机械密封端面比压影响因素分析
杜鹏宇1，盛 杰2，李建立3
【摘 要】摘要：介绍了端面比压对机械密封的重要影响。通过对动环力的分析，推导出了机械密封端面比压的公式，具体讨论了影响端面比压的各种因素及其相互关系，并给出了端面比压的选用原则。结果表明，端面比压太大或者太小都不利于机械密封的正常有效运行。掌握不同参数对端面比压的作用机理以及选取原则，就可以减少端面比压设计选取的盲目性，从而确保机械密封在设计过程中的准确性。
【期刊名称】北京石油化工学院学报 【年(卷),期】2013(021)004 【总页数】4
【关键词】机械密封；端面比压；平衡比；膜压系数；弹簧比压
随着旋转机械设备在现代工业中的不断应用，密封水平在其中起着越来越重要的作用。机械密封因其在密封领域内独特的优越性，被广泛应用于各种流体机械和设备中。为了确保机械密封在实际使用过程中安全、可靠运行，就要充分考虑影响密封性能因素的相互作用关系，正确设计相关密封参数。而端面比压是机械密封中很重要的一个参数，他不仅是衡量密封性能好坏及运行寿命长短的重要技术指标，也是改进密封结构的可靠依据。所以应深刻理解密封端面比压的概念及内涵，深入分析影响端面比压的各种因素以及他们之间的相互关系，从而正确设计及选用端面比压。
1 端面比压
在研究端面比压过程中，需要对密封面的受力情况进行分析。这里采用载荷和
承载的描述方法进行分析，如图1所示。 密封面总载荷：
P=Psp+Pf=pspA+psAe 密封面总承载：
W=Wst+Wdyn+Wc=pstA+ pdynA+pcA=pmA+pcA
当机械密封处于稳定工作状态时，密封面总载荷=密封面总承载，即：P=W。 由以上公式可得出： 令λ=pm/ps，k=Ae/A， 解出：
pc=psp+(k-λ)ps (1)
式中，psp为弹簧比压；ps为介质压力；pm为膜压；pc为端面比压；λ为膜压系数；k为面积比；Ae为有效作用面积；A为接触面面积。
式(1)不仅适用于内装式(平衡型及非平衡型)，机械密封也适用于外装式机械密封(全平衡型、部分平衡型、非平衡型)，只是k取相应的值。从式(1)中可以看出，机械密封端面比压主要决定于弹簧比压psp、介质压力ps、面积比k、膜压系数λ。在上述公式推导过程中，前提假设是整个密封处于稳定的工况状态。当密封正常运行时，端面会不断磨损，转轴也会有轴向串动，随着运行周期的加长，装置必然不稳定，此时必须考虑补偿环辅助密封和滑移面之间的摩擦力。所以在实际运行过程中，端面比压pc可能在[psp+(k-λ)ps-pfr]～[psp-(k-λ)ps-pfr]范围内变化，pfr为摩擦比压[1]。
2 弹簧比压对端面比压的影响
弹簧比压是指弹性力作用在密封端面单位面积上的压力。弹簧比压的大小直接影响着机械密封的密封性能。当机械密封在启动、停车、运转时，他必须克服辅助密封的最大阻力，当密封端面磨损时，必须可以推动动环轴向移动，使密封端面保持贴合。由式(1)可以看出，弹簧比压对端面比压有一定的影响，而在介质压力比较小的情况下，弹簧比压对端面比压的影响更大。当弹簧比压psp太大，端面比压随着增大，这样就会增加微凸体接触面积，密封面压得过紧，从而使端面磨损加剧；而当psp减小时，端面比压会随着减小，直到端面比压为0，此时密封面不能贴合，密封失效。机械密封存在一个最佳的弹簧比压值，此时机械密封的泄漏率不超标，而且还具有良好的摩擦特性[2]。当介质压力不同时，即使同一机械密封最佳弹簧比压也不同。
所以要正确选用端面比压，从摩擦性和密封性两方面综合考虑，从而使机械密封端面维持一合适的端面比压，使其处于最佳工作状态。
3 平衡比对端面比压的影响
平衡比也称为面积比[3]，他是流体压力作用于补偿环上，使之对于补偿环趋于闭合的有效作用面积Ae与密封面名义接触面积A之比。在忽略psp/ps项时，也可以称平衡比为载荷系数[4]。他表示介质产生的比压在摩擦副上的卸荷程度，反映了密封端面的承载能力。根据平衡比的大小，可以将机械密封分为部分平衡型机械密封(0
机械密封端面比压影响因素分析
