機械密封密封環(huán)的力變形和熱變形

    機械密封密封環(huán)的力變形和熱變形：

    機械密封相對轉動的密封面要產(chǎn)生摩擦熱，當動環(huán)與靜環(huán)相對速度較高時，摩擦熱較大，所產(chǎn)生的摩擦熱首先傳給密封環(huán)，致使密封環(huán)溫度升高。經(jīng)過一定時間后，傳遞給密封環(huán)的熱量和密封環(huán)向周圍介質(zhì)所散失的熱量相等，達到了穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)，此時在密封環(huán)內(nèi)建立了一個穩(wěn)定的溫度場，密封環(huán)內(nèi)各點具有與初始不同的溫度，因而使密封環(huán)產(chǎn)生熱變形。同時，密封環(huán)受介質(zhì)壓力、油膜壓力、彈簧力、離心力等機械力的作用，也會引起動環(huán)和靜環(huán)的表面變形，此即密封環(huán)的力變形。

    機械密封的密封環(huán)變形有力變形、熱變形(圖1-16)和殘余變形。由于變形，密封靜、動環(huán)在實際使用中會發(fā)現(xiàn)端面磨損不均勻，有的靠內(nèi)徑處磨損較大，有的靠外徑處磨損較大。究其原因，這種現(xiàn)象是由于溫度分布不均勻或作用在環(huán)上的壓力不均勻造成密封環(huán)變形所產(chǎn)生的。由于各種力、熱變形的客觀存在，致使密封端面的間隙有可能呈現(xiàn)圖1-17所示的五種模型：平行平面間隙、收斂間隙、擴散間隙、收斂一擴散間隙和擴散一收斂間隙。

    圖1~16機械密封環(huán)密封面變形形式

   

    圖1-17密封端面間隙模型

   

    影響機械密封縫隙形狀變化的主要因素是軸向力、徑向力、軸向溫度梯度和徑向溫度梯度。對于接觸式機械密封，應盡可能保持密封面的平直和平行，采用合適的變形方式來實現(xiàn)平行平面接觸，來減少泄漏量和磨損、延長密封壽命和改善密封性能。對于非接觸式機械密封，應盡可能使變形后能保持合適的密封面間隙，來保證密封工作穩(wěn)定性，防止密封面接觸，延長密封壽命。

    機械密封的密封環(huán)除了受到力和溫度方面的應力導致變形外，還會由于熱應力過大導致端面熱裂（產(chǎn)生熱應力裂紋，圖1-18所示）出現(xiàn)熱裂的主要原因是密封環(huán)表面由于摩擦受熱而環(huán)的中心部分不受熱，造成表面熱應力超過材料允許應力的緣故。裂縫使磨損加劇,并在平衡型密封中使密封縫隙開裂造成嚴重的泄漏。因此，應盡可能對密封副材料的性能和使用條件嚴格掌捤。在設計和使用時應充分考慮并采取相應的措施，熱裂是可以避免的。
    圖1-18密封環(huán)端面熱裂

   

    不論力變形或者熱變形均會破壞摩擦副端面的平面度和平行性，產(chǎn)生各種流體動、靜壓效應，造成密封面承載能力過大而被打幵，或承載能力過小而嚴重磨損。為此，應盡可能使接觸式機械密封保持密封面平行，而非接觸式機械密封具有穩(wěn)定的密封面間隙形狀。
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