工况自适应机械密封结构设计与试验郭会，孙铁，蒋英田（抚顺石油学院机械系，辽宁抚顺113001）腔压力将随装置当时操作条件变化而变化。如果装置抽空操作密封腔出现负压改变了机械密封动静环设计使用条件下的力平衡关系，摩擦副轴向可能仅受弹簧力和大气压力作用。如果大气压力作用产生的轴向力大于弹簧力会使摩擦副产生轴向位移，造成静环辅助密封圈脱离环座，诱发密封失效。过渡过程还可能诱发机械密封端面分离，原因在于过渡过程中密封腔压力下降，介质气化密封配合面间的流体膜发生相变膜压的合力增大，推开密封面，也可能使气化后的密封面处于干摩擦状态，密封失效。为防止摩擦副整体位移，提出了利用波纹管有效作用直径同密封面的内外径相协调的设计结构，保证大气压力产生的轴向推力始终与弹簧推力同方向。同时，进行了理论分析和试验，证明结构可行。

　　基金项目：中中国石化总公司资/助）o腿alElecfronicPublishingH③1机械密封失效的几种现象炼厂化工厂工艺装置服役的离心泵进出口压力受工艺条件限制。装置开工、处理量调节、运行不稳定时密封承压力发生波动，操作温度变化机械密封摩檫面内的压力发生变化。无论是运行压力波动还是端面温度变化均可能诱发机械密封失效。设计选择不受操作条件限制的机械密封就显得十分必要。为说明其必要性，首先就正负压力随机变化极限的工艺条件诱发密封失效的几种情况介绍如下：密封腔内部瞬时出现负压造成动静环不分离的密封失效。密封负压首先可分为机械密封端面不分离和分离两种失效形式。密封负压操作时动静环受力如，左侧为弹簧力，右侧为大气压力与密封腔绝对压力的差值。若压力差产生的左推力大于弹簧力，动静环就会发生整体左移，造成静环辅助密封圈同静环或静环座分离造成密封失效。

　　密封腔内部压力大幅度波动密封端面分离的失效。实际使用的机械密封一般用与密封介质相同的单一流体膜进行设计。作为单一流体膜设计的机械密封，使用在运行压力不波动，温度变化不大的介质中工作是可靠的。但是，对于操作压力和温度6密封腔。

　　密封介质压力在通过密封面时压力下降，当压力下降到密封面某处压力为该点温度的气化压力时介质将气化，的膜压分布将发生变化，单一流体膜将变为汽液混合膜。流体膜压合力大于弹簧力时端面将分离，造成密封失效。

　　密封运行时端面之间将产生摩檫，造成摩檫副温度的升高，若温度达到介质压力的气化温度介质将气化，单一流体膜也将发生变化，可能变为汽液混相或全气相，膜压将增大造成端面分离，密封失效。

　　1从式和和式忍入可知知之和也定大于blishingHouse.Allrightsreserved.表1波纹管正压试验组别受内压受外压备注第1组不变化伸长内压增外压不变第2组伸长伸长第3组伸长不变化外压增内压不变表2波纹管真空试验组别内真空外大气压外真空内大气压第1组不变化缩短第2组缩短不变化第3组缩短缩短部为负压，机械密封端面间的膜压分布发生变化。

　　同样会使其处在不稳定的工作状态，造成密封失效。

　　汽液混相的端面膜压分布如。

　　2防止动静环轴向位移的措施所示的机械密封动静环产生的轴向位移是因为大气压力所产生的轴向力大于弹簧力所产生的轴向力，若利用波纹管代替弹簧加载就可以避免此种故障的发生。接触式波纹管机械密封的端面比压为下式：?波纹管的压缩量。

　　（1）的参数关系是内流式机械密封参数计算式（该种密封使用较多）泵发生抽空时密封腔内压力小于大气压力。此时，密封端面流体的泄漏方向改变，波纹管承压也由外压变为内压，机械密封变为外流式机械密封。参照外流式机械密封的比压计算式，抽空条件下的波纹管机械密封比压计算式：零，而（K一X）之差有可能小于零。如果取P弹为不泄漏时端面比压*小值，且满足K和K'均大于零，则可保证在正常工况不泄漏，在泵发生抽空时也不泄漏。同时也说明：利用波纹管的有效作用直径与密封端面内外径配合可以保证各种情况下的介质压力产生的轴向力始终与弹簧力同方向。

　　波纹管机械密封正常工况的端面为单一流体膜，其比压值小于抽空时的端面比压值，密封面间为单一流体膜时密封面不会发生分离。

　　3试验考证为证明波纹管机械密封在抽空条件下运行时单一流体膜动静环配合面不分离和轴向推力的方向，制造了如的试验装置，3组试件，**组波纹管有效作用直径等于密封面内径，第二组波纹管有效作用直径大于密封面内径小于密封面外径，第三组波纹管有效作用直径等于密封面外径，波纹管位移用千分表监视，试验结果如表1 ~2所示。