机械密封的设计制造与研究毕业设计论文

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1、毕业设计论文机械密封的设计制造与研究摘 要在现代的工业装置系统中，流体机械被广泛的使用着。轴封在这些机械行业当中起到至关重要的作用。轴封的泄漏不仅浪费能源和原料，同时污染环境。本文在分析机械密封结构、工作原理的基础上讨论了高速机械密封的特点。并以公司设计生产制造的32JF型高速机械密封为例，总结了机械密封设计的方法、机械密封的结构特性、密封的分类、机械密封系统的设计与介绍以及机械密封的故障分析与检测，主要参数及重要零件结构材料的选择、机械密封的选用等内容的设计与研究。关键词:1.高速机械密封，2.故障分析与检测，3原理及结构特性，4.密封系统目录一、 机械密封的介绍.41、 机械密封的含义及工

2、作原理 .42、 机械密封的分类 .53、 机械密封系统 . .64、 高速机械密封的特点 .6二、 高速机械密封的设计 .7 1、 主要零件结构型式的确定 . .71.1动环的结构型式 .71.2静环的结构型式 .81.3辅助密封圈的型式 .82、机械密封材料的确定 .92.1密封端面摩擦副材料的选择.92.2辅助密封圈材料的选择.102.3弹簧及其它零件材料的选择 .103、主要零件结构尺寸的确定. .113.1密封端面尺寸的确定 .113.2密封端面直径的确定.123.3密封圈尺寸的确定 .123.4弹簧的确定 .134、主要参数的确定 .134.1弹簧比压的计算 .134.2端面比压的

3、计算 .14三、 机械密封的失效分析与对策.16四、 机械密封的现状与发展.17五、 32JF型高速机械密封.18尾 声 .21参考文献 .22致 谢 .23一、机械密封的介绍1、机械密封的含义及工作原理机械密封是一对或数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置。它是靠弹性构件的弹力（如弹簧或波纹管，及弹簧组合构件）和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴和，端面间维持一层极薄的液态膜而达到密封的目的。这层液体膜具有流体动压力与静压力，起着润滑和平衡压力的作用。 4 1 2 3 5 D B 6 A C 10 9 8 7 图1.1 机械密封结构

4、原理1-弹簧座; 2-弹簧; 3-动环; 4-压盖; 5-静环密封圈6-防转销; 7-静环; 8-动环密封圈; 9-轴; 10-紧钉螺钉A、B、C、D-密封部位（通道）如图（1.1）旋转轴9旋转时，通过紧定螺钉10带动动环3旋转。防转销6固定在静止的压盖4上，防止静环7转动。当密封端面磨损时，动环3连同动环密封圈8在弹簧2推动下，沿轴向产生微小移动，所以被称为非补偿环。通过不同的结构设计，补偿环可由动环承担，也可由静环承担。由补偿环、弹性元件和副密封等构成的组件称为补偿环组件。机械密封一般有四个密封部位（通道），如图（1.1）A、B、C、D。A处为密封端面，又称主密封；B处为静环7与压盖4端面

5、之间的密封；C处为动环3与轴（或轴套）9配合面之间的密封；因能随补偿环轴向移动并起密封作用，所以又称副密封；D处为压盖与泵壳端面之间的密封。B、C、D三处是静止密封，一般不易泄漏；A处即为密封端面相对旋转密封，只要设计合理即可达到减少泄漏的目的。上述密封基本结构是旋转式机械密封，他的补偿环组件处于高速旋转状态，但是高速情况下的圆柱螺旋弹簧会因离心力而失效，如此的运转过程中导致密封腔中液体温度升高，直至气化。降低机械密封的效率，减少使用寿命。所以在我们的日常生活中或是大型的机械设备中应采用静止式机械密封，它的结构和布置形式与旋转式的机械密封相反，但其作用完全与旋转式机械密封相同。 2、机械密封的

6、分类本文为了方便识别和理解进行分类。通过对机械密封的分类。可以进一步了解其工作原理、结构特性和性能特点。机械密封大致可按以下进行分类：结构布置、端面比压大小、端面组合等。1）按布置结构分为:（1）滑动与非滑动机械密封，滑动式机械密封的初始闭合力的力源一般是由弹簧提供的，补偿环借助辅助密封圈支承于轴或是轴套上；而非滑动机械密封是补偿环支承在波纹管式的辅助密封上，靠波纹管的伸长来实现补偿的机械密封。二者之间在性能上有很大差异。（2）旋转式与静止式机械密封，旋转式机械密封是补偿环随轴一起转动，静止式机械密封则是相反的。（3）内装式与外装式机械密封，内装式机械密封指处于相对静止状态的密封环的端面面向主

7、机工作腔的机械密封，而外装式机械密封则是相反的，静止密封环的端面背向主机工作的。下面我只是简单的比较一下滑动式与非滑动式机械密封的性能，如表2-1所示： 表2-1 滑动式与非滑动式机械密封性能比较滑动式非滑动式O形圈V形圈焊接金属波纹管橡胶波纹管聚四氟乙烯波纹管承压性能优良单层-良双层-优良差速度适应性多弹簧-良单弹簧-差优可可耐温性能可优可耐阻塞性能差良优优2）按端面比压大小分为：接触式机械密封，主要是指密封端面相互接触，端面比压Pc0的机械密封。非接触式机械密封两密封端面不接触。而其端面比压Pc的大小取决于载荷系数K值得大小。只有接触式密封才有端面比压（Pc=Ps+P（K-）。3）另外还有

8、一些如：按端面组合分类和按初始闭合力源分类的，因其内容很简单，所以在这里略之。3、机械密封系统 密封系统的功能在于采用冲洗、循环、热对流等工作方式，控制机械密封的工况参数，即温度、压力、润滑、腐蚀、结晶等，以及防止危险介质正常泄漏对环境的污染。在使用场合中，机械密封是由机械密封本身和机械密封循环系统两部分组成。密封系统通过这些功能，建立一个较理想的机械密封的工作环境，可大大提高机械密封工作的可靠性，延长使用寿命。一些高参数的机械密封出现，如耐高温耐强腐蚀的机械密封，就需要这些密封系统建立一个较理想的工作环境。仅以温度控制功能为例，在常温下采用不同材料制造的密封环，若温度超出常温范围，就会因温度

9、升高、热膨胀不同而影响使用性能。密封系统的主要器件有：储罐、增压罐、换热器、过滤器、旋液分离器、孔板、节流套、循环套、泄漏指示器、管道、管件、以及控制仪表等。4、高速机械密封的特点 端面速度超过25m/s时使用的机械密封为高速机械密封.密封结构多采用多弹簧静止式平衡密封;高速时端面摩擦热多、PcV值高使端面液膜汽化。因此设计时应注意：(1) 加强对端面的润滑和冷却；(2) 选用高PcV的端面材料；(3) 尽量选用较小的端面压强；(4) 选用静止式机封,尽量减少旋转零件，传动方式不推荐用销子、键等，以减少不平衡力的影响；(5) 旋转件应尽量采用平衡式或非接触式密封。 二、高速机械密封的设计设计机

10、械密封时首先必须进行周密的调查研究，以获得设计条件及所需要的参数：1.主机的类型及需要密封的部位。2.使用工况。即介质压力、介质温度及轴的转速。被密封介质的名称、成分及性质。包括密度、粘度、汽化压力，是否有腐蚀性、悬浮颗粒等。3.泄漏量的允许极限值。4.轴的振动及偏摆情况。5.密封部位的结构。包括(轴或轴套)的尺寸，密封腔结构，密封腔内径及深度，密封压盖的装配尺寸和各表面的粗糙度。6.辅助系统情况。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。32JF的工作参数及密封的指标工作参数： 性能指标：被密封的介质：丙稀、液化气 泄漏量：10mm/h介质压力:0.10MPa 使用寿命

11、：一年以上转数：7800r/min温度：常温轴径：32mm这样就可以根据已知的设计条件进行机械密封的如下设计：1、主要零件结构型式的确定确定各个零件结构型式之前首先应在了解机械密封的分类及适用范围的基础之上根据设计条件确定机械密封的基本结构。如：确定单（双）端面、平衡（非平衡）型、内（外）装式、旋转（静止）型、单（多）弹簧结构等内容。32JF根据高速泵的工况及第一章第四节中“高速机械密封的特点”确定为单端面、内装、静止式、平衡、多弹簧等基本结构内容。1.1动环的结构型式动环可分为非补偿型和补偿型两种。在静止型机械密封中，非补偿型动环，如32JF的动环紧固在轴上，并用轴套压紧，显然这种动环不能进

12、行浮动。补偿型动环广泛地应用于旋转型机械密封中。密封端面磨损后，动环在弹性作用下自动补偿，动环和轴套的密封方式靠辅助密封圈实现。目前动环在结构上差异很大，根据动环和轴套密封的方法可归纳为三类：辅助密封圈轴向安装的动环、辅助密封圈径向安装的动环和带波纹管的动环：辅助密封圈轴向安装的动环，靠弹簧力压紧密封圈来实现密封。弹簧力可视为不变化密封可靠、使用寿命长、安装较方便，从而得到广泛应用；辅助密封径向安装的动环靠密封圈的过盈和弹性实现；第三种动环是指靠波纹管型密封，将动环和波纹管制成一个整体，故不需要动环密封圈。1.2静环的结构型式 静环安装在泵的壳体、压盖等静止部位上它与动环组成的密封端面防止介质

13、泄漏，也有补偿环和非补偿环之分。当补偿机构设计在动环一侧时，密封端面磨损后，静环不能进行补偿，叫做非补偿型静环。反之称为补偿型静环如32JF中当密封端面磨损后，静环在弹性元件（弹簧）的作用下，做轴向移动进行补偿。 非补偿型静环应用较多,多用于旋转型密封。静环与压盖的密封和固定方式有两种:一是浮动型，一是固定型，具体的结构很多。这里只各举一例说明结构，如图2.1所示: a b图2.1 静环的结构型式a为浮动型静环,b为固定型静环1.3辅助密封圈的结构型式动环和轴（轴套）以及静环和压盖之间的密封靠辅助密封圈来实现。他们基本上属于静密封，当密封端面和轴中心线不垂直时，动环沿轴有很小的轴向运动，其位移

14、量取决于密封端面和轴中心线的垂直误差、运动的次数和轴转速等。密封圈的种类很多从断面形状分类有圆形、方形、V形、及包覆形密封圈(如图2.2所示)。 a b c d e 图2.2 密封圈的种类a圆形;b V形;c方形;d包覆形32JF使用的是O形圈，O形圈设计、制造简单，安装使用方便。工作可靠，具有自封作用。但介质含颗粒时，颗粒会在O形圈处堆积，防碍轴向浮动。2、机械密封材料的确定2.1密封端面摩擦副材料的选择目前用做密封摩擦副材料的种类很多。常用的非金属材料有：石墨、聚四氟乙烯、酚醛塑料、陶瓷等。常用的金属材料有：铸铁、碳钢、铬钢、铬镍钢、青铜以及硬质合金等。此外还有通过堆焊、烧结、喷涂等表面处

15、理及复合工艺改变或改善金属材料或摩擦副表面性能来做摩擦副材料的。各种材料都具有一定的特性，在选择摩擦副材料时应扬长避短，根据具体工作条件合理使用。现介绍几种常用的摩擦副材料：1) 石墨是机械摩擦副材料中用量大，使用范围广的材料之一。因为它具有很多独特的优良性能。(1)较高的导热系数。仅次于银、铜和铝是非金属材料中唯一具有高导热率的材料比某些金属（如司太利硬质合金和哈氏合金等）的导热率高的多。因此能及时将产生的摩擦热散失，从而降低密封端面的温度，这对提高其可靠性和使用寿命都是非常必要的。(2)较低的线膨胀系数。在温度升高时，其热变形较小对保持密封端面的平行是非常有利的(3)良好的耐腐蚀性。其化学

16、稳定性很好，在空气400以下稳定，除强氧化介质如铬酸、浓硫酸及卤族元素外，可耐其他酸、碱、盐及一切有机化学物的腐蚀。(4)极好的自润滑性。因为石墨与金属材料相对摩擦时石墨一层一层地转移到金属表面，形成金属与石墨的相对摩擦，此外它还具有低的摩擦系数。(5)抗拉强度较低，属于一种脆性材料。由于硬度较低，常用做摩擦副中的软环，可以方便的进行各种机械加工。然而，石墨存在着气孔率大，机械强度低的特点。为弥补这一缺点可采用将烧结石墨进行多次浸渍或渗碳等方法。选择合适的浸渍剂非常重要。目前常用的浸渍树脂有酚醛、环氧和呋喃树脂等，常用的浸渍金属有青铜、巴氏合金、铅、铝等。当使用温度170时选择浸渍树脂；反之，

17、选择浸渍金属。浸渍树脂具有良好的耐腐蚀性能。酚醛树脂耐酸性好，环氧树脂耐碱性好，呋喃树脂耐酸又耐碱。因此，浸渍呋喃树脂石墨使用最为普遍。32JF中静环即为呋喃树脂材料。2) 硬质合金是机械密封中另一广泛使用的摩擦副材料。这里的硬质合金主要是碳化钨(WC)，常用的WC-Co为类。WC-Co是由硬度极高的难熔钨碳化物加Co作为粘结剂用粉末冶金方法压制烧结而成的。WC-Co具有极高的硬度和强度，良好的耐磨性及抗颗粒冲刷性，导热率较高线膨胀系数较低，并且有一定的耐腐蚀性，能耐一般温度下的硫酸和氢氟酸以及沸点下的苛性钠等腐蚀，不耐盐酸和硝酸。但是，WC-Co材料的冲击韧性低而脆性高，机械加工困难，且价格

18、较贵。2.2辅助密封圈材料的选择机械密封的辅助圈包括动环密封圈和静环密封圈。根据其作用，要求辅助密封圈从材料上具有良好的弹性、低的摩擦系数，能耐介质的腐蚀熔胀，耐老化。在压缩之后及长期工作中具有较小的永久变形，在高温下使用有不粘着性，低温下不脆硬而失去弹性。另外也要求材料来源方便，成本低廉。辅助密封材料主要使用各种橡胶、聚四氟乙烯等。橡胶是一种弹性很好的高分子材料。具有良好的弹性和一定的强度，具有较好的气密性、不透水性耐磨、耐温、耐压、耐腐蚀性能，是一种广为采用的辅助密封圈的材料。橡胶密封圈除上述优点外，由于其弹性大而可以在较大的公差范围内仍能保持密封不泄漏，且制造容易。其缺点是摩擦系数比较大

19、，弹簧向前推进时阻力较大，在高温时易产生粘着或老化。机械密封圈一般均选用各种合成橡胶。下面介绍几种合成橡胶：(1)丁晴橡胶 丁晴橡胶是丁二烯与丙烯的共聚物。它以优异的耐油、抗老化著称，并且具有耐热、耐磨、耐腐蚀等性能，广泛应用与接触汽油及其他油类的设备。它也能耐碱和非氧化性稀酸腐蚀，不耐氧化性酸（如硝酸、铬酸等）、芳烃、脂、酮、醚、卤代烃等腐蚀。低温下也不宜采用。(2)氟橡胶 氟橡胶是氟原子的一种高分子弹性体，具有耐高温、耐油、及耐多种化学药品浸蚀的特点。目前氟橡胶有三个品种：FPM2301,及氟橡胶23-11，具有优异的耐强酸功能；FPM2602，及氟橡胶26-41，耐热性能优于FPM230

20、1，但工业性能较差FPM2461，及氟橡胶246，其耐热耐溶剂性能比FPM2602还要好。目前制造密封辅助圈采用的氟橡胶主要是FPM2602。它可以在250下长期使用，300下能短期使用，其耐腐蚀性能是弹体中最好的一种，但低温性能较差价格贵，限制了其使用范围。(3)硅橡胶硅橡胶是一种线性高分子弹性体。具有很宽的使用温度范围（-100350）和很高的热稳定性，一般可在200300下长期使用。主要用于高低温下的动植物油、矿物油、氧、弱酸和弱碱物质的密封。其缺点是强度低、不耐磨、价格高。2.3弹簧及其它零件材料的选择机械密封对弹簧的材料的要求是能耐介质的腐蚀和长期工作不降低或失去弹性。 常用的弹簧材

21、料有磷青铜、碳素弹簧钢（65Mn、60Si2Mn、50CrVA等）、铬钢（3Cr13、Cr13等）、不锈钢（1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti）等。磷青铜弹簧在海水、油类介质中使用效果良好；碳素弹簧钢用在化学中性介质中；不锈钢弹簧适用于强腐蚀性介质。机械密封其它零件包括弹簧座、动环座、静环座、传动零件及固定环等，对他们的要求是有足够的强度和耐腐蚀性，在设计、制造及选用中应综合考虑。在使用参数较高且有腐蚀性的场合应选择铬钢或不锈钢；对于使用参数较低、腐蚀性不强的场合，也可采用一般碳钢材料。内装式机械密封由于零件均与介质接触，故对材料的要求较高。3、主要零件的尺寸确定3.1密封端面

22、尺寸的确定3.1.1端面宽度b 具体结构如图2.3所示： h b d d1 D1 D2图2.3 端面有关尺寸b-端面宽度 h-端面高度 d-轴径 d1-轴套直径D1-密封端面内径 D2-密封端面外径密封端面是由动环、静环两个零件组成的。动环和静环密封端面为了有效地工作，相应的做成一窄一宽。软材料做窄环，硬材料做宽环，使窄环被均匀的磨损而不嵌入宽环中去，此时软材料的端面宽度为密封端面的宽度b。当动环和静环都选用硬材料时密封端面都做成窄环，并取相同的宽度。端面宽度b在材料强度、刚度足够的情况下，尽可能取小值。过大的值使端面润滑、冷却效果降低，端面磨损、泄漏、功率消耗增加，而且加工量增加。硬环端面的

23、宽度应比软环大13。32JF密封的静环（石墨）、动环（YG6）为一软一硬情况，故静环（密封环）的端面宽度即为密封端面宽度。此宽度可根据密封的型式、材料、轴径由“泵用机械密封”标准中查表得到。32JF（平衡型）查表取得端面宽度为3mm。3.1.2端面高度h端面高度一值主要从材料的强度、刚度以及耐磨损能力确定，一般取23mm,也可由”泵用机械密封”标准查得。32JF中取的高度为2mm。3.1.3间隙因为轴与静环相对运动，所以必须留有一定的间隙。静环内径D与轴套（或轴）的间隙（D-d）一般取13mm（具体尺寸根据安装精度、轴的偏摆程度及轴径大小确定）。在32JF密封组件中为静环嵌套在静环座内，所以此

24、处D应代表静环座内径。此值也可由查表取得D-d=2mm。对于动环为保证其浮动性,以补偿轴与静环的偏斜,轴的振动而造成的摩擦副不贴合和比压不均匀等情况.一般它与轴的配合间隙依轴径大小取0.51mm。动环与轴的间隙也不可能过大，过大的间隙会造成O形圈卡入间歇而造成密封失效，尤其在高压时更要注意。32JF中取的间隙为0.5mm。无论是动环或是静环，与轴的间隙还应考虑到机械密封工作时热膨胀系数不同的影响，在温度较高时要进行核算，以保证合理的间隙。3.2密封端面直径的确定载荷系数：密封流体压力作用在补偿环上（在32JF中指的静环），使其对于非补偿环（动环）区域闭合的有效作用面积（载荷面积）与密封环的面积

25、之比称为载荷系数。用K表示。对于32JF内装型密封：K=载荷面积/接触面积=A/ A1 = (D22-D12)/( D22-d12) (2.1) 当载荷系数K，密封端面宽度b和动、静环内径与轴的间隙确定以后，就可根据轴（或轴套）直径，按下列方法计算密封端面直径（参见图2.3） D1 = ( -4bk+4d12-18b2k(1-k) )/2 (2.2)再由 D2 =D1+2b (2.3)即可求得密封端面外径D2。3.3密封圈尺寸的确定密封圈的内径及断面公称尺寸是根据密封部位的相关尺寸确定的。考虑橡胶O形圈与聚四氟乙烯V形圈的互换性，在设计时取相同的公称尺寸。 为保证其密封性能，密封圈必须有一定的

26、压缩量如图2.4所示:图2.4 O 形圈有关尺寸压缩量为(a-b)/a。O形圈的压缩量一定要掌握适当，过小会使密封性能差，过大会使安装困难，摩擦阻力加大，且浮动性差。O形圈内径尺寸偏差一般取-0.51.5mm。3.4弹簧的确定当密封端面磨损时，由于压缩弹簧伸长，使补偿环产生轴向移动进行补偿，此时弹簧力下将。为保证机械密封在整个密封期间密封端面的比压变化不大，始终具有良好的密封性能，则要求弹簧力数值下降量不超过1020，同时由于机械密封要求结构紧凑，因此弹簧应尽量短。与一般弹簧比较其特点是节距大、圈数少。机械密封中用的最多的是圆柱螺旋弹簧。其设计计算通常是根据选定的弹簧比压Pc和密封端面接触面积

27、A来计算弹簧的工作载荷F2，再根据选定的弹簧材料及假定的弹簧中径D2、弹簧丝径d及工作圈数n进行计算，确定结构尺寸并进行强度校核。弹簧工作压力 F=kf=Gd4f/8D3n （2.4）G：剪切弹性模数 d：弹簧丝径， f:压缩量， n:弹簧圈数 D：弹簧中径4、机械密封主要参数的确定 首先有两个参数有必要先介绍一下(1)反压系数：所谓反压就是密封端面间隙内液体力图推开端面的力。（假设端面间隙的压力按直线分布）密封间隙中液体的平均压力Pm和介质压力P之比称为反压系数，用表示，即=Pm/P(2)PcV值：是密封端面比压Pc与密封端面平均线速度V（m/s）的乘积。它表示机械密封的实际工作能力，按下式

28、计算PcV =PcDmn/60 即PcV =Pc（D1+D2）n/120 （2.5）许用PcV值以【PcV】表示,它是极限PcV值除以安全系数 n 的数值。设计时实际PcV值应小于许用PcV值。4.1弹簧比压的计算弹簧元件施力到密封端面单位面积上的力，叫做弹簧比压，单位：N/（或MPa）,用Ps表示，即其计算方法是总的弹簧力除以密封端面的面积。 Ps= Fsns / A （2.6）A=/4(D22-D12)Fs单个弹簧的弹簧力 ns弹簧数量 A密封端面面积，弹簧比压的作用是当介质压力很小或波动时，仍能维持一定的端面比压，使密封端面贴紧，保持密封作用。弹簧比压Ps与密封介质压力、零件材质、结构型

29、式以及密封端面的平均线速度等因素有关。通常Ps低压时选低值，高压时选高值；对于内装式机械密封取低值，外装平衡式取高值；高速机械密封取低值，低速则取高值。4.2端面比压的计算作用在密封端面单位面上净剩的闭合力，叫做端面比压，用Pc表示，单位；MPa。当忽略辅助密封摩擦（即补偿环上辅助密封处轴向移动的摩擦力）时，Pc等于作用在密封端面单位面积上的闭合力与开启力（即一般由密封端面间流体液体膜压力引起的使补偿环与非补偿环分开的力）之差除以密封端面面积。即;Pc=Fc-Fe/A (2.7)Fc闭合力，N Fe开启力,N A密封端面面积，这里有必要介绍一下反压系数:先说所谓反压就是密封端面间隙内液体力图拉

30、开端面的力。密封间隙中液体的平均压力Pm和介质压力P之比称为反压系数,用表示,即 =Pm/P (2.8)下面以我厂生产的32JF为例推导端面比压的基本计算公式图2.5 32JF内装平衡型动环受力情况Fe-液膜压力产生的开启力 D1-密封端面外径Fp-介质压力引起的闭合力 D2-密封端面内径Fs-弹簧压力引起的闭合力 d1-轴套外径则作用在密封端面上的合力： F=Fp+Fs-Fe (2.9)把式（2.8）代入式（2.7）得: Pc= Fp+Fs-Fe/A (2.10)再由 A1=/4(D22-d12) Fp=PA1 Fs=PsA Fe=PA 代入式（2.10）得Pc= Ps+P(A1/A)-P

31、即： Pc=Ps+P(K-) (2.11)合适的端面比压是保证机械密封长周期安全运行的重要因素。端面比压要适当的大于密封端面间的液膜压力，使密封良好地贴合，避免工作中密封面开启，保证密封工作地稳定性。为保证机械密封具有长久地使用寿命和良好地密封性能，必须选择合理地端面比压。端面比压按下列原则进行选择:(1)为使密封面始终紧密地贴合，端面比压一定为正值，即Pc0。(2)端面比压Pc一定要大于物料在密封面上的蒸气压。(3)端面比压是决定密封间存在液膜地重要条件，因此一般不宜过大，以避免液膜蒸发，磨损加剧。从泄漏量角度考虑也不宜过小，易防止密封性能变差。在泵用机械密封中，对于内装式，Pc一般选取0.

32、30.6MPa;外装式Pc一般选取0.150.4MPa;对于粘度大、润滑性好地介质，Pc可适当增加，一般选取0.50.7MPa;对易挥发、润滑性差地介质取较小的Pc即0.30.45MPa。三、机械密封的失效分析与对策机械密封的失效实例中，以摩擦副、辅助密封圈引起的失效所占比例最高。根据几家炼油厂、化工厂泵用机械密封的统计资料表明，大约有47%的泵维修归因于机械密封；一般来说，轴封（即机械密封）是流体机械的薄弱环节，它的失效时造成设备维修的主要原因。机械密封在机、泵中均是精密的部件，由于其工作条件恶劣与随机失效性，工作寿命较低。引起密封过早失效的因素很多，例如：设备本身存在的问题、密封设计和制造

33、过程中出现的问题、造型或安装不当等。因此，应针对具体情况，分析失效原因，采取相应的改善措施。在实际工作当中，泄漏是机械密封失效的主要表现形式。重要的是要从泄漏现象分析机械密封产生泄漏的原因。对于外装式机械密封易于查明其失效原因，而内装式机械密封只能见到泄漏是来自非补偿静止环的外周或内周，这也就对我们的分析和解决带来一定的困难；由端面不平、端面间存在异物和安装不正确导致的摩擦副端面之间的泄漏也是不容忽视的。我们要针对不同的情况采取不同且适合的应对措施，还有非补偿环密封圈处的泄漏、机体与压盖结合面之间的泄漏、轴套与轴之间的泄漏等等。泄漏也是由于外界的影响以及选择材料不当导致，所以我们还要从摩擦副材

34、料分析故障原因，从组对材料的相容性、耐腐蚀性等角度出发。通过大量的实验，以及现场的经验积累等，才能确定摩擦副的优化组合。此外，还要通过合理的设计，才能充分发挥材料优异的性能。还有很多如从失效形式分析故障原因。四、机械密封的现状与发展1.我国机械密封技术发展起步较晚，但是发展速度较快。在机械制造业中出现了简单的机械密封。早在50年代末。兰州炼油厂就开始研制泵用机械密封的配件，使用在进口的离心泵上。与此同时，原第一机械工业部通过机械研究所成立密封研究所，开始系统研究密封装置。机械密封是重要的基础件，它性能的好坏决定着泵性能的优劣。在60年代，沈阳水泵厂、上海水泵厂和天津机械密封件厂等相继开始生产机

35、械密封。1970年由机械、化工、石油三部联合组织，制订了泵用机械密封标准，并以部标JB1472-75颁布。自80年代以来，我国主要机械密封制造厂相继引进了高新的机械密封技术，使我国机械密封的技术水平迅速提高。在此期间，初步完成了机械密封的技术标准体系，对机械密封技术的发展起了指导和推动作用。机械密封之所以发展之快，是因为它具有以下特点：(1)密封性好；(2)使用寿命长；(3)无须经常调整；(4)功率损耗小；(5)轴或轴套的表面不易磨损；(6)抗振性强，缓冲性好；(7)性能参数高，使用范围广；(8)结构较复杂，品种多；(9)装配稍难，更换不便；(10)价格昂贵。2.目前，在机械密封领域需进一步研

36、究怎样去提高机械密封的性能，可靠性和寿命。各种旋转流体机械正朝着高性能方向发展，且不断有新的要求和挑战。而当前国内对机械密封技术的发展有以下要求：(1)关于基础理论研究方面，端面的热变形和机械变形对摩擦工况的影响；端面的温度分析；密封组件的动力学特性，有必要把各种情况进行综合和切合实际的考虑。(2)关于结构方面则是要求结构尽量的简单，维护维修都很方便，常为更加容易使用的基础件。需要研制出轴向尺寸短，使用参数高的双端面机械密封。对接触式机械密封来说，其发展方向是减少故障，提高可靠性。(3)关于PV值，在现有的材料基础上，可以提高机械密封的使用PV值，来减少泄漏，进一步提高工作稳定性。(4)关于密

37、封材料方面，机械密封摩擦副材料的组对，通常一方是以碳石墨的软质材料；另一方面是以硬质合金、陶瓷为代表的硬质材料。而如何提高其性能成了当前难解决的问题。(5)关于机械密封的合理使用，密封系统的元件无系列产品，要求系列化与密封产品配套供应，以提高密封的性能及使用寿命。(6)在经济技术方面，现有机械密封的售价很高，因此应设法降低成本。1）利用标准化、规格化降低成本；2）利用互换性及通用性减少库存；3）改进加工工艺，批量化生产等 五、32JF高速机械密封1以下是32JF型高速机械密封组件，其32为与它相配合的轴颈的直径是32mm ，JF是指静止式机械密封。 32JF的工作参数及密封指标如下： 被密封的

38、介质：丙烯、液化气 介质压力：0.1Mpa 泄漏量：10mm/h 转 数：7800r/min 使用寿命：一年以上 轴 颈：32mm 根据已知的设计条件进行机械密封设计：1)根据上述32JF的工况参数及高速机械密封的特点，确定32JF高速机械密封为单端面、内装、静止式、平衡且多弹簧结构，图中非补偿型动环紧固在轴上，并用轴套压紧，动环将不能进行浮动。辅助密封圈轴向安装的动环，靠弹簧力压紧密封圈来实现密封。动环的材料我选择YG6，静环安装在泵的压盖上与 动环组成密封端面来防止介质泄漏。32JF中采用补偿型静环，密封端面磨损后，静环在弹簧作用下，作轴向移动进行补偿。静环材料我选择的是呋喃树脂，考虑到工

39、况参数的特性，要满足机械强度高，减少气孔率大的要求。图中所用到的辅助密封圈的结构形式选择为O形圈，因它的安装制造都很简单，工作可靠。材料选择用聚四氟乙烯，具有较好的气密性、耐高温、耐压耐腐蚀，因而被广泛使用。对于弹簧最重要的是保证它耐腐蚀，长期工作性能不降低。我选择不锈钢(1Cr18NI9Ti)。2)端面宽度b值尽可能取小值，太大润滑和冷却效果降低。静环（石墨）、动环（YG6）为一软一硬材料，硬环端面的宽度比软环大1-3mm，32JF的端面宽度可查“泵用机械密封”得b=3mm。同理：端面高度h =2mm。在32JF密封组件中，根据上图2.3中关系，D为静环座内径，D-d=2mm为轴与静环的间隙

40、。动环与轴的配合间隙依轴径大小而定，取为0.5mm。3)密封端面直径确定：对于32JF内装型密封 K=A/ A1=( D22-D12) /( D22-d12)=0.5 当K=0.5，b=3mm，D-d=2mm（静环与轴），动环与轴取0.5mm已确定，则 D1= -4bk+4d12-18b2k(1-k) /2 = -430.54322-1890.25 /2=45mm D2 =D1+2b =452351mm4)PcV值代表机械密封的实际工作能力， PcV =PcDmn/60 =Pc（D1+D2）n/120 =0.1102 （511）7800120=1045)弹簧比压Ps，它是弹簧施力到密封端面单位

41、面积上的力： Ps= Fsns /A=1042/452.16=0.46MPa A=/4(D22-D12)=0.785（512-452）=452.16m2 F=kf=0.5（ab）a0.104KN 6)在泵用机械密封中，32JF的端面比压Pc0，且内装式的它取Pc=0.3-0.6Mpa，易防止密封性能变差。通过简单的计算和数值的选取，验证32JF高速机械密封式符合使用要求的，用在各种高速泵上可以大大提高泵的性能和效率，减少泄漏，保护环境延长泵的使用寿命，被广泛应用！2.整个篇幅从机械密封性能参数、结构特点、原理特性方面充分体现了32JF高速机械密封设计后的最好成效！在与旋转式机械密封相比较的过程

42、中，静止式机封(32JF)是被广泛采用的。因旋转式机封的补偿组件处于高速旋转状态，导致高速下的圆柱弹簧因离心力而失效。32JF采用静止、平衡型等结构，恰巧弥补这一缺点，提高效率，大大增加了使用寿命。而在设计时，不仅数值参数要选取的适当，更重要的是与其相关的其他一些设备或构件，即：1)主机类型及明确需要密封的部位；2)介质压力、温度和轴的转速；3)密封部位的结构；4)冷却水温度的考虑等。清楚之后才能进行完整、细致而顺畅的设计、计算，按照规定的设计模式，每步都做到毫无纰漏，最后进行检查、校验，再从中寻找新的设计方法，这样循序渐进的学习，相信自己一定会成功！尾 声随着机械密封技术的日益发展，它已被用

43、于各类泵、压缩机、压力釜等设备上，更体现出了机械密封的性能特点，发挥其最大的优点来满足生活中的使用要求。我们要在不断的设计及学习中不断的开发研制具有新型特性且可靠性高的机械密封。公司在自己的能力基础上，吸收国外的先进技术，指出了几种有待提高的机械密封。如：集装式密封，它的密封件、轴套与压盖在安装前集装在一起，便于检查装配质量，只需拧紧压盖螺栓即可。易于安装维护、拆卸和检修，还有可自动调节机械密封、减小热变形影响的机械密封等。任何一种结构形式的机械密封都有其优点，但也不可避免的存在一些局限性，怎样扬长避短，这才是生产者和使用者所应该认真考虑的问题。参考文献【1】李继和、蔡纪宁、林学海和编，机械密

44、封技术，化学工业出版社，1988【2】王汝美编实用机械密封技术问答，北京：中国石化出版社，2004【3】成大先主编机械设计手册(第四版)第3卷“润滑和密封”化学工业出版社，2002.1【4】徐灏主编，机械设计手册第33篇第4章“机械密封”，机械工业出版社，1995【5】沈阳水泵研究所 中国农业机械化科学研究所主编，叶片泵设计手册，机械工业出版社，1983【6】陈德才、崔德容编著，机械密封设计制造与使用，机械工业出版社，1992年5月【7】沈锡华 密封材料手册，北京，中国石化出版社，1991年【8】第一机械工业部合肥通用机械研究所 主编 机械工程手册第23篇密封 机械工业出版社【9】中国机械工程学会流体工程分会，第三届流体密封专业委员会学术会议论文集1994年11月 致 谢本论文是在高利军老师的认真指导和细心帮助下完成的。高利军老师治学严谨，工作认真、精湛的教学态度给我们树立了学习的榜样。使我在学习和工作中受益匪浅。在此向指导老师的细心关怀和耐心指导表示诚挚和衷心的感谢！在完成论文工作中，北京巡航高科技有限公司为我的课题研究提供了丰富的资源和良好的条件使我顺利的完成了论文工作。在此也向他们致以崇高的谢意！ 最后向在论文完成过程中给与我支持和帮助的老师、同学们表示感谢！