首先向?qū)δゲ牧限D(zhuǎn)移，形成0.02~0.03μm的薄膜），摩擦系數(shù)低0.04~0.12。（4）具有奇特的冷流行：即在負荷作用下，發(fā)生蠕變。（5）線膨脹系數(shù)大50~150×10－6/℃（－200~15℃）150~530×10－6/℃（15~30℃）120~590×10－6/℃（30~300℃）填充聚四氟乙烯的組對特點填20%玻纖PTFE/鉻剛玉陶瓷在稀硫酸中運用最佳填20%玻纖PTFE/Si3N4Si3N4磨損大填20%碳纖維PTFE/多種陶瓷搪瓷釜212機封首選材料填15%玻纖、5%碳PTFE/Al2O3強腐蝕介質(zhì)填15%聚苯、3%碳PTFE/Al2O3氯氣泵填15%Ti白粉、5%玻纖PTFE/SiC硫酸、硝酸介質(zhì)填玻纖可運用于醫(yī)藥、食品機械（6）導熱系數(shù)小（0.244w/m.k），與金屬相差300多倍。2、填充聚四氟乙烯（用作摩擦副）為了克服聚四氟乙烯的不足，往往在其間加入各種添加劑，以改善其性能。常常加入10~20%的石墨、玻纖、青銅粉、SiO2、MoS2等，可改善導熱性，減小線脹系數(shù)，其它性能也得到改善，但耐蝕性略有下降。（十）輔助密封圈材料要求1、良好的彈性，硬度合適且壓縮永久變形小。2、耐高低溫的老化性能好。3、耐介質(zhì)腐蝕、溶解、熔脹、溶縮、硬化。4、較小的摩擦系數(shù)，耐磨耗，有一定的抗撕裂強度。5、來源方便，成本低廉。（十一）合成橡膠1、丁腈橡膠（NBR）（－40~120℃）它是丁二烯和丙烯腈的共聚物。常用的丙烯腈含量為40%（丁腈—40），耐油，抗老化性良好，并且又耐熱、耐磨、耐一定腐蝕。廣泛用于接觸汽油及其他油類設(shè)備，也耐堿、非氧化性稀酸，不耐氧化性酸（如硝酸、鉻酸）、芳烴、酯、酮、醚、鹵代烴等。煉油廠凝縮油中由于含有芳烴等介質(zhì)，故不適用。低溫下也不宜采用。2、氟橡膠（FPM）（－20~250℃）它是含氟的高聚合物，目前由三個品種：FPM2301（23—11）：具有優(yōu)異的耐強酸性能。FPM2602（26—41）：耐熱性能、耐溶劑性能優(yōu)于FPM2301，但工藝性能較差。FPM2461（246）：耐熱、耐溶劑性能比FPM2602還要好。目前一般都用FPM2602，可以在250℃以下長期使用，300℃以下短期使用。耐蝕性是橡膠中最好的，但低溫性能差，價格貴。不宜在酮類、酯類溶液中使用，壓縮永久變形大。3、硅橡膠（MVQ）由二甲基硅氧烷與其他有機硅單體聚合而成。具有很寬使用范圍（－100~350℃），在200~300℃下可長期使用，無毒無味，主要用于高、低溫下的動植物油、礦物油、氧、弱酸、弱堿等。缺點：強度低，不耐磨，價格高。4、乙丙橡膠（－40~150℃）乙烯與丙烯聚合而成。特別能耐磷酸酯系液壓油、酮、醇溶液和酸、堿，同時耐高壓水蒸汽，耐侯性、耐臭氧性好。但在礦物油和二酯系潤滑油中膨脹大，不宜使用。5、氯醇橡膠（－30~130℃）耐熱油、耐空氣老化、低溫彈性好、耐磨性稍差，主要用于冷凍機介質(zhì)為氟里昂的機械密封。（十二）柔性石墨（也稱膨脹石墨）屬于純石墨，無任何粘結(jié)材料。1、耐溫性好，在非氧化性介質(zhì)－200~1600℃、氧化性介質(zhì)400℃以下可以使用。2、耐腐蝕性優(yōu)良，對一般化學溶劑、石油產(chǎn)品、酯類、蒸汽和還原性介質(zhì)均保持良好的化學穩(wěn)定性。3、良好的柔性、回彈性、氣密性、耐輻照性、自潤滑性。4、強度差。在高溫機械密封（金屬波紋管機械密封）中，它是最好的材料。（十三）彈性元件材料1、彈簧材料要有足夠的強度，耐介質(zhì)腐蝕，在工作溫度下長期使用剛度不衰減或衰減很少。常用材料有1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti（耐腐蝕、耐高低溫）、0Cr17Ni8Al、0Cr15Ni7Mo2Al（耐腐蝕、耐低溫、耐高溫不失彈性、又可熱處理）、Ni66Cu3Fe（Monel）（強腐蝕介質(zhì)：如氫氟酸）、Ni76Cr16Fe8（Inconel）（耐高溫和強腐蝕）、Hasterlloy（耐強腐蝕）等一般根據(jù)《腐蝕手冊》選取。2、金屬波紋管材料按腐蝕程度分為三級：（1）AM350沉淀硬化不銹鋼（我國可用0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al、0Cr17Ni4Cu4Nb（鈮）代替），使用溫度≤315℃，低溫易碎裂，廣泛用于煉油廠。（2）Inconel718鎳基高溫合金：更耐蝕，在石油化工部門廣泛應(yīng)用。（3）Hasterlloyc—276（十四）機械密封中基體材料1、鑲嵌環(huán)座3Cr13（線脹系數(shù)11.5×10－6/℃）、1Cr18Ni9Ti（線脹系數(shù)17.2×10－6/℃）、Cr18Ni12Mo2Ti（線脹系數(shù)16.7×10－6/℃），使用溫度≤200℃。Capenter42（相當于我國的4J42，含Ni42%的Fe-Ni合金，線脹系數(shù)5×10－6/℃）使用溫度超過400℃。鈦材（線脹系數(shù)8~9×10－6/℃）耐蝕性好。2、其它材料常用鉻鋼、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti等，根據(jù)介質(zhì)腐蝕情況選取。1Cr13和3Cr13都屬于馬氏體不銹鋼，由于含鉻13%，能在陽極區(qū)域基體表面形成一層副鉻的氧化物保護膜，這層膜會阻礙陽極區(qū)域的反應(yīng)并增加電極電位致使基體電化學腐蝕過程減緩，從而獲得一定的耐蝕性。由于鈍化在氧化環(huán)境下才能產(chǎn)生，所以它們主要在氧化性介質(zhì)中才是不銹的。1Cr13實際應(yīng)用都是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)組織為回火索氏體情況下使用的，3Cr13可以通過高溫淬火后低溫回火得到回火馬氏體，其硬度達HRC58~64,可作摩擦副。1Cr18Ni9Ti屬于奧氏體型不銹鋼，其強度、硬度（HB135）均很低，無磁性，其塑性、韌性及耐蝕性均較Cr13型不銹鋼好。其中含約18%的鉻的主要作用是產(chǎn)生鈍化，提高陽極電極電位；含約9%的鎳的主要作用是降低馬氏體形成溫度，使鋼在室溫時獲得單相奧氏體組織。鋼中加鈦的目的是為了抑制在晶界上析出（Cr，F(xiàn)e）23C6碳化物，消除晶間腐蝕傾向。Cr18Ni12Mo2Ti由于加入了2%的鉬，其耐蝕性比1Cr18Ni9Ti更好，特別是在非氧化性酸和熱的有機酸、氯化物中的耐蝕性要比鉻鎳不銹鋼好得多，抗孔蝕的能力也較好。四、機械密封輔助系統(tǒng)（一）為什么機械密封要采用輔助系統(tǒng)1、機封工作條件的苛刻性在流體機械中（如泵、壓縮機、攪拌釜、離心機等），工作條件最苛刻的部件要算機械密封。(1)象推力軸承那樣承受軸向力(2)象散熱器那樣把產(chǎn)生的熱量導出(3)在高溫高壓易腐蝕情況下，靜密封已經(jīng)很困難，還要在高速旋轉(zhuǎn)中，在幾毫米寬的密封面上實現(xiàn)動密封就更加困難。2、輔助系統(tǒng)可以改善密封工作環(huán)境（1）無輔助系統(tǒng)，就只能改進密封結(jié)構(gòu)，提高材質(zhì)。（代價高，不能從根本上解決問題。）（2）實際工作中，不用任何輔助設(shè)施的機械密封幾乎沒有。如高壓使用的串聯(lián)機械密封、高溫泵機械密封都必須采用相應(yīng)輔助設(shè)施。（3）（通過輔助系統(tǒng)）苛刻工況變?yōu)槊芊饪山邮芄r（機械密封效果大大提高，使用范圍更加廣泛，對密封本身材料要求降低，機械密封成本下降。）。3、機械密封端面摩擦熱（會導致端面溫度升高）得以控制（端面摩擦熱過高有下列危害：（1）液膜汽化磨損加劇密封失效；（2）端面熱變形加大泄漏和磨損；（3）加劇腐蝕；（4）輔助密封圈老化變質(zhì)從而失效；（5石墨浸漬物碳化或熔化而產(chǎn)生泄漏。所以端面溫升是機械密封的大敵。）4、采用輔助系統(tǒng)的目的（1）減小溫升，保持端面良好潤滑（使機械密封各零件良好、正常地工作）。（2）（在易汽化介質(zhì)中）保持密封腔壓力高于飽和蒸氣壓，使之不汽化。（3）在低溫泵中保溫和供熱。（4）對于有固體顆粒出現(xiàn)的結(jié)晶和強腐蝕介質(zhì)的密封，能保持密封不受損壞。5、較好工況下，采用輔助系統(tǒng)，會提高密封穩(wěn)定性和使用壽命。（有的密封工作溫度、壓力、轉(zhuǎn)速不太高。不用輔助系統(tǒng)也可以工作。）6、輔助系統(tǒng)屬于機械密封的組成部分（根據(jù)不同工況采用不同的輔助系統(tǒng)。國際上通用的美國石油學會標準（離心泵API610）對此都作了具體規(guī)定）（二）什么是輔助系統(tǒng)1、定義為改善密封工作環(huán)境，采用許多元件和設(shè)施組成一個系統(tǒng)，通過沖洗、冷卻、過濾、分離和保溫的方式，實現(xiàn)對密封的潤滑、冷卻或調(diào)溫、沖洗、凈化，稀釋和沖掉泄漏介質(zhì)，改善密封的工作環(huán)境。這種用來改善機械密封工作條件的輔助設(shè)施被稱為機械密封的輔助系統(tǒng)。它由許多元件組成，包括過濾器、旋液分離器、限流孔板、冷卻器、壓力罐、增壓罐、各種監(jiān)測儀表、管路、管件等組成。實際工作中可用一種或幾種，根據(jù)工作條件而定。2、元件（1）儲罐（圖5-1）壓力容器用于隔離流體循環(huán)系統(tǒng)。（可采用氣體加壓，也可加蛇管換熱裝置。）上面有液位計。（可裝上手動補液裝置）ⅰ）平衡罐：與釜內(nèi)氣相空間相連與釜內(nèi)壓力平衡的儲罐。ⅱ）加壓罐：與高壓氣體鋼瓶（或高壓氣體源）通過減壓閥相連加壓的儲罐。（2）增壓罐（圖5-2）：借助自身帶有的壓力活塞保持與密封介質(zhì)的壓差，并儲存隔離流體，帶有裝蛇管的冷卻夾套。（3）換熱器（圖5-3）（4）磁性過濾器（圖5-4）：適用于固體密度接近或小于流體密度，分離精度10~100μm，并能除去磁性微粒。易堵塞，兩套并聯(lián)使用以便清洗。（5）旋液分離器（圖5-9）：適用于壓差0.15~0.8MPa，固體成分＜10wt%。（6）節(jié)流套（圖5-5、5-6：分浮動式和固定式）（7）孔板（圖5-10）：控制流量。（8）循環(huán)輪（圖5-7）：旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生泵效作用，使流體流動循環(huán)。（9）循環(huán)套（圖5-8）：旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生泵效作用，使流體流動循環(huán)。3、主要功能（1）主要作用是沖洗將沖洗流體注入到密封腔中，完成潤滑、冷卻、凈化等功能，將不利的環(huán)境改變?yōu)槊芊饽芙邮艿沫h(huán)境。沖洗的種類很多，按沖洗方式和沖洗流體的不同可分為三種：?。┳詻_洗（或介質(zhì)沖洗）依靠泵本身產(chǎn)生的壓差（或密封腔內(nèi)的泵送裝置產(chǎn)生的壓差）使密封介質(zhì)通過密封腔形成閉合回路，介質(zhì)在當中循環(huán)實現(xiàn)沖洗。ⅱ）循環(huán)沖洗通過產(chǎn)生壓差的設(shè)施（泵送環(huán)、外加油站、熱虹吸）使外加封液進行循環(huán)，達到?jīng)_洗的目的。ⅲ）注入式?jīng)_洗（簡稱沖洗）被密封介質(zhì)不宜作沖洗流體時，從外部注入另一種液體到密封腔內(nèi)，改善密封工作條件。（2）溫度調(diào)節(jié)（冷卻、保溫）用溫度適當?shù)牧黧w，對密封腔、靜環(huán)及其他零部件進行冷卻或保溫（或加熱），以提高密封穩(wěn)定性，延長使用壽命。（這些設(shè)施不與被密封流體接觸（或混和），沖洗也具有冷卻作用。）（3）過濾和分離在沖洗管路中，用過濾器和旋液分離器將沖洗液中雜質(zhì)濾掉，以保證密封面不受損傷。（三）自沖洗的形式1、按壓差種類分：（1）利用泵本身壓差實現(xiàn)的沖洗（2）利用密封腔中的升壓裝置（小葉輪、漩渦葉輪和泵送螺旋等）使密封流體循環(huán)。2、按密封流體的流動方向分：（1）正向沖洗：從泵出口經(jīng)限流孔板到密封腔中。從泵內(nèi)部引流（API610plan1正向直通式?jīng)_洗流程）從外部引管線（API610plan11正向旁通式?jīng)_洗流程）外加換熱器（API610plan23介質(zhì)循環(huán)沖洗流程）（2）反向沖洗：從密封腔經(jīng)限流孔板到泵入口。（API610plan13反向旁通式?jīng)_洗流程）（3）（對雙支承泵采用）兩向沖洗（圖5-26）：出口端密封腔壓力高于入口端，將兩端密封腔用管線連接起來。對出口端是反向沖洗，對入口端是正向沖洗，故稱為兩向沖洗。（4）貫穿沖洗（圖5-29）：沖洗液從泵出口經(jīng)孔板引入密封腔中，沖洗後流向泵入口。這種方式多用在低沸點液體的密封上。要求位于葉輪和密封之間的底套間隙較小。上述各種沖洗用于溫度不高的清潔流體。溫度高管路中加冷卻器，流體不清潔管路中加過濾器。（四）循環(huán)沖洗沖洗流體用外加流體（隔離流體），而不是泵送介質(zhì)，通過一個泵送裝置使外加的密封流體進行循環(huán)，這個泵送裝置既可以是外加的油站，也可以是密封腔中的泵效環(huán)或利用熱虹吸原理，這種方式用于雙端面或串聯(lián)式機械密封上。（1）隔離流體循環(huán)沖洗流程7：儲罐內(nèi)循環(huán)（串聯(lián)式）（循環(huán)套）（圖5-15）流程8：平衡罐內(nèi)循環(huán)（雙端面釜用機械密封）（循環(huán)套）（圖5-16）流程9：加壓罐內(nèi)循環(huán)（雙端面機械密封）（循環(huán)套）（圖5-17）流程10：增壓罐內(nèi)循環(huán)（帶活塞、雙端面釜用機械密封）（循環(huán)套）（圖5-19）流程11：隔離流體外循環(huán)（雙端面）（圖5-18）使用流體供給站提供的隔離流體，并依靠它維持隔離流體與密封介質(zhì)的壓差，以及控制隔離流體的流量。（2）隔離流體熱對流沖洗流程12：熱對流流程；油杯，冷卻、潤滑。（釜、外裝、單端面）（圖5-14）流程13：儲罐熱虹吸（串聯(lián)式）（圖5-20）流程14：平衡罐熱虹吸（釜用雙端面）（圖5-21）流程15：加壓罐熱虹吸（雙端面）（圖5-22）流程16：增壓罐（活塞）熱虹吸（釜用雙端面）（圖5-23）（五）注入式?jīng)_洗對于內(nèi)裝單端面機械密封，當被密封介質(zhì)不宜作沖洗液時（如含固體顆粒，比如煉油廠催化裂化裝置中的油漿泵）或溫度高、粘度大（如煉油廠常減壓裝置中的塔底泵），需從外部引入密封流體（煉油廠常用蠟油和柴油餾分）注入到密封腔中，改善密封工作環(huán)境。適用于單端面密封的高溫泵，易結(jié)晶、含固體顆?；蚋g性介質(zhì)泵。流程5：沖洗流體內(nèi)沖洗（圖5-24）流程6：沖洗流體外沖洗（圖5-25）（六）沖洗液進入密封腔的方式?jīng)_洗液進入方式分為兩種：1、單點沖洗：沖洗液由一個入口進入密封腔中沖洗密封。（1）徑向沖洗（圖5-30a）密封流體沿徑向垂直沖洗摩擦副，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較多，但沖洗量不可過大，以防沖壞石墨環(huán)。（2）軸向沖洗（圖5-30c）密封流體沿軸向進入密封腔，避免沖蝕石墨，可用于腐蝕性介質(zhì)機械密封。（3）切向沖洗（圖5-30b）沖洗液沿切向沖洗摩擦副，是單點沖洗中較好的方式。單點沖洗的特點：結(jié)構(gòu)簡單，但密封周圍溫度分布不均。為避免沖蝕石墨環(huán)，徑向沖洗流速不超過3m/s，沖洗孔直徑不小于5mm，為此需控制沖洗流量。2、多點沖洗（圖5-31）沖洗液沿圓周多個小孔同時進入密封腔,并起沖洗作用。特點：摩擦副周圍溫度較均勻，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需增加一個沖洗環(huán)，內(nèi)設(shè)6-8個小孔，孔徑3-4mm。適用于易汽化介質(zhì)，或產(chǎn)生摩擦熱較多的高PV值場合。沖洗孔位置應(yīng)盡量開設(shè)在摩擦副處，以便更好地把熱量導走。單點沖洗不能直接對準石墨環(huán)，也不能遠離摩擦副。（七）沖洗量的確定沖洗帶走熱量=摩擦熱+攪拌熱+流體傳遞熱-(壓蓋急冷，密封腔夾套冷卻，自然冷卻)所散失熱量。根據(jù)長期的實踐和經(jīng)驗，沖洗量在3~30L/min，可根據(jù)軸徑和介質(zhì)種類選取。對易揮發(fā)介質(zhì)或溫度較高介質(zhì)，可適當再選大一些。一般介質(zhì)泵用機封的沖洗量（≤3000rPm）軸徑mm≤4545~6060~8585~9595~135135~185185~235235~275275~300沖洗量L/min34681115192634（八）沖洗量的控制沖洗量可以用節(jié)流閥來調(diào)整，也可以用限流孔板來控制。由于節(jié)流閥沒有量的概念，所以現(xiàn)在大多用限流孔板。按需要的沖洗量和孔板前后的壓差來確定孔板直徑。如果用法蘭聯(lián)接式孔板，沖洗量和孔板直徑可以通過下表查得：通常，對于不作冷卻的沖洗量控制不是很嚴，對于冷卻后再作沖洗的，量要求較準確，這涉及到冷卻水量和冷卻后的溫度。如果沖洗量很少，孔板直徑又不能太?。ㄌ∪菀锥氯?，可采用兩個孔板串聯(lián)的方法。采用自沖洗時，泵出口裝一孔板，經(jīng)冷卻器后再裝一孔板，通過兩個串聯(lián)孔板的流量約等于一個孔板流量的70﹪。（九）沖洗壓力的確定沖洗壓力要適當，壓力太小，沖洗液無法進入密封腔；沖洗壓力太大，注入沖洗量過多，浪費能量。如果是注入式?jīng)_洗，注入量過多，大量的密封液進入泵內(nèi)，對生產(chǎn)不利。因此，對沖洗壓力要提出要求。沖洗壓力與沖洗的方式，介質(zhì)壓力及壓力變化情況有關(guān)。對于泵用機械密封，工作壓力在2Mpa以下，壓力變化不大而又較為準確的情況下，沖洗壓力比密封腔內(nèi)壓力大0.05~0.2Mpa。壓力變化較大時，其差值取0.1~0.2Mpa?？捎檬謩娱y人工調(diào)節(jié)，如果用調(diào)節(jié)閥來自動控制更好，這是對循環(huán)沖洗和注入式?jīng)_洗而言。對于用限流孔板的自沖洗，孔板前后分別為泵出口壓力和密封腔壓力，因此，不再另行規(guī)定。（十）密封腔中壓力的確定要確定沖洗壓力，必須確定密封腔中壓力。密封腔中壓力與泵的支撐結(jié)構(gòu)有關(guān)，（雙支撐和懸臂式泵密封腔中壓力不同），也與泵的吸入口位置和軸向力的平衡方式有關(guān)，此外，還與泵的磨損狀況及揚程有關(guān)。1、對于雙支撐泵，單級雙吸式葉輪，兩端密封腔壓力均等于泵入口壓力。2、兩級雙支泵：入口端密封腔壓=泵入口壓力出口端密封腔壓=一級葉輪出口壓力（即二級葉輪的入口壓力）=（泵入口壓力+出口壓力）/23、對于用平衡盤（鼓）平衡軸向力的多級雙支撐泵：入口端密封腔壓力=泵入口壓力出口端密封腔的壓力（取決于平衡鼓的徑向間隙）=泵入口壓力+0~0.05Mpa(直徑間隙0.4~0.5mm時)出口端密封腔的壓力=泵入口壓力+0.1~0.2(直徑間隙0.55~0.7mm時)出口端密封腔的壓力=泵入口壓力+0.25+0.35Mpa(直徑間隙0.75~0.9時)4、對于靠葉輪對稱布置平衡軸向力的多級雙支撐泵:入口端密封腔壓=泵入口壓力出口端密封腔壓P=（i-1）（Po-Pr）/n+PrPo：泵出口壓力；Pr：泵入口壓力；n：多級泵葉輪數(shù)量；i：多級泵出口端靠近密封腔處葉輪的級數(shù)5、對于懸臂式兩級泵（如80Y—100×2）；密封腔壓力=泵入口壓力6、對于懸臂式單級泵：密封腔中壓力也與軸向力平衡方式，葉輪和泵體的口環(huán)間隙有關(guān)。葉輪帶平衡孔的懸臂泵：當口環(huán)間隙不大時，密封腔壓基本上=泵入口壓力；當口環(huán)間隙較大時，密封腔壓=泵如口壓+0.05~0.1MPa對于其他泵密封腔壓要根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)和揚程等條件確定.。需要說明的是，確定密封腔壓力最好是實測。一般在沖洗管路上靠近密封腔安裝有壓力表，當沖洗液沒有進入，及沖洗閥沒有打開時，表壓即為密封腔壓力。（十一）對沖洗流體的要求對沖洗流體有如下一些要求：（1）清潔，無腐蝕性，與泵介質(zhì)相容，工作溫度下有較好潤滑性。（2）進入泵內(nèi)不影響產(chǎn)品質(zhì)量，泄漏出來不污染環(huán)境，無其他不良影響。（3）進入泵內(nèi)不影響泵的運轉(zhuǎn)，如不引進抽空，汽蝕。（4）導熱性好，溫度合乎要求。（5）價格低廉。（十二）熱油泵的沖洗液選擇熱油泵最為典型的是常減壓蒸餾裝置中的常壓塔底泵，減壓塔底泵，催化裂化裝置中的油漿泵等。它們的共同特點是：溫度高360~370℃，介質(zhì)中含有雜質(zhì)，粘度較高，是煉油廠中機泵維修工作的難題之一。為改變機封的工作環(huán)境，常采用注入式?jīng)_洗，（指單端面機封）有的單位沖洗液用柴油，在煉油廠雖然易得到，其他性能也較好，但是它畢竟是產(chǎn)品，再和上述重油混合，在經(jīng)濟上是不合算的。更主要的是容易引起泵的抽空，（因柴油是170~360℃組分，在270~300℃有50%以上組成汽化，350℃時90%以上組分汽化）。顯然，輕柴油對上述熱油泵不適宜。用催化裝置的原料油（蠟油）作沖洗流體就克服了上述缺點。既降低了成本（蠟油不是產(chǎn)品），又避免了泵抽空。為降低蠟油粘度，?？刂破錅囟仍?00℃左右。（十三）烷基化裝置中濃硫酸泵的沖洗液的選擇對用濃硫酸作催化劑的烷基化裝置，腐蝕性很強，自沖洗顯然不行，只好用注入式?jīng)_洗。沖洗液用柴油可以，但是該裝置沒有。水也不能用，它會影響生產(chǎn)，也加劇腐蝕。根據(jù)對沖洗液的要求，選擇該裝置的產(chǎn)物（C4~C9混合物），該混合物從密封進到泵內(nèi)后不降低酸的濃度，和酸一同經(jīng)泵進入反應(yīng)器，僅僅少量的反應(yīng)產(chǎn)物在泵和反應(yīng)器之間循環(huán)而已，改善了密封工作環(huán)境，延長了工作壽命。（十四）輕烴、輕油泵密封沖洗液的選擇輕烴、輕油：粘度低，較清潔，飽和蒸汽壓較高，容易汽化。根據(jù)這些特點，沖洗液應(yīng)降低端面溫度，保持密封腔壓力，使介質(zhì)不汽化。常用正向自沖洗，多點沖洗或單點的切向沖洗，沖洗液在密封腔中流動方向和軸旋轉(zhuǎn)方向一致。根據(jù)沖洗量的要求，在沖洗管路上加相應(yīng)直徑的限流孔板，最好在孔板上游再加過濾器（開工初期系統(tǒng)雜質(zhì)較多）。如介質(zhì)溫度稍高，可在密封腔的夾套中，通冷卻水，降低密封腔溫度。如果介質(zhì)溫度很高，可在沖洗管路上加冷卻器。對輕油泵，可在密封壓蓋上通冷卻水，但是輕烴泵不用，防止泄漏時結(jié)冰。（十五）機械密封的冷卻方式（沖洗的作用是潤滑、冷卻、凈化）冷卻的作用是及時導出端面的摩擦熱和減小高溫介質(zhì)的影響?？煞譃閮煞N方式：1、直接冷卻：（冷卻液體直接和密封端面接觸達到冷卻的目的）。（1）冷卻流體注到密封腔中，冷卻密封端面（即前面談的各種沖洗）（2）在壓蓋的大氣端通以冷卻水主要冷卻靜環(huán)的內(nèi)圈，這種方法一般稱為“急冷”（或背冷）。冷卻水不能回收，冷卻后放掉。這種冷卻兼有稀釋和沖洗泄漏介質(zhì)的功能。2、間接冷卻（冷卻液不和端面接觸，通過冷卻水套、壓蓋夾套或其他方法（如冷卻靜環(huán)）達到冷卻的目的。）3、美國石油學會關(guān)于煉油廠離心泵的標準中（API610）規(guī)定，下列情況需設(shè)置夾套或盤管冷卻：（1）泵送溫度超過149℃（300F），除非使用的是金屬波紋管機封；（2）泵送溫度高于315℃（600F）（3）鍋爐給水泵（4）無沖洗的密封（5）低閃點液體；（易汽化）（6）高熔點產(chǎn)品（加熱）4、冷卻方式的選取（國外推薦方式）溫度℃介質(zhì)~5060708090100110120130140150＞150透平油等潤滑性好的油類自沖洗自沖洗+靜環(huán)冷卻或背冷密封腔中設(shè)冷卻水套左面措施+沖洗管路上加冷卻器其他介質(zhì)自沖洗自沖洗+靜環(huán)冷卻或背冷采取有冷卻的自沖洗密封腔中設(shè)冷卻水套（十四）輔助設(shè)施在何種工況下必須選用：工作溫度超過密封件允許溫度高粘度、低粘度及易揮發(fā)介質(zhì)有毒及有害介質(zhì)含有機械雜質(zhì)及結(jié)晶介質(zhì)重型機械密封五、機械密封性能的影響因素(一)密封性的影響因素1、密封件本身方面：結(jié)構(gòu)、材料、制造等。（取決于制造廠）2、使用條件方面：安裝、介質(zhì)性質(zhì)、操作使用等（取決于用戶）。這里只討論密封件本身的影響因素。（二）機械密封端面的摩擦狀態(tài)1、液體摩擦兩端面被具有一定壓力和一定厚度ho的液膜隔開。液膜厚度ho=3~10цm，遠大于密封表面的粗糙度Ra，兩平面不接觸，不磨損。摩擦系數(shù)取決于介質(zhì)的性質(zhì)（如粘度等），與摩擦副材料無關(guān)，因泄漏量大，普通機械密封不予采用。2、混合摩擦兩端面高點接觸，其間仍存在局部中斷的液膜，液膜厚度ho和端面縫隙高度處于同一數(shù)量級。載荷由液膜及端面高點共同承擔。因此，端面存在輕微磨損。摩擦系數(shù)取決于介質(zhì)性質(zhì)和摩擦副材料，泄漏量不多。普通機械密封大多處于混合摩擦狀態(tài)。德國E.邁爾提出混合摩擦泄漏量Q的經(jīng)驗公式：Q=C2πd(P1-P2)η(vb)1/2/P比2C2：系數(shù)d：端面平均直徑(P1-P2)：壓差η：粘度V：線速度b：端面寬度P比：端面比壓3、邊界摩擦（1）隨著端面比壓的增大，液膜厚度ho進一步減小，摩擦副表面的高峰接觸及相互作用的數(shù)目增多，液膜厚度只有幾個分子厚，并且不連續(xù)，液膜壓力趨近于零，載荷幾乎全由表面的高峰承擔。摩擦系數(shù)與液膜介質(zhì)粘度沒多大關(guān)系，主要取決于膜的潤滑性能和摩擦副材料。存在磨損，磨損量不大，泄漏量很小，是機械密封理想的摩擦狀態(tài)。E.邁爾經(jīng)驗公式為：泄漏量Q=лd（P1-P2）h2s/P比2h：縫隙高度（粗糙度）s：縫隙系數(shù)與介質(zhì)粘度、端面寬度無關(guān)。（2）出現(xiàn)邊界摩擦的條件邊界摩擦只有在低速和高比壓下才可能出現(xiàn)。（前蘇聯(lián)學者認為：平均線速度v>5m/s、<0.98Mpa不會出現(xiàn)邊界摩擦。）出現(xiàn)邊界摩擦的條件是：（三條必須同時滿足）I)兩密封端面是平行的，在外徑處平行度之和≤0.06μm。II)在某一具體的表面粗糙度下，端面比壓/介質(zhì)壓力要達到一定程度，使縫隙不能形成液膜壓力。III)P比＞65Mpa（2）邊界摩擦的特點：摩擦系數(shù)只與端面材質(zhì)、粗糙度有關(guān)，與介質(zhì)載荷系數(shù)、滑動速度無關(guān)。4、干或半干摩擦狀態(tài)兩端面直接接觸，中間無液膜，端面吸附有氣體（或介質(zhì)的蒸汽）或氧化層。摩擦主要取決于兩表面的固體作用，磨損嚴重，并且與摩擦副材料及載荷有很大關(guān)系。隨著磨損的加劇泄漏量增大，機械密封應(yīng)盡量避免干或半干摩擦。以上幾種摩擦狀態(tài)，在機械密封中都可能存在，在某種條件下可以互相轉(zhuǎn)化。實際工作中以混合摩擦狀態(tài)居多數(shù)。對于壓力較高和速度較低的機械密封（如攪拌釜）。當制造精度和安裝水平較高時，則多數(shù)呈邊界摩擦。（三）載荷系數(shù)對密封性能的影響載荷系數(shù)k=介質(zhì)有效作用面積/端面面積K大：P比大，密封穩(wěn)定性和可靠性好，但是，摩擦熱大，端面溫度高，介質(zhì)易汽化，液膜破壞，磨損加快，壽命減短。所以根據(jù)工況適當選取K值。介質(zhì)壓力較高時；采用平衡型機封，對內(nèi)裝內(nèi)流式機封，取K=0.75~0.85介質(zhì)壓力較低時；采用非平衡型機封，對內(nèi)裝內(nèi)流式機封，取K=1.1~1.2對較重組分和不易汽化介質(zhì),K取大些，反之取小些。（結(jié)合彈簧比壓P彈選取，P彈大，K小；P彈小，K大。（四）彈簧比壓對密封性能的影響P彈=F彈/S端面當泵停車或啟動時，介質(zhì)壓力較低，當介質(zhì)正常工作壓力較低或有較大波動時，彈簧比壓成為端面比壓的主要組成部分。彈簧比壓要根據(jù)密封結(jié)構(gòu)、工作條件、介質(zhì)性質(zhì)和載荷系數(shù)等綜合考慮。彈簧比壓大，端面貼合性、追隨性、穩(wěn)定性都好。但過大時，摩擦熱量大，功耗大，磨損量大，使用壽命縮短。過小，泄漏量大，密封穩(wěn)定性差。1、內(nèi)裝內(nèi)流式機械密封，P彈=0.1~0.25Mpa(對潤滑性好的介質(zhì)，線速度較低或壓力較低的工況，取上限。反之取下限。還要考慮載荷系數(shù))。2、外裝式非平衡機械密封，P彈作用更大，是促使端面貼和唯一的力，要求P彈要大的多。當P介=0.1Mpa左右時，P彈=0.3~0.45Mpa；當P介=0.25Mpa左右時，P彈=0.45~0.7Mpa。在攪拌釜中，由于轉(zhuǎn)速低，軸擺動大，介質(zhì)壓力波動大，P彈取大值。高速密封(多屬于內(nèi)流式)，雖然介質(zhì)潤滑性好，考慮到追隨性，P彈取大值（0.2~0.3MPa），K很小。（五）端面粗糙度對密封性能的影響通常說的兩端面貼合，從微觀角度來看實際上是高點接觸，大部分表面并沒有接觸，仍有一定縫隙。平均縫隙高度h可用下式計算：h=3/4（RY1+RY2）RY1、RY2分別為兩表面“輪廓最大高度”，表面越粗糙，h越大，泄漏量越大。為此，必須增大P比，但摩擦熱會增加。因此，對密封面的粗糙度有一定的要求。國產(chǎn)機械密封：一般硬環(huán)Ra0.04~0.10μm，石墨環(huán)Ra0.16~0.32μm。（六）端面間縫隙形狀對密封性能的影響1、平行形圖(6-1a)這是正常狀態(tài)。2、收斂形（液膜反力大，泄漏量大）（圖6-1b）（1）介質(zhì)潤滑性不好，跑合期短。（2）介質(zhì)潤滑性好，跑合期長。3、喇叭形（液膜反力小，端面比壓大，泄漏量小，磨損快）（圖6-2）（1）介質(zhì)潤滑性好，跑合后可用。（2）介質(zhì)潤滑性差，磨損快，損壞端面，不可用。（七）產(chǎn)生端面不平行的原因1、研磨平板不平，端面外緣低，內(nèi)緣高，石墨環(huán)易出現(xiàn)。光圈：多個同心圓。（圖6-3）2、靜環(huán)輔助密封圈過盈量太大。（圖6-4）3、熱裝過盈量過大。4、密封環(huán)各點溫度不均，產(chǎn)生熱變形。5、密封環(huán)內(nèi)外壓差太大，產(chǎn)生機械變形。（八）密封端面的機械變形為了說明問題，我們首先以104型機械密封靜環(huán)為例，分析其受力情況。由于靜環(huán)各點受力大小不一樣，在力的作用下產(chǎn)生的變形也不一致。作用點不同，使靜環(huán)承受彎矩，產(chǎn)生如圖6-7形狀的變形。結(jié)果使靜環(huán)端面的外緣處高，同理動環(huán)也會產(chǎn)生類似的變形。變形大小與材料的彈性模量成反比，與介質(zhì)壓力（>1.5~2Mpa才考慮）成正比，鋼鐵的彈性模量比石墨大一個數(shù)量級，WC的彈性模量比鋼鐵大幾倍。故在同樣力作用下，變形量：石墨>鋼鐵>WC。例：一平衡型密封，P介=5MPa，動環(huán)用堆焊硬質(zhì)合金，靜環(huán)用石墨。經(jīng)計算，動環(huán)變形量為0.5μm，靜環(huán)變形量為15.9μm，兩密封端面的變形方向均是外緣高，屬喇叭口狀縫隙，疊加后總變形量為16.4μm。（九）密封端面的熱變形密封環(huán)的結(jié)構(gòu)，材料的熱力性能(導熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)等)差異，各點溫度不均勻是產(chǎn)生熱變形的根本原因。以一簡單的圓筒形密封環(huán)為例，由于軸向溫度差異，產(chǎn)生如圖6-8變形。端面徑向溫度也存在差異，也產(chǎn)生變形，使端面外緣低，呈收斂形縫隙。熱變形還與端面溫度梯度、端面寬度有關(guān)。如高溫泵機械密封，帶急冷水，由于溫度梯度大，變形也大。轉(zhuǎn)速大，摩擦熱多，也會增大熱變形。變形越大，泄漏量也越大。（十）影響機械密封性能的其他因素1、介質(zhì)粘度（1）物理量介紹流體的粘度有三種表示法：動力粘度μ、運動粘度ν、恩氏度°E，動力粘度表示速度梯度為1時流體單位面積的內(nèi)摩擦應(yīng)力大小，單位是Pa.S，運動粘度是動力粘度與流體密度的比值大小，我國常用單位為厘斯。恩氏度是指200ml流體從恩式粘度計中流出所需時間t1，與200ml20℃的蒸餾水從該恩式粘度計中流出所需時間（t2約50秒）的比值。動力粘度τ=μ·du/dz=μ·dθ/dt,式中，τ：流體剪切應(yīng)力；μ：動力粘度，單位Pa·S（帕秒）或P（泊）,即達因·秒/厘米2；du/dz：垂直于速度方向的流體速度變化率；dθ/dt：流體剪切變形角速度簡言之，動力粘度相當于金屬材料的剪切模量，其值越大，越不易變形，流體越不易流動。動力粘度的常用單位：1mPa·S（毫帕秒）=1cP（厘泊）=1×10-2P（泊）=1×10-3Pa·S（帕秒）運動粘度ν=μ/ρ，式中，μ：動力粘度，ρ：密度運動粘度的常用單位：1cSt（厘斯）=1×10-2St或cm2/S(斯)=1×10-6m2/S單位轉(zhuǎn)換：cSt（厘斯）×比重（公斤/分米3）=mPa·S（毫帕秒）=cP（厘泊）水的動力粘度=運動粘度0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃70℃80℃90℃cP（厘泊）1.7891.3051.0050.8010.6530.5490.4700.4060.3550.315cSt（厘斯）1.7891.3051.0050.8010.6530.5490.4700.4060.3550.31510~68℃10號機械油：50~7.5cSt（厘斯），號數(shù)越高，粘度越高。液體在0~50MPa范圍，壓力增加30MPa，粘度增加一倍。在邊界摩擦范圍，粘度對泄漏量沒有影響。但在液體摩擦和混合摩擦時，其影響不容忽視。高粘度介質(zhì)密封采取的措施和易揮發(fā)介質(zhì)相反，固定環(huán)加固防轉(zhuǎn)機構(gòu)，動環(huán)用撥叉?zhèn)鲃?，采用靜止式密封，載荷系數(shù)取大些，端面比壓取大值。2、端面寬度寬度越大，發(fā)熱越大，變形越大。故在滿足強度和剛度的情況下，寬度越小越好。3、離心力外流式機械密封，離心力促使泄漏量增大。內(nèi)流式機械密封，離心力阻止泄漏。當兩種密封參數(shù)相同時，外流式泄漏量為內(nèi)流式的十倍，所以一般不選用外流式。六、石化行業(yè)典型泵的密封在石化行業(yè)中，一泵出問題，影響全裝置生產(chǎn)。因此，要求密封可靠，壽命長。但是，在生產(chǎn)工藝過程中，介質(zhì)易燃、易爆、有毒、腐蝕性強，密封很困難，大泄漏危及裝置安全，還污染環(huán)境，所以對密封的要求很高。尤其是高溫、低溫和易汽化介質(zhì)泵是石化行業(yè)機泵密封的難點。（一）石化行業(yè)高溫泵(熱油泵)密封分析1、高溫泵特點典型高溫泵要算各裝置中的分餾塔底泵。例如常減壓蒸餾裝置中的常壓分餾塔、減壓分餾塔、催化裂化和延遲焦化裝置中的分餾塔。這些裝置中的分餾塔底泵具有以下特點：溫度高：一般是360~380℃壓力低：泵入口壓力在0.1~0.3MPa，減壓塔底泵入口壓力為負壓（-0.03~0.02MPa），對雙支承泵出口端密封腔處壓力稍高，為0.6~0.9MPa。介質(zhì)粘度大：工作溫度下的粘度為0.06~2X10-4m2/s（6~200厘施）。含固體顆粒：有催化劑(如催化油漿泵)，有機械雜質(zhì)，有的是生成的焦炭，此外還有一定的腐蝕性。這些特點為解決熱油泵的軸封增加了難度。2、熱油泵機械密封失效的主要形式及原因失效的主要形式：（1）密封表面磨損(當動環(huán)為WC、靜環(huán)為石墨時，靜環(huán)表面出現(xiàn)環(huán)狀溝紋)。（2）當動環(huán)為WC-不銹鋼熱裝結(jié)構(gòu)時，WC環(huán)松脫。（3）動環(huán)與軸套之間結(jié)水垢，動環(huán)不能浮動。（4）動環(huán)密封圈磨損或翻邊(PTFEV形圈)。（5）靜環(huán)離位等。原因：主要是高溫：使介質(zhì)汽化；使石墨環(huán)性能下降；使冷卻水結(jié)垢；使熱裝環(huán)松脫。由于高溫，使泵容易抽空，使靜環(huán)離位、動環(huán)密封圈翻邊等。