高压高速机械密封

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1、高压密封，高速密封的应用四川日机密封件有限公司张有华副总工程师2006年8月一、概述按照JB/4127.2机械密封分类标准，当密封腔体压力超过3MPa时所采用的机械密封就属于高压机械密封；密封端面平均线速度为25~100m/s被定义为高速机械密封。高压高速密封可以采用浮环密封，机械加浮环密封，干气密封，金属波纹管等很多形式的密封。此处仅研究弹簧式机械密封。普通密封大多采用弹簧式密封，通过对密封结构，尺寸，设计参数及其它相关因素进行调整，提高密封的使用参数（如压力，转速），拓展密封的使用范围。采用弹簧式高压高速密封具

2、有成本低，互换性好，通用性强的特点，弹簧式高压高速密封在现代密封领域占有重要地位。高压密封常用于热水循环泵、锅炉给水泵、丙烷泵、甲醇泵、乙二醇泵，或炭黑洗涤水，灰水，汽包水，除氧水，醋酸乙烯，聚丙烯介质的密封，以及原油管道输送等。二、高压密封1.技术关键（1）机械密封结构的确定高压机械密封的结构形式非常关键，如果设计不合理，其它的细节部分再怎么考虑，也只能达到事倍功半的效果。因此，结构型式设计好了，密封性能就好了一半。结构形式包括两部分：密封结构型式，零件结构型式。设计结构形式重点要考虑压力的平衡问题，以避免力不平

3、衡造成密封移位或变形，从而导致密封失效。（2）传动机构的设计机械密封属于动密封，传动机构提供和维持机械密封的工作运转状态。处于高压中的所有密封零件都受到高的压力作用，其中承力的最薄弱环节当属传动机构，因为传动机构常常是一些小零件，杆细、壁薄是它的特点。传动机构一旦失效，密封肯定失效。因此要考虑可靠的传动方式，需按起动扭矩来校核强度。起动扭矩比工作扭矩大得多，可以估算为工作扭矩的四倍。（3）密封端面型式的确定机械密封的主要零件是摩擦副。密封端面承受着最恶劣的工作环境，因此，端面要求很高：既要求有很高的平面度、粗糙度、

4、和轴的垂直度，又要求材料具有很高的强度、刚度、耐磨性、耐蚀性和耐高温性。因为在高压下，端面摩擦热更高，端面更容易产生热变形，同时端面也更容易产生力变形，所以，高压机械密封的端面，必须要考虑合理的形式，以利于导热，减小温升，平衡作用力，抑制端面变形。（4）载荷系数的确定载荷系数为密封重要设计参数，其取值的大小直接影响端面比压，影响密封端面的贴合状态。在高压下，其取值尤为重要，载荷系数只要有微小变动，就会引起端面比压发生很大的变化，而且可供参考的取值极为有限。高压机械密封载荷系数与密封结构、介质性质有关，其值的确定必须

5、通过大量的试验获得。（5）材料的选取原则高压机械密封零件材料选取原则考虑的内容和通用型机械密封一样，不同的是，对机械强度、刚度、耐热性和导热性、摩擦性能和气密性要求更高。同时，材料的其他性能（通常要降低）也要满足工况要求。（6）密封辅助系统的设计机械密封离不开辅助系统，对于高压密封更是如此。合理地设计辅助系统，对于改善密封的工作环境，提高密封的可靠性和使用寿命意义重大。2.采取的措施（1）采用可靠的零件支承、定位方法，强化转矩传递机构机械密封需要把轴的运动方式，通过一系列零件（如轴套、弹簧座、推环等），传递给旋转环

6、。同时，需要对静止环防转，以及对不需要浮动的零件进行定位和紧固。通常，这些功能是靠密封的传动机构完成的。常用的传动方式有：紧定螺钉、键、拨叉、并圈弹簧、销钉、凸耳、勾圈弹簧、波纹管、锁紧螺母等。对于高压密封，应采用增强措施：紧定螺钉应加大规格，并在被压零件上划凹坑；销钉规格需加大；凸耳壁厚应增加或采用实凸耳；波纹管应采用双层结构。不采用并圈弹簧、勾圈弹簧来传动，尽可能采用键、拨叉来传动。力的作用点也尽可能远离轴心，以减小传动件受的作用力。（2）采用合理的结构型式1）密封结构型式密封结构形式需具体情况具体分析，通常的

7、方式是平衡轴向力（如采用对称结构，静环背部设立平衡腔等），采用串联式或三端面结构，采用平衡型密封。2）零件结构型式对于密封中各零件，应设计成有利于对称受力、抑制变形的的结构形式。采用圆弧过渡避免零件断面面积突变，增大零件截面，提高零件加工精度。3）密封端面形式（a）偏心式（b）椭圆式（c）循环槽式（d）内循环槽式（e）内螺旋槽式（f）螺旋槽式（g）内润滑槽式（h）润滑槽式图1典型流体动压端面型式密封端面可以采用流体动压槽形式，这种形式是在动环或静环端面上开数个均布的流体动压槽，深度1mm左右。槽形多种多样，如图1。

8、根据工况，主要是使用PV值来设计，通过试验来确立。这是一种新型的流体动压式密封，专门为在高压和高摩擦热的情况下，改善密封端面润滑膜稳定性而研制的。当密封环旋转时，槽能使液体强烈地冷却距它较远的密封端面（见图2）。进行这种冷却时，在密封环的初始表面上形成与槽数相等的流体动力楔和高压区。由于切向流和压力降，在每一槽后形成慧星状润滑楔。因此，随着密封面上载荷和滑动