机械密封（PDF55页）

机械密封的基本问题机械密封的基本问题◆◆温度问题温度问题◆◆变形问题变形问题◆◆密封性问题密封性问题◆◆稳定性与追随性问题稳定性与追随性问题◆◆可靠性和耐久性问题可靠性和耐久性问题第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题机械密封在使用过程中，由于摩擦和搅拌产生的热量会使机械密封在使用过程中，由于摩擦和搅拌产生的热量会使密封环（特别是密封端面）温度升高。若使用工艺条件本身密封环（特别是密封端面）温度升高。若使用工艺条件本身温度也很高，就会带来一系列由温度造成的问题温度也很高，就会带来一系列由温度造成的问题::◆◆如密封面之间介质汽化，密封环变形，密封面磨损以及如密封面之间介质汽化，密封环变形，密封面磨损以及热冲击和热裂等。热冲击和热裂等。◆◆此外，密封环、辅助密封材料的耐温性也有一定的限此外，密封环、辅助密封材料的耐温性也有一定的限度，弹性元件的弹性也会受到温度的影响。度，弹性元件的弹性也会受到温度的影响。◆◆有些介质在温度变化时，也会发生固化、聚合、结晶、有些介质在温度变化时，也会发生固化、聚合、结晶、结焦、溶解和腐蚀加剧等。结焦、溶解和腐蚀加剧等。温度问题带来如此多的影响，因此，在设计和使用时，必温度问题带来如此多的影响，因此，在设计和使用时，必须充分考虑温度的影响。须充分考虑温度的影响。温度温度危害危害第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题机械密封的热源：机械密封的热源：11）密封端面的）密封端面的摩擦热摩擦热QQFF22）旋转元件在密封介质）旋转元件在密封介质中摩擦产生的中摩擦产生的搅拌热搅拌热QQAA33）辅助元件的）辅助元件的摩擦和振摩擦和振动动产生的热量产生的热量QQBB44））密封介质或冲洗液密封介质或冲洗液的的热量热量QQmm4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡QQBB热源热源第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题热量的散出：热量的散出：热量的散出首先由密封狭隙中产生的摩擦热通过热量的散出首先由密封狭隙中产生的摩擦热通过导热导热（（QQLL））传到密封环中，然后，在环内的热量逐渐向外移动；通过传到密封环中，然后，在环内的热量逐渐向外移动；通过对流对流（（QQKK）放出来，为冷却介质所吸收，并且作为其热焓继续运）放出来，为冷却介质所吸收，并且作为其热焓继续运动；热量也可能通过动；热量也可能通过辐射辐射（（QQSS）向四周散出，即变成辐射热。）向四周散出，即变成辐射热。4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡散热散热第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题热量的散出：热量的散出：11）由旋转元件传给密封介质或）由旋转元件传给密封介质或冲洗液的热量冲洗液的热量QQ1122）由静止环传给周围介质或大）由静止环传给周围介质或大气的热量气的热量QQ2233）传给传动轴的热量）传给传动轴的热量QQ3344）由泄漏液带走的热量）由泄漏液带走的热量QQ444.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡散热散热第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题根据热量平衡，列出机械密封的热量平衡方程：根据热量平衡，列出机械密封的热量平衡方程：QQFF+Q+QAA+Q+QBB+Q+QMM=Q=QLL+Q+QKK+Q+QSS或：或：QQFF+Q+QAA+Q+QBB+Q+QMM=Q=Q11+Q+Q22+Q+Q33+Q+Q44通常，由于辅助元件的摩擦和振动产生的热量通常，由于辅助元件的摩擦和振动产生的热量QQBB较小，可忽较小，可忽略不计；密封介质的热量略不计；密封介质的热量QQMM在计算温升时也可暂不考虑。在计算温升时也可暂不考虑。对各种热量进行讨论。对各种热量进行讨论。4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡66－－1166－－22热平热平衡衡第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡11、密封端面的摩擦热、密封端面的摩擦热计算计算WW式中：式中：————摩擦系数；摩擦系数；————密封端面面积，密封端面面积，mm22；；————密封端面比压，密封端面比压，PaPa；；————密封端面平均线速度，密封端面平均线速度，m/sm/s。。AvpfvMQcff⋅⋅=⋅=fAcpvfQ66－－33摩擦摩擦热热第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡22、搅拌热、搅拌热QQAA计算计算对于静止式机械密封，利用旋转圆盘公式：对于静止式机械密封，利用旋转圆盘公式：WW对于旋转式机械密封，利用旋转圆筒公式：对于旋转式机械密封，利用旋转圆筒公式：WW式中：式中：————圆盘外直径和内直径，圆盘外直径和内直径，mm；；————圆筒部分的平均直径和长度，圆筒部分的平均直径和长度，mm；；————密度，密度，kg/mkg/m33；；————转速，转速，r/sr/s。。854/)(3550wrp⋅⋅-=diAdCDDQiDD,0r66－－44854/34wrp⋅⋅⋅=cccAcCLDQ66－－55ccLD,w搅拌搅拌热热第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡33、导热散出的热量、导热散出的热量QQLL计算计算WW式中：式中：————导热系数，导热系数，W/W/mm··KK，，————00℃℃时的导热系数，时的导热系数，W/mW/m··KK————温度系数，温度系数，————温度温度,K,K————密封端面接触面积，密封端面接触面积，mm22————密封环端面与周围介质的温度差，密封环端面与周围介质的温度差，KK————温度降方向的壁厚温度降方向的壁厚(h(h或或b)b)，，mmLTAQL/Δ⋅⋅=lTΔl66－－66Ab0l)1(0tbll+=tL传导传导热热第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡44、对流散出的热量、对流散出的热量QQKK计算计算WW式中：式中：————冷却液体的流量，冷却液体的流量，kg/hkg/h————比热，比热，J/kgJ/kg··KK————冷却液进、出口的温差，冷却液进、出口的温差，KK111TCqQKΔ⋅⋅=1q66－－771C1TΔ对流对流热热第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题4.1.14.1.1热源及温度平衡热源及温度平衡55、辐射散出的热量、辐射散出的热量QQSS计算计算WW式中：式中：————辐射系数，辐射系数，W/mW/m22··KK44————辐射面积，辐射面积，mm22————环境温度，环境温度，KK————密封环的温度，密封环的温度，KK])100()100[(414TTACQSSSS-⋅=SA66－－88SC1TST辐射辐射热热第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题11、轴向温度梯度的影响、轴向温度梯度的影响讨论摩擦热讨论摩擦热QQFF通过轴向方向导入密封环通过轴向方向导入密封环11和和22中。中。假设：假设：11）在相对稳定的热平衡状态下；）在相对稳定的热平衡状态下；22）两个环都是单一材料做成的；）两个环都是单一材料做成的；33）纯轴向导热；）纯轴向导热；44）两个材料具有相同的）两个材料具有相同的λλ；；55）不考虑边界区的影响。）不考虑边界区的影响。4.1.24.1.2端面的温升端面的温升第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题11、轴向温度梯度的影响、轴向温度梯度的影响则沿轴向导出的摩擦热为：则沿轴向导出的摩擦热为：WW式中：式中：————导热系数导热系数W/mW/m··KK；；————密封环端面的温度，密封环端面的温度，KK————两环外周介质温度，两环外周介质温度，KK————两环轴向厚度（两环轴向厚度（hh11，，hh22），），mm————两环的导热面积，两环的导热面积，mm224.1.24.1.2端面的温升端面的温升22221111LTTALTTAAvpfQc-+-=⋅⋅=ll21,ll21,AAT21,TT21,LL66－－99第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题11、轴向温度梯度的影响、轴向温度梯度的影响设：设：AA＝＝AA11＝＝AA22，且温度梯度，且温度梯度CCaa是线性分布的是线性分布的则则：：由上式可计算出达到热平衡时的密封端面温升。密封材料的由上式可计算出达到热平衡时的密封端面温升。密封材料的导热系数越高，环的温升越小；反之，温升就高。导热系数越高，环的温升越小；反之，温升就高。4.1.24.1.2端面的温升端面的温升111/)(LTTCa-=222/)(LTTCa-=222111ACACAvpfaacll+=⋅⋅Θ2211aacCCvpfll+=⋅∴66－－1010第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题22、径向温度梯度的影响、径向温度梯度的影响实际上，端面比压实际上，端面比压ppcc沿密封端面均布，以及摩擦热沿轴向传沿密封端面均布，以及摩擦热沿轴向传递的假设，不能完全反映密封环的温度分布，因为环的内周或递的假设，不能完全反映密封环的温度分布，因为环的内周或外周的温度较低，一部分摩擦热将沿径向导出，因此，环的径外周的温度较低，一部分摩擦热将沿径向导出，因此，环的径向温度梯度也很明显。向温度梯度也很明显。4.1.24.1.2端面的温升端面的温升第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题22、径向温度梯度的影响、径向温度梯度的影响假设：假设：11）两环端面积相等）两环端面积相等AA11=A=A22=A=A；；22）把密封面的宽度）把密封面的宽度bb作为径向温降的极限厚度，即：作为径向温降的极限厚度，即：LL11＝＝LL22＝＝bb33）把恒定的冷却液温度）把恒定的冷却液温度TTkk作为基础，无突变，直接把热作为基础，无突变，直接把热量由环表面传给液体且通过对流散出，此时：量由环表面传给液体且通过对流散出，此时：TT11=T=T22==TTkk则则：经简化后得出：：经简化后得出：4.1.24.1.2端面的温升端面的温升bTTvpfc/))((2121-+=⋅∴ll66－－1111第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题33、密封端面的温升、密封端面的温升因散热情况复杂，与许多因素有关，通常用散热系数因散热情况复杂，与许多因素有关，通常用散热系数CCww来考来考虑，最终得出端面温差：虑，最终得出端面温差：式中：式中：CCww————散热系数，它与冷却液体和工作条件有关，散热系数，它与冷却液体和工作条件有关，CCww＝＝0.2~0.90.2~0.9。若没有温度突变且立即把摩擦热传给液体的。若没有温度突变且立即把摩擦热传给液体的话，话，CCww有可能达到有可能达到11，即，即CCww=1=1。。4.1.24.1.2端面的温升端面的温升)(21ll+⋅⋅=-=ΔWcKCbvpfTTt端面端面温升温升第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问题33、密封端面的温升、密封端面的温升这说明：这说明：密封缝隙中的实际温度可能要比用公式计算出来的密封缝隙中的实际温度可能要比用公式计算出来的高高，所以，可以把散热系数，所以，可以把散热系数CCww看作是：看作是：4.1.24.1.2端面的温升端面的温升实际温度计算的密封端面温度==WWTTCR第第章章44机械密封的基本问题机械密封的基本问题4.14.1温度问题温度问