剖分式機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要:隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的的進(jìn)步和發(fā)展,工業(yè)機(jī)械的市場需求也在逐日的上漲。而剖分式機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封的裝置它這個剖分式旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封裝置的作用就是對于整個工業(yè)機(jī)械的安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)非常重要并且是不可缺少的重要零部件。這種剖分式的機(jī)械旋轉(zhuǎn)密封在繼承了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封的基礎(chǔ)上在結(jié)構(gòu)和工藝上有了一些的改進(jìn),使其在外觀上具有了一種功耗小,泄漏率低的質(zhì)地,密封性可靠,使用壽命長,提高了它進(jìn)行安裝和拆卸的工作效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。利用這次研究機(jī)會使我充分的了解到機(jī)械密封的具體原理，尤其是剖分式機(jī)械密封是如何實(shí)現(xiàn)密封作用的，同時基于上述理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計，通過這個裝置實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械密封性能的測試，包括各種工作條件下的參數(shù)測試。最后通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：本文所設(shè)計的這套裝置，測量精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)、定位精度更為準(zhǔn)確。關(guān)鍵詞：機(jī)械密封；剖分式；性能參數(shù)測量裝置；高工況。StructuraldesignofsplitmechanicalsealdeviceAbstract:Mechanicalsealdeviceisanindispensablepartofrotarydevice,anditsnormaloperationisveryimportantfortheoperationofthewholemachine.Splitmechanicalsealinthetraditionalmechanicalsealstructurehassomeimprovements,itaddedinthesealingringsplitsurface,makeitintheinstallationanddisassemblyismoresimpleandfast,longerservicelife,improvetheefficiencyofindustrialproduction.Splittheprojectresearchmechanicalsealdevicestructuredesign,combiningthetheoryoffluidmechanics,sealingprincipleandmechanicaldesignmethod,throughtheunderstandingoftheworkingprincipleofthemechanicalsealsplit,designasetofcanachievehighsplitundertheconditionofgasmeasurementexperimentdeviceofmechanicalsealperformanceparameters,comparingthetraditionaltestequipment,hasagoodlocalizationaccuracy,precisionandmovementstability,throughthisdeviceundertheworkingconditionofachievinghighsplitthegasfilmthicknessofthemechanicalseal,openingforce,themeasurementofparameterssuchasleakageKeywords:Mechanicalseal，split，Performanceparametermeasuringdevice，Workingconditionofhigh。目錄1緒論 61.1課題的研究背景及意義 61.2國內(nèi)外剖分式機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)裝置的研究現(xiàn)狀 71.2.1國內(nèi)外發(fā)展歷程 71.2.2國內(nèi)外發(fā)展趨勢 92機(jī)械密封的介紹 112.1機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn) 112.2剖分式機(jī)械密封的特點(diǎn)及分類 122.3機(jī)械密封的應(yīng)用實(shí)例 133剖分式機(jī)械密封測試裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 153.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 153.2密封腔設(shè)計 153.3機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 163.4剖分式機(jī)械密封的設(shè)計 163.4.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 163.4.2動環(huán)與動環(huán)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 173.4.3靜環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 183.4.4輔助件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 194各零件的功能及設(shè)計 214.1電機(jī)的介紹及選用 214.2聯(lián)軸器的介紹與選用 224.3測量裝置的介紹與選用 224.3.1氣膜厚度的測量 224.3.2密封端面開啟力的測量 234.3.3泄漏量的測量 245各零部件的設(shè)計及校核 265.1軸的設(shè)計及校核 265.2螺栓的選用與校核 285.2.1與機(jī)架連接的螺栓組設(shè)計與校核 285.2.2密封端蓋的螺栓設(shè)計與校核 305.3鍵的選用與校核 31結(jié)論 33

1緒論1.1課題的背景及研究意義剖分式的機(jī)械密封相對于整體式的機(jī)械密封來說具有國際上不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢,有效地徹底解決了某些機(jī)械密封件不易安裝和拆卸的困難。其實(shí)際應(yīng)用的前景廣闊,是未來剖分式機(jī)械密封相關(guān)技術(shù)發(fā)展的重要技術(shù)趨勢之一。對于剖分式機(jī)械密封的相關(guān)技術(shù)研究,國外已初步取得一定的成果,并在國內(nèi)有所推廣應(yīng)用。由于國內(nèi)技術(shù)研究起步較晚,對于剖分式機(jī)械密封的相關(guān)技術(shù)研究各有特色,理論基礎(chǔ)研究也已初步取得一定的成果,但實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)研究在技術(shù)上略有一些滯后,實(shí)際的應(yīng)用只在機(jī)械密封工作頻繁和參數(shù)較低的機(jī)械密封場合。同時國外研究工作人員還進(jìn)一步提出對機(jī)械密封端面和分型面連接在受熱和受壓條件下的變形與緊密性控制的規(guī)律及分型面連接的緊密性問題進(jìn)行了研究對于一段時期剖分式機(jī)械密封的相關(guān)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用具有重要的意義,并進(jìn)一步指出了今后一段的時期對剖分式的機(jī)械密封型面連接的變形和緊密性問題進(jìn)行了研究對于剖分式機(jī)械密封的相關(guān)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用具有重要的意義,并進(jìn)一步指出剖分式的機(jī)械密封在以后的工業(yè)運(yùn)用中會越開越廣泛。由于目前機(jī)械軸承密封技術(shù)已具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性,逐漸唄廣泛運(yùn)用于石油冷凍化工設(shè)備和柴油內(nèi)燃機(jī)以及離心泵的各種關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中。但一直到19世紀(jì)中期,伴隨著我國石油化工行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和新金屬材料石墨,陶瓷,硬質(zhì)合金等的大量出現(xiàn)們使得機(jī)械加工制造技術(shù)對密封件表面質(zhì)量控制的要求大大提高,提高了其使用的可靠性和使用壽命。雖然傳統(tǒng)的機(jī)械組合密封在19世紀(jì)初就已經(jīng)開始出現(xiàn),但是無論是實(shí)現(xiàn)了飛躍性的進(jìn)步和發(fā)展,還是在最近60年的一段時間內(nèi),機(jī)械組合密封的不同類型結(jié)構(gòu)、品種、規(guī)格的密封發(fā)展得異常迅速,很快地在我國通用機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。目前機(jī)械組合密封之所以能在我國得到快速的發(fā)展主要原因是由于工業(yè)技術(shù)發(fā)展的速度和對生產(chǎn)過程的巨大需求。二戰(zhàn)后隨著核工業(yè)和航天工業(yè)的發(fā)展,在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)出現(xiàn)了許許多多的新型機(jī)械組合密封設(shè)備和技術(shù),例如上游流體靜壓組合密封、流體動壓組合密封和多級靜壓密封,還有下游螺旋-浮動環(huán)機(jī)械組合密封、中間螺旋和浮動環(huán)機(jī)械組合密封、浮環(huán)-機(jī)械組合密封、熱流體動力楔機(jī)械組合密封和上游流體泵送機(jī)械組合密封等等。近些年來各個工業(yè)領(lǐng)域都得到了快速的發(fā)展，在此背景下設(shè)備的安全性逐漸成為工業(yè)領(lǐng)域需要面對的一個挑戰(zhàn)，由于是一些高?；S，出現(xiàn)了設(shè)備的滲漏，那么后果會非常嚴(yán)重，因此密封技術(shù)開始發(fā)展起來，尤其是了"零泄漏"的機(jī)械組合密封技術(shù)。我國的石油機(jī)械和密封件的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)起步較晚,20世紀(jì)60年代沈陽水泵廠和天津機(jī)械密封件廠已經(jīng)開始了生產(chǎn)石油和水泵用的機(jī)械密封件。在20世紀(jì)70年代我國才陸續(xù)由教育部開始制定和組織頒布了機(jī)械和密封產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),1993年我國由教育部頒布了第一部真正成為國際意義上的石油和機(jī)械密封國標(biāo),即"gb/t1分類方法",現(xiàn)行的石油和機(jī)械密封行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一共有6部,為其機(jī)械和密封產(chǎn)品的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展進(jìn)步提供了堅實(shí)的依據(jù)和有效的保證。隨著近年來我國石油和機(jī)械密封制造業(yè)的快速發(fā)展,尤其特別是近年來國內(nèi)引進(jìn)了大量先進(jìn)的成套石油化工制造工藝和裝備,為其機(jī)械和密封備品備件的實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化提供了堅實(shí)的保證。同時國內(nèi)也相繼引進(jìn)了一些國外的先進(jìn)石油化工制造設(shè)備和技術(shù),并相繼與國外合資建立了國內(nèi)外多家石油和機(jī)械密封備品制造的研究和生產(chǎn)基地。1.2國內(nèi)外剖分式機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)裝置的研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外發(fā)展歷程在1885年的時候，英國的學(xué)者首次研究出了機(jī)械軸承的密封，可是在當(dāng)時那個年代，工業(yè)技術(shù)不是很先進(jìn)，所研究出來的機(jī)械密封技術(shù)還存在著很多的不足，后來直到1990年的時候，機(jī)械軸承的密封才算是正式應(yīng)用。到了1991年，NagaiYataro[1]研究出了首個配置了剖分機(jī)構(gòu)的機(jī)械密封，也是從這個時候開始工業(yè)領(lǐng)域才開始關(guān)注機(jī)械密封技術(shù)。到了1994年，radosaf[2]和他的團(tuán)隊(duì)研究出了一種全新的機(jī)械塑料密封，屬于半自動剖面拆分式的。到了2003年，德國的研究人員Burgmann[4]研究出了一種可以在工業(yè)領(lǐng)域中進(jìn)行使用的機(jī)械密封裝置，后來這個裝置在紙漿制造、水處理以及發(fā)電等領(lǐng)域進(jìn)行了使用，對促進(jìn)工業(yè)發(fā)展起到了一定的作用。到了2007年，giard[5]和他的團(tuán)隊(duì)研究出了一種"分體式機(jī)械復(fù)合密封裝置"。也是在這一年，boyson研究出了一種離心流體復(fù)合密封裝置，并將這個裝置在剖分式復(fù)合密封技術(shù)中進(jìn)行了應(yīng)用。目前的問題在于指出要真正使得傳統(tǒng)的剖分式密封技術(shù)能被廣泛的使用,需要尋找更大的復(fù)合密封壓力和適用范圍。但是想要使得密封壓力得到提升，那么一定要提高相對的應(yīng)力，這不但會可能造成密封材料或者是密封組件出現(xiàn)一定的變形，同時也可能使得剖分式密封環(huán)瓣產(chǎn)生相對運(yùn)動,需要對所使用的密封材料和組件進(jìn)行非線性的變形和相對應(yīng)力的計算。由于技術(shù)落后，再加上資金有限，相比于國外等發(fā)達(dá)國家而言，我國研究機(jī)械密封技術(shù)的時間有些晚，可是發(fā)展速度卻一直非?？臁Ｔ?003年的時候，合肥通用機(jī)械研究所[6]模仿一個德國的企業(yè)，進(jìn)行了機(jī)械密封裝置的制造。到了2009年孫見君[7]對機(jī)械密封技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析，得出這樣的結(jié)論：之所以機(jī)械密封技術(shù)一直沒有得到廣泛的運(yùn)用，主要的原因就是目前還沒有專業(yè)的測試裝置。到了2009年，王洪群[8]在對眾多密封產(chǎn)品進(jìn)行研究的時候發(fā)展很多產(chǎn)品都具有一些缺陷，然后通過市場具體情況的調(diào)查研究以及理論分析，給出了相應(yīng)的解決方案。到了2010年，陳碧鳳[9]基于有限元法對剖分式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模型的構(gòu)建，并通過理論分析對這種密封結(jié)構(gòu)的可行性以及合理性進(jìn)行證明。1.2.2國內(nèi)外發(fā)展趨勢近些年來國內(nèi)機(jī)械密封工業(yè)正在以非?？斓乃俣劝l(fā)展，在此背景下機(jī)械密封產(chǎn)品也在發(fā)生很大的改變。隨著工業(yè)流程的復(fù)雜化，對機(jī)械密封液提出了更高的要求，尤其是一些高壓高溫的工業(yè)領(lǐng)域，常規(guī)的機(jī)械密封已經(jīng)無法滿足。在這里我們以傳統(tǒng)的石油化工行業(yè)進(jìn)行舉例，目前隨著石化行業(yè)的發(fā)展，所對應(yīng)的高壓機(jī)泵密封技術(shù)也在改變，未來的發(fā)展方向是高速化、大型化以及機(jī)電一體化，密封產(chǎn)品要朝著系列化、成套化、通用一體化、標(biāo)準(zhǔn)化、壽命長、多品種、可靠性高以及性能廣的方向發(fā)展。對于機(jī)泵行業(yè)而言，密封的主要發(fā)展方向就是高度專業(yè)化以及大型化密封技術(shù)，尤其能夠適用于具有高溫、高壓、低溫、高速透平以及超真空這些特點(diǎn)的高速透平泵,低溫泵和耐腐蝕介質(zhì)泵的機(jī)械密封技術(shù)會受到市場的歡迎。另外，冶金、電力還有化工行業(yè)所運(yùn)用的設(shè)備逐漸實(shí)現(xiàn)智能化、大型化、環(huán)?；约案叨茸詣踊?，因此也提出了越來越高的機(jī)械密封要求。其中比如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,壓力一般要求是能夠很好地承受27~28mpa,耐熱溫度一般要求能夠達(dá)到600℃,這都意味著需要機(jī)械密封等設(shè)備和產(chǎn)品能夠很好地耐高溫高壓。對于一些傳統(tǒng)的機(jī)械密封產(chǎn)業(yè)而言，在拆卸的時候都非常的不方面，但是剖分式機(jī)械密封恰好解決了這個問題，因此能夠看得出來相比于整體式機(jī)械密封而言，剖分式機(jī)械密封才是未來的發(fā)展方向?？墒蔷彤?dāng)前的形勢而言，機(jī)械密封技術(shù)的理論基礎(chǔ)不是很充足，同時相關(guān)技術(shù)也不是特別先進(jìn)，剖分式機(jī)械密封的發(fā)展和應(yīng)用也受到了很大的制約。國內(nèi)外對剖分式的機(jī)械密封均已經(jīng)做了一定程度的指導(dǎo)和研究,但是我們需要更好的掌握其機(jī)械密封的理論與其應(yīng)用的技術(shù)、提高對剖分式密封端面和分型面密封受熱和受壓后密封變形規(guī)律的理解和認(rèn)識,保證其密封結(jié)構(gòu)設(shè)計與其運(yùn)行的安全可靠性、解決了剖分式的機(jī)械密封在較高的工作溫度參數(shù)下密封工作的穩(wěn)定性等技術(shù)難題還有很長的研究路程還需要繼續(xù)走。隨著工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，目前工業(yè)領(lǐng)域針對于機(jī)械密封產(chǎn)品的要求主要有如下幾個：安全性以及密封性：隨著工藝壓力的不斷提升，機(jī)械密封要能夠達(dá)到介質(zhì)的微泄漏，或者是完全無泄漏，這樣才能夠確保生產(chǎn)安全，同時保證環(huán)保達(dá)標(biāo)?？煽啃裕簷C(jī)械密封產(chǎn)品要能夠具有更高的穩(wěn)定性、使用年限以及抗干擾能力。經(jīng)濟(jì)性：機(jī)械密封產(chǎn)品的成本不能太高，同時在使用過程中不會產(chǎn)生太多的費(fèi)用，具有較高的性價比。適用性:產(chǎn)品能夠很好地滿足工業(yè)機(jī)械水泵具體的設(shè)計工藝制造條件技術(shù)要求和現(xiàn)場應(yīng)用所能夠?yàn)榭蛻籼峁┑母鞣N實(shí)際性能和條件。想要實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封產(chǎn)品的快速發(fā)展，那么不論是技術(shù)的創(chuàng)新，還是理論的深入研究都是非常必要的基礎(chǔ)，因此研究人員要對材料進(jìn)行創(chuàng)新，對理論進(jìn)行創(chuàng)新，對工藝進(jìn)行創(chuàng)新，這樣才能夠推動機(jī)械密封產(chǎn)品的發(fā)展。關(guān)于機(jī)械密封的發(fā)展方向大致包括以下幾種：機(jī)械密封理論、技術(shù)和產(chǎn)品不斷創(chuàng)新；密封技術(shù)由經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計向理論性專家系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)變；不斷的拓寬機(jī)械密封技術(shù)的使用范圍；對密封系統(tǒng)的應(yīng)用、開發(fā)以及維護(hù)進(jìn)行重視；對安全要求以及環(huán)保要求進(jìn)行重視；不斷的提高機(jī)械密封的可靠性；開發(fā)出適應(yīng)性強(qiáng)的個性化實(shí)用密封產(chǎn)品和密封系統(tǒng)；重視技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)咨詢。

2機(jī)械密封的介紹2.1機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及優(yōu)缺點(diǎn)一般也會將機(jī)械密封叫做端面密封，對于機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)而言，其和轉(zhuǎn)軸的端面之間的角度是90°。通過腔內(nèi)介質(zhì)所形成的壓力以及補(bǔ)償結(jié)構(gòu)所形成的彈力，再借助一些輔助件的共同作用，和另外一個端面始終確保實(shí)現(xiàn)相對滑動。目前機(jī)械密封產(chǎn)品有很多種類型，同時不同類型的產(chǎn)品所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)也千差萬別，可是在整體上基本都是通過4個部分所構(gòu)成的：首先就是通過機(jī)械傳動環(huán)個靜環(huán)連接所構(gòu)成的機(jī)械密封端面；其次是補(bǔ)償傳動以及傳動緩沖裝置；然后是起到輔助作用的密封圈；最后是實(shí)現(xiàn)動能控制以及傳遞作用的機(jī)構(gòu)。機(jī)械密封的動環(huán)在工作時,由于兩個密封彈性流體的軸向壓力和密封彈性元件的彈力等相互作用引起的軸向摩擦力使動環(huán)和密封靜環(huán)互相緊密貼合并相對運(yùn)動,由于兩個密封彈性流體端面的軸向壓力緊密配合,使得密封端面之間的有壓介質(zhì)交界(也就是密封流體的交界面)之間形成一微小的間隙,當(dāng)兩個有壓的介質(zhì)通過此一微小間隙時,形成極薄的液膜,產(chǎn)生極大的阻力,阻止有壓介質(zhì)的泄漏,同時液膜又可以使得密封端面得以潤滑,獲得長期機(jī)械密封的效果。對于石油化工領(lǐng)域，對于密封的要求非常高，相比于常規(guī)的密封技術(shù)而言，機(jī)械密封主要的優(yōu)勢如下所示：（1）機(jī)械密封使用壽命長。目前國內(nèi)機(jī)械密封的實(shí)際使用壽命平均下來都能夠達(dá)到一年左右。而國外密封技術(shù)由于相對來說更為先進(jìn)，因此壽命也更長一些，能夠達(dá)到3年到5年這個區(qū)間；（2）齒輪密封傳動性能好。正常機(jī)械密封工作使用的這種機(jī)械密封方式可以有效保證密封達(dá)到非常少的機(jī)械氣體量和泄漏作用量,這也是機(jī)械氣動密封與其它的機(jī)械密封工作方式使用相比的最大一個主要優(yōu)點(diǎn);（3）功率損耗小。相比于常規(guī)密封技術(shù)而言，機(jī)械密封具有更小的功率損耗；（4）在運(yùn)動的過程中無需進(jìn)行調(diào)整。對于機(jī)械密封而言，其在使用的過程當(dāng)中摩擦副在受到密封介質(zhì)以及彈簧的共同作用形成一個自動補(bǔ)償，因此無需調(diào)整；（5）具有更好的穩(wěn)定性。在機(jī)械密封結(jié)構(gòu)當(dāng)中，設(shè)置了緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，通過這個補(bǔ)償機(jī)構(gòu)能夠使得振動頻率降低，從而使得穩(wěn)定性提高。（6）具有更為廣泛的應(yīng)用范圍。對于機(jī)械密封技術(shù)而言，其能夠在高溫、低溫以及高壓等惡劣條件下使用。機(jī)械密封也有一些缺點(diǎn)：具有較為負(fù)載的結(jié)構(gòu)，因此針對于加工過程以及設(shè)計過程會提出較高的要求；（2）相比于常規(guī)的密封裝置，機(jī)械密封在安裝以及維護(hù)的過程中需要專業(yè)人員來進(jìn)行操作；（3）機(jī)械密封在出現(xiàn)故障的時候，整個維護(hù)過程相對來說比較麻煩；（4）機(jī)械密封具有高昂的價格。2.2剖分式機(jī)械密封的特點(diǎn)及分類剖分式填料機(jī)械密封的整體結(jié)構(gòu)和其工作的原理與市場上傳統(tǒng)的整環(huán)式填料機(jī)械密封相似,唯一不同的地方就是它在每個密封環(huán)上額外增加了一個剖分面。這種機(jī)械密封不僅在外觀上具有傳統(tǒng)整環(huán)式填料機(jī)械密封的美觀和拆裝便捷性,還同時具有整環(huán)式填料機(jī)械密封的摩擦功耗小、自動補(bǔ)償機(jī)械磨損量等諸多優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)整環(huán)式的機(jī)械密封相比,剖分式的機(jī)械密封大大避免了因機(jī)械裝拆不便所產(chǎn)生而帶來的巨額拆裝附加的維修費(fèi)用和較大的停產(chǎn)損失;與整環(huán)式填料機(jī)械密封系統(tǒng)相比,剖分式的機(jī)械密封在外觀上具有較長的機(jī)械運(yùn)行使用壽命(一般為整環(huán)式填料機(jī)械密封的4倍),工作的過程中結(jié)構(gòu)無需進(jìn)行任何調(diào)整,也所以不會嚴(yán)重地劃傷機(jī)械主軸或者損壞軸套,大大縮短了安裝和維修的時間;因?yàn)樗哪Σ凉β市?降低了機(jī)械能耗,從而大大提高了機(jī)械運(yùn)行的效率;運(yùn)行中填料泄漏少,減少了對環(huán)境污染和對環(huán)境廢棄物處理的費(fèi)用。但是剖分面的產(chǎn)生和存在大大打破了其結(jié)構(gòu)的平衡和連續(xù)性,增加了填料泄漏通道的來源和途徑,加劇了機(jī)械密封理論的研究及其應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的難度和復(fù)雜性,進(jìn)而嚴(yán)重制約了傳統(tǒng)剖分式的機(jī)械密封應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。剖分式用于機(jī)械元件密封的密閉裝置一般大致可以劃分為半自動剖面部分式和完全自動剖面部分式兩種而非機(jī)械式的密封裝置類型。半導(dǎo)體剖面部分式的密封機(jī)械部件密封一般來說是部分的動靜配合件被系統(tǒng)自動分割為兩個或者多個環(huán)瓣,其余的機(jī)械部件仍然被自動分割而成為一個或者整環(huán);完全自動密封半導(dǎo)體剖面部分式的密封機(jī)械部件密封一般來說是一種指半剖分式的由機(jī)械部件密封的所有動靜配合件和零件全部配合組成的通常是兩瓣或者多瓣,包括所有動靜配合環(huán)、動環(huán)座、靜環(huán)座、殼體、彈性件和輔助件等。剖分式機(jī)械密封按照每個密封環(huán)密封端面的大小可以劃分為哈夫式、組合式和多體式,常見的機(jī)械密封形式一般是哈夫式,也可以簡稱為剖分體式,即一個整環(huán)被均等地剖分成兩段,兩半環(huán)弧段剖分斜切面對接形成整環(huán);組合式的密封環(huán)一般是沿著整個密封環(huán)周向的某一個角度,斜切成兩半環(huán)的弧段,兩半環(huán)弧段斜切面緊靠對接形成整環(huán);多體式的密封環(huán)由多個密封弓形段和多個密封段緊靠對接構(gòu)成,相互間彼此緊靠對接形成完整的環(huán)形。圖2.1剖分式機(jī)械密封的分類2.3機(jī)械密封的應(yīng)用實(shí)例目前在大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，機(jī)械密封技術(shù)還有實(shí)現(xiàn)廣泛運(yùn)用，可是在一些特殊的場合，只有使用機(jī)械密封才能夠起到密封作用，比如對于核電站而言，其中的循環(huán)水泵就需要使用無軸封泵，從而提高安全性。在很多機(jī)器當(dāng)中，所使用的密封裝置體積較小，僅僅為基礎(chǔ)零件，可是通過機(jī)械密封的使用能夠有效的確保機(jī)器的安全運(yùn)行。對于很多機(jī)械設(shè)備而言，如果在使用的過程中機(jī)械密封出現(xiàn)了失效，那么就可能造成設(shè)備無法運(yùn)行，嚴(yán)重的話可能會造成事故出現(xiàn)。目前在工業(yè)設(shè)備的維護(hù)工作當(dāng)中，機(jī)械密封的維護(hù)工作是其中一項(xiàng)重要的工作，這主要是因?yàn)闄C(jī)械密封在使用的過程中很容易出現(xiàn)故障。對于機(jī)械密封產(chǎn)品而言，目前在這些領(lǐng)域中得到了應(yīng)用：化工、石化、造紙、石油、家電、汽車、船舶、原子能工業(yè)、冶金、航空航天、礦業(yè)開采、醫(yī)藥、軍工、食品加工以及電力等。

3剖分式機(jī)械密封測試裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計對于剖分式機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)裝置而言，主要的構(gòu)成有：聯(lián)軸器、試驗(yàn)臺機(jī)架、密封腔以及電主軸。其結(jié)構(gòu)如下：圖3.1剖分式實(shí)驗(yàn)裝置的裝配圖在上面這張裝配圖當(dāng)中，1所表示的是試驗(yàn)臺機(jī)架，2所表示的是電機(jī)，3所表示的是聯(lián)軸器，4所表示的是密封腔，5所表示的主軸。對于上面這個裝置而言，其主要的功能就是針對剖分式機(jī)械密封處于各種工作狀態(tài)下所對應(yīng)的性能參數(shù)進(jìn)行分析，同時其實(shí)現(xiàn)的原理就是利用所配置的各種傳感器來針對機(jī)械密封所對應(yīng)工作狀態(tài)具有的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測試分析。能夠看得出來，在測試的過程中，需要能夠確保機(jī)械密封是處于不同工作狀態(tài)下的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這個目的，在裝置內(nèi)部進(jìn)行了電機(jī)的配置，從而進(jìn)行動力的提供，又進(jìn)行了聯(lián)軸器的配置，從而進(jìn)行動能的傳遞，并且還進(jìn)行了機(jī)架的配置，確保裝置能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，這樣整個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就完成了。3.2密封腔設(shè)計對于剖分式機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)裝置而言，其密封腔所起到的核心作用就是針對氣體進(jìn)行密封。在本文的設(shè)計中，設(shè)計對象是軸承的高壓腔體，對于這個高壓腔體而言，其基本的功能就是進(jìn)行強(qiáng)壓力利用氣道提供給氣浮軸承處，這樣就能夠讓它實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。在下面這張圖中就給出了高壓腔體的示意圖：圖3.2密封腔的結(jié)構(gòu)圖3.3機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于機(jī)架而言，其主要的作用就是針對裝置內(nèi)其他零件進(jìn)行支撐，確保其他零件正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在設(shè)計機(jī)架的時候，需要遵循一個重要的原則，那就是要保證機(jī)構(gòu)自身所具有的剛度、接頭處所具有的剛度以及局部剛度，除此之外還需要對結(jié)構(gòu)工藝以及安裝方式進(jìn)行一定的考慮。在實(shí)際使用的過程中，電主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是非?？斓模虼司蜁厝划a(chǎn)生一些振動，因此在設(shè)計的過程中，選擇合理的機(jī)架材料，確保振動可以被吸收?；谏鲜鲞@些考慮，在本文的設(shè)計中所選擇的是鑄鐵，這是因?yàn)殍T鐵能夠?qū)φ駝舆M(jìn)行一個高效率的吸收。3.4剖分式機(jī)械密封的設(shè)計3.4.1整體結(jié)構(gòu)設(shè)計下面開始設(shè)計剖分式密封裝置，在本文的設(shè)計中，所設(shè)計的是一種半剖分的形式動環(huán)座，在結(jié)構(gòu)上是通過2個環(huán)瓣所構(gòu)成的，對于靜環(huán)以及動環(huán)而言，屬于完整的一個環(huán)，在下面這張圖中給出了示意圖，從左到右分別是動環(huán)、動環(huán)座以及靜環(huán)。(a)(b)(c)圖3.3機(jī)械密封部件對于動環(huán)座而言，其利用o型圈固定在主軸上面，同時利用一種類似于卡扣的形式和動環(huán)確保處于相對靜止的關(guān)系，這樣在主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動的時候，就會將動環(huán)帶動一起進(jìn)行運(yùn)動，然后動環(huán)座就會將動環(huán)帶動起來一起運(yùn)動，這樣動環(huán)利用較高速度的轉(zhuǎn)動和處于靜止?fàn)顟B(tài)的靜環(huán)構(gòu)成厚度一定的氣膜從而實(shí)現(xiàn)一種密封效果，在下面這張圖中給出了整體結(jié)構(gòu)示意圖：圖3.4剖分式機(jī)械密封的整體結(jié)構(gòu)在上面的設(shè)計內(nèi)容中并不包括輔助件以及推環(huán)機(jī)構(gòu)這些部件，加上這些部件之后就形成了如下圖所示的整體結(jié)構(gòu)示意圖：圖3.5包含輔助件的整體結(jié)構(gòu)3.4.2動環(huán)與動環(huán)座的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)查閱的資料，在本文中設(shè)計了一種動環(huán)和動環(huán)座的連接結(jié)構(gòu)，如下圖所示，在這個結(jié)構(gòu)里面，在彈簧壓緊的時候，那么動環(huán)座就能夠?qū)⒁粋€徑向補(bǔ)償提供給動環(huán)。112圖3.6動環(huán)與動環(huán)座的結(jié)構(gòu)簡圖圖4.2所示，1所表示的是動環(huán)座，2所表示的是動環(huán)。對于動環(huán)座而言，其利用“O”’型圈固定在主軸上面，利用一種類似于卡扣的形式固定在動環(huán)上面，在主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動的時候，那么動環(huán)座就會隨之轉(zhuǎn)動起來，這樣就能夠?qū)迎h(huán)帶動起來，一起進(jìn)行轉(zhuǎn)動。3.4.3靜環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計靜環(huán)是剖分式機(jī)械密封必不可少缺的零件之一，它的主要功能是與動環(huán)相對轉(zhuǎn)動進(jìn)而產(chǎn)生壓力差形成氣膜，達(dá)到密封的效果。本實(shí)驗(yàn)裝置參考前人設(shè)計資料，設(shè)計出下圖所示靜環(huán)。圖3.7靜環(huán)結(jié)構(gòu)圖該靜環(huán)通過彈簧夾與剖分式機(jī)械密封的外殼相連接，外殼在端蓋與動環(huán)座輔助件中間，端蓋壓在動環(huán)座輔助件的支撐下壓緊外殼使外殼固定，進(jìn)而使靜環(huán)達(dá)到固定的效果，其結(jié)構(gòu)如下：圖3.8靜環(huán)與外殼連接結(jié)構(gòu)圖3.4.4輔助件的結(jié)構(gòu)設(shè)計顧名思義，輔助件的作用就是輔助作用，它在機(jī)械密封的地位雖不如動靜環(huán)，甚至一些簡單的機(jī)械密封沒有輔助件的用武之地，但是這并不妨礙人們對輔助件的研究。輔助件有很多種種類，常見的有彈簧、O型圈等，本設(shè)計的實(shí)驗(yàn)裝置就有應(yīng)用彈簧和O型圈。彈簧是彈性機(jī)構(gòu)中的核心部件，它們?yōu)閯迎h(huán)提供了徑向補(bǔ)償，使動環(huán)與靜環(huán)保持穩(wěn)定狀態(tài)，這對氣膜的產(chǎn)生、對密封起著關(guān)鍵性的作用。本實(shí)驗(yàn)裝置的輔助件的結(jié)構(gòu)圖如下：圖3.9輔助件位置分布圖

4各零件的功能4.1電機(jī)的介紹及選用對于電機(jī)驅(qū)動而言，也被稱之為三相異步電動機(jī)，所謂的異步電動機(jī)所指的就是所有可以完成電能和其他機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的電動設(shè)備。對于三相異步電動機(jī)而言，是基于感應(yīng)定律理論以及量子理論電磁場理論所發(fā)展出現(xiàn)的產(chǎn)物，這種電動機(jī)具有較高的效率，同時價格又不是很高，并且三相異步電動機(jī)的種類很多，能夠應(yīng)用在很多領(lǐng)域當(dāng)中。目前主流的發(fā)動機(jī)主要有四種，分別是dc同步電動機(jī)、三相異步電動機(jī)、控制同步電動機(jī)以及同步電動機(jī)。通常情況下在對電動機(jī)進(jìn)行選擇的時候，所遵循的原則為：先對電動機(jī)的型號進(jìn)行選擇，然后再對電動機(jī)的功率進(jìn)行選擇。在本文的設(shè)計當(dāng)中，對于實(shí)驗(yàn)裝置而言，其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速大小在這個范圍內(nèi)，能夠看得出來具有較大的調(diào)速范圍，對于常規(guī)的調(diào)速電機(jī)而言，基本無法完成這個范圍內(nèi)的調(diào)速，所以在本文的設(shè)計中所選擇使用的是YVP系列變頻調(diào)速電動機(jī)。然后下一步需要做的就是保守估測負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小，在估測之后本文設(shè)計選擇使用的是IMB34H80-112永磁同步電機(jī)，其參數(shù)為。圖4.1IMB34H80-112永磁同步電機(jī)4.2聯(lián)軸器的介紹與選用聯(lián)軸器是一種常用的傳動部件。它通常用于連接軸與軸目前科學(xué)界廣泛地認(rèn)為使用于它來控制連接方向軸和傳動軸，所能夠起到的主要作用就是軸和軸之間的連接，有一定元件補(bǔ)償驅(qū)動能力的聯(lián)軸元件被統(tǒng)稱為軸向撓性聯(lián)軸元件補(bǔ)償聯(lián)軸器,無一定元件補(bǔ)償驅(qū)動能力的元件稱為軸向剛性聯(lián)軸元件補(bǔ)償聯(lián)軸器。其中的無撓性機(jī)械元件比如聯(lián)軸器又大致可以細(xì)分為兩種不同的類型，一種是彈性元件的，另外一種是沒有彈性元件的。在本文的設(shè)計中，在進(jìn)行了全方位的考慮之后，使用的是有彈性元件的撓性聯(lián)軸器，在對各種型號進(jìn)行分析之后，確定選擇的是LX星形彈性聯(lián)軸器。圖4.3LX星形彈性聯(lián)軸器4.3測量裝置的介紹與選用下面開始通過實(shí)驗(yàn)裝置測試剖分式機(jī)械密封：4.3.1氣膜厚度的測量這里所使用的機(jī)械密封屬于是一種非接觸式的，對于裝置而言，在處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的時候，靜環(huán)和動環(huán)兩者間會存在著一個穩(wěn)定氣膜，這個氣膜處在2~5μm之間，通過該氣膜能夠?qū)㈧o環(huán)和動環(huán)隔離開來，同時還能夠使得摩擦阻力減少。測量這個氣模的厚度就是測量位移量大小。目前有很多種傳感器能夠針對位移進(jìn)行測量，可是對于本文的實(shí)驗(yàn)裝置而言，其氣膜所對應(yīng)的厚度大小是處在1~5μm這個范圍內(nèi)，所對應(yīng)的測量精度大小是QUOTE0.1μm，很少有能夠滿足這個精度標(biāo)準(zhǔn)的傳感器。在經(jīng)過細(xì)致的選擇之后，本文選擇使用的是型號為ST-2-03的電渦流傳感器，這個傳感器所對應(yīng)的精度大小是QUOTE0.1μm，同時量程大小是1mm，完全能夠滿足本文的測量要求。在靜環(huán)和動環(huán)之前的氣模非常的小。對于所使用的電渦流傳感器而言，其探頭在靜環(huán)面上進(jìn)行安裝，然后通過所謂的電渦流效應(yīng)針對靜環(huán)和動環(huán)之間所具有的相對位置進(jìn)行測量。圖4.4電渦流傳感器圖4.5探頭4.3.2密封端面開啟力的測量由于干氣密封的靜環(huán)一般是非平衡型,靜環(huán)所承承的受力為密封彈簧的彈力、密封氣體的壓力、氣膜的閉合壓力,其中,彈簧的閉合彈力與正好使密封膜和氣體的閉合壓力相互作用的方向相同,稱之為干氣密封彈簧端面閉合的壓力,它可以使密封膜與動環(huán)、靜環(huán)緊貼在一起,而密封氣膜的閉合壓力正好與密封膜的閉合力相互作用的方向正好相反,稱之為干氣密封彈簧端面氣膜所開啟的壓力。對于這個傳感器而言，其所開啟的壓力通常情況下能通過大部分壓力傳感器來進(jìn)行測量，目前有多種壓力傳感器，同時所對應(yīng)的工作原理也都不一樣，所以要選擇合適的壓力傳感器。對于本文的這個裝置而言，選擇通過型號為hy2005的壓力變動器來測量壓力，這種壓力傳感器屬于是一種壓阻式傳感器，所對應(yīng)的量程大小是，其中最高能夠達(dá)到100mpa，可以允許的測量溫度范圍處在這個范圍內(nèi)，因此能夠看得出來這個壓力傳感器能夠滿足本文要求。測量方法：將壓力傳感器安裝到前壓蓋上，端面壓力通過引壓管連接到壓力變送器的入口上，就可以測出密封端面開啟力。圖4.6HY2005壓力變送器4.3.3泄漏量的測量剖分式機(jī)械部件密封的特點(diǎn)剖分式表面變形使得機(jī)械部件泄漏的通道非連續(xù)性變多,結(jié)構(gòu)非連續(xù)性變形加劇了機(jī)械密封環(huán)的應(yīng)力分布不均進(jìn)而可能引發(fā)更大的非連續(xù)性變形,導(dǎo)致的泄漏比同工況下的各種傳統(tǒng)剖分式機(jī)械部件和密封多。這些機(jī)械部件和密封的泄漏將可能會對其構(gòu)成健康、安全和對環(huán)境等諸多方面的威脅和隱患,因此正確掌握和了解泄漏的動態(tài)以及采取措施有效消除這些泄漏問題成為了剖分式機(jī)械部件和密封相關(guān)技術(shù)課題研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵。盡管目前傳統(tǒng)的橫向剖面拆分式環(huán)形整環(huán)大型機(jī)械元件密封的總體溢油率及其泄漏由端而單位泄漏溢油率和縱向剖面拆分式大面積式整環(huán)機(jī)械泄漏的單位溢油排泄率兩個主要部分共同組成,但其泄漏總體的單位泄油泄漏率仍然還需要準(zhǔn)確可靠地通過企業(yè)采用與目前市場上使用傳統(tǒng)的剖分整環(huán)式大型機(jī)械元件密封相同的總體溢油率及其泄漏率和測量方法等來進(jìn)行準(zhǔn)確測量。在本文的設(shè)計中，為了能夠有效的確保實(shí)驗(yàn)裝置精度足夠高，應(yīng)測量密封腔所對應(yīng)的氣體泄漏量大小，在本文的設(shè)計只選擇通過氣體測量儀對這些泄漏量進(jìn)行測量。通過相關(guān)資料的查閱能夠知道，本文所使用的這個裝置所選擇使用的軸徑大小沒有超過80毫米，因此對于這個裝置而言，其所對應(yīng)的泄漏量大小也不會超過8mL/h。測量方法是將氣體測量儀安裝到排氣孔中，通過對比進(jìn)氣孔進(jìn)入氣體的量和排氣孔收集氣體的量，這樣就能夠?qū)⑿孤┝看笮y量出來。

5各零部件的設(shè)計及各零件的選用校核5.1軸的設(shè)計及校核下面開始確定剖分式機(jī)械密封實(shí)驗(yàn)裝置的一些參數(shù)規(guī)格：對于該裝置而言，其主軸所對應(yīng)的直徑大小是50毫米，通過這個數(shù)據(jù)就能夠?qū)较驓飧≥S承所對應(yīng)的軸徑大小進(jìn)行確定，確定為50毫米。在下面這張圖中給出了軸的結(jié)構(gòu)示意圖：圖5.1軸的結(jié)構(gòu)示意圖1.通過扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件來進(jìn)行計算：可以通過下面的式子計算出軸所對應(yīng)的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件是：QUOTE(1-1)在上面的式子里：QUOTE所表示的是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力大小，這里單位使用的是Map;QUOTE所表示的是軸所受的扭矩大小，這里單位使用的是QUOTE;QUOTE所表示的是軸所對應(yīng)的抗扭截面系數(shù)大小，這里單位使用的是QUOTE;n所表示的是軸的轉(zhuǎn)速大小，這里單位使用的是QUOTE;p所表示的是軸傳遞的功率大小，這里單位使用的是Kw;d所表示的是計算截面處軸的直徑大小，這里單位使用的是mm;[QUOTE]所表示的是許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力大小，這里單位使用的是Mpa.可以通過下面的式子計算出軸的直徑大小QUOTE(1-2)在上面的式子里，QUOTE,通過資料的查閱得知，，然后把QUOTE帶到上面的式子里面就能夠得出：QUOTE(1-3)由于d=50mm，因此這個數(shù)值是能夠滿足設(shè)計要求的。2.按彎扭合成強(qiáng)度條件計算1）對于所使用的電機(jī)而言，其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速大小是，所對應(yīng)的功率大小是，那么可以通過下面的式子計算出扭矩大小是：對于這個系統(tǒng)而言，所進(jìn)行的是試驗(yàn)測試，因此并沒有對外部的載荷進(jìn)行承受，僅僅對自身所形成的載荷進(jìn)行了承受，因此對于這個軸而言，其能夠進(jìn)行簡化，可以簡化成下面這張圖所示的簡支架：圖5.2軸的受力示意圖2.在本文的設(shè)計中，選擇通過UG/NX工程軟件利用模型的建立來分析軸，在完成分析之后，就得出了每一個部分所承受到的質(zhì)量分布去圖。材質(zhì)：45剛圖5.3軸承受的質(zhì)量分布示意圖QUOTE(1-4)QUOTE(1-5)圖5.4軸的彎矩示意圖圖5.5軸的轉(zhuǎn)矩圖3.根據(jù)彎扭合成應(yīng)力來針對這個軸所對應(yīng)的強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)QUOTE(1-6)對于這個軸而言，其所使用的制造材料屬于45鋼，通過資料的查閱得出QUOTE,所以QUOTE，能夠看得出來是安全的。5.2螺栓的選用與校核5.2.1與機(jī)架連接的螺栓組設(shè)計與校核1.在這類螺栓數(shù)目Z=4，同時這些螺栓是呈現(xiàn)一種對稱方式布置的。在下面這張圖中給出了具體的布置情況：圖5.6螺栓的布置示意圖2.螺栓受力分析對于電機(jī)而言，當(dāng)其處于滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)時，螺栓所受到的傾力矩大小是2.38QUOTE，在本文的設(shè)計中初步選擇的是8.8級的M20螺栓，同時所對應(yīng)的加載預(yù)緊力大小是。通過的作用，對于下面這兩個螺栓而言，會受到一定的減載作用，對于上面這兩個螺栓而言，會受到一定的加載作用，所以能夠看得出來，對于上面的那兩個螺栓而言，受到了最大的作用力。QUOTE(1-7)故上面的螺栓所受的軸向工作載荷為QUOTE(1-8)3.螺栓許用引力校核所選擇的材料是Q235,同時所對應(yīng)的性能等級是8.8級，通過資料的查閱得出這個材料所對應(yīng)的屈服極限大小是QUOTE,又通過資料的查閱得出QUOTE，所以QUOTEQUOTE(1-9)故合適4.校核螺栓組連接接合面的工作能力1）抗彎載面系數(shù)W為QUOTE(1-10)在F2作用下接合面的擠壓應(yīng)力QUOTE為QUOTE(1-12)在傾覆力矩M作用下接合面的QUOTE為QUOTE(1-13)2)對于連接在接合面下端上所對應(yīng)的擠壓應(yīng)力而言，其值不能比許用值大，這樣能夠避免接合面被壓碎。QUOTE(1-14)故不會壓碎。3）以防止上端接合面發(fā)生間隙，則QUOTEQUOTE(1-15)故不會產(chǎn)生間隙。5.2.2密封端蓋的螺栓設(shè)計與校核1.受軸向載荷的螺栓組連接如圖所示：圖5.7螺栓分布圖2.對于缸體以及缸蓋而言，都是鋼制QUOTE通過資料的查閱得出QUOTE