机械密封件的设计步骤

机械密封件的设计步骤
机械密封件的设计步骤

一、在机械密封件设计中应首先了解、分析密封的使用条件和要求。

(1)机械密封件的设计条件

①使用轴封的机泵类型及轴封的部位。
②工作参数：包括压力、温度、周速（转速和轴径）。
③介质性质：包括介质的密度、黏度、饱和蒸气压、固体颗粒的粒度和浓度、腐蚀性(pH值）和结晶、聚合、分解等条件。
④主机工作特点：连续运转、开停次数、周期、转向。
⑤主机工作环境：安装在室内还是室外，环境气氛、环境温度和压力，包括污染、腐蚀、振动、可利用的冷却剂、润滑剂等环境条件和轴封位置等。

(2)对机械密封件的要求

①确定主机对机械密封件的允许泄漏量、泄漏点、泄漏方向（内漏或外漏）要求等，保证生产安全可靠地运行。
②机械密封件使用寿命，反映机械密封件耐磨性、耐蚀性、耐温性和耐振性的综合结果，对石油化工企业，要求机泵轴封寿命长，保证工艺装置连续生产。
③机械密封件的可靠性和稳定性。
④主机对机械密封部分外廓尺寸和结构条件的限制。
⑤节省能耗与物料消耗。
⑥操作及生产工艺的稳定性。
⑦材料和价格。

其次，根据设计要求和条件，确定设计方案，包括根据使用要求、条件来选择结构型式和确定材料，确定润滑、冷却、冲洗、过滤等辅助装置和密封件主要尺寸及现有系列产品的选择和比较。然后确定主要构件的材料，进行密封副、辅助密封、弹性元件、紧固件等主要构件和辅助装置的设计和计算，最后绘制整套图样，提出主要技术条件。

二、机械密封件的结构选型

(1)根据工作参数p、v、t选型

①工作压力P　密封的工作压力p是指密封室内密封介质的压力，由于密封室内的介质压力并不等于泵内介质压力，密封介质的压力可能高于、等于或低于泵内介质的压力，因此要报据泵的具体结构型式来确定密封的工作压力。例如，单级悬臂泵具有平衡孔，不但为了平衡轴向力，同时也减轻轴封箱压力，这时轴封箱压力等于吸入压力加上通过平衡孔的阻力损失：釆用前、后口环用平衡管平衡轴向力，轴封箱压力等于平衡管入口压力加上平衡管的阻力损失；如用节流底套时还应加上底套的阻力损失：采用背叶片降低轴封箱压力时近似地估算离心作用减轻的压力，同样也可以根据冲洗压力和给定冲洗量来估算节流底套压力损失；对于多级泵，应根据级间布置来确定，近似按级数平均分配估算中间压力：对于采用平銜盘或平衡鼓等措施平衡轴

向力的情况，可按吸入压力加上平衡管阻力损失来考虑。具体可参阅有关书籍和文献。但是，确切的数据只有依靠同类型机器的测试值才能确定。

通常，当介质黏度高、润滑性能好、p在0.8MPa以下或低黏度、润滑性能较差的介质、p在0.5MPa以下的密封，均可采用非平衡型。p超过15MPa时，一般单端面平衡结构很难达到密封要求，可用串联式多端面多级密封并逐级降压。

②周速v　通常以密封面平均直径的圆周速度来表示密封的周速。根据v值的大小确定弹性元件是否随轴旋转而采用弹簧旋转式或弹簧静止式。周速低于20~30m/s时采用弹簧旋转式密封，周速髙于25m/s的高速密封，为了避免旋转不平衡质量引起强烈振动，为了避免离心力和搅拌热的影响，应采弹簧静止式密封。周速高，pv值高，可采用中间环机械密封来降低周速，从而降低值。在压力和周速比较高时可采用流体静压密封或流体动压密封。

③温度t　以密封箱内密封介质温度来表示工作温度t。通常根据温度大小确定辅助密封圈的材料、密封面的冷却方法及辅助系统。对于易汽化介质，应与压力同时考虑使工作温度低于沸点14℃,否则不能保证稳定液膜，需要采取措施来改善工作条件。

一般介质温度在80~150℃的机械密封件为高普通热产品（普热）密封，温度高于150℃的机械密封件称为高温机械密封件，要釆取相应冷却措施。一般辅助密封元件材料受温度限制。一般温度低于-20℃的密封为普通低温机械密封件，温度低于-50℃的密封为深冷机械密封件。在高、低温下工作的机械密封件不仅在材料和结构上要采取措施，而且在辅助措施方面也要有冷却和保温措施。

密封介质温度在80℃以下，一般机械密封件都适应，辅助密封圈通常为丁腈橡胶O形密封圏。密封介质温度为-50~+150℃,根据介质腐蚀性强弱选用氟橡胶、硅橡胶或聚四氟乙烯成形填料（O形、方形、V形、楔形等）密封圈。密封介质温度低于-50℃时，橡胶和聚四氟乙烯会产生低温脆裂，密封介质温度髙于150℃时，橡胶和聚四氟乙烯会产生高温老化，所以应采用金属波纹管密封。

（2）根据介质性质选型

对于腐蚀性较弱的介质可选用内装式机械密封，其端面受力状态和介质泄漏方向都比外装式合理；对于强腐蚀性介质因弹性元件中弹簧的选材问题不易解决，则选用外装式机械密封或聚四氟乙烯波纹管密封，但一般只适用于介质压力在0.2～0.3MPa范围内。对于易结晶、易凝固和高黏度产品，应釆用单个大弹簧旋转式结构，它比多点布小弹簧结构好，因为这样不容易堵塞。对易燃、易爆和有毒的产品

，必须考虑有封液（隔离液）的双端面密封、串级密封或多级密封，以保证绝对密封。必须注意，对于有冲洗或阻塞流体的密封，介质性质应视具体情况，按这类流体的性质来考虑。

(3)根据轴径选型

系列产品一般轴径大于120mm的密封称为大轴径密封，而小于25mm的密封称为小轴径密封，其间是一般密封。非系列产品需另外考虑。