集装式机械密封实验台设计毕业论文.docx

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1、集装式机械密封实验台设计毕业论文目 录摘要错误!未定义书签。ABSTRACT错误!未定义书签。-1 1.1 机械密封技术-1 -1.1.1 密封技术的发展-1-1.1.2 机械密封的组成、工作原理和特点-2-1.1.3 集装式机械密封定义及特点-4-1.1.4 国内外机械密封实验研究现状-5 -1.1.5 机械密封的研究方向-5-1.2 本课题研究的背景及意义-6-1.2.1 本课题研究的背景-6-1.2.2 本课题研究的意义-7-1.2.3 本课题研究的主要内容-7-本章小结8 -第二章 机械密封实验台总体方案确定92.1 机械密封实验台设计要求-9-2.2 机械密封实验台总体方案确定-9-

2、2.2.1 机械密封实验台的组成-9-2.2.2 机械密封实验台结构及工作流程-11 -本章小结-12-第三章机械密封实验台结构部分设计-13-3.1 密封件设计-13-3.1.1 机械密封结构选型-13 -3.1.2 机械密封端面形式选型-13 -3.1.3 密封环材料选取及尺寸计算-14-3.1.4 弹性元件选型-16-18-3.2 摩擦功率计算及电机选型目录3.3 主轴设计和校核-18-3.4 压力容器设计-20-3.5 螺栓、轴承等其他部件选型-21-351螺栓的设计和校核-21-352轴承选型及计算-21 -353联轴器选型及校核-22-本章小结-23-第四章 机械密封实验台控制部分

3、设计-24-4.1 机械密封实验台主轴转速的调节-24-4.2 机械密封实验台压力、温度的调节-25-本章小结-25-第五章 机械密封实验台测试部分设计-26-5.1 设计的指导思想-26-5.2 密封实验台测试系统组成-27 -5.3 主要测试仪器的设计及实现-27 -5.3.1 传感器的选型-27-5.3.2 腔体温度、压力的测量-28-5.3.3 主轴转速转矩的测量-29 -本章小结-30-第六章结论-31-参考文献-32-英文文献翻译-34-英文文献原文-53-致 谢-78-IV3.3 主轴设计和校核-18-3.4 压力容器设计-20-3.5 螺栓、轴承等其他部件选型-21-351螺栓

4、的设计和校核-21-352轴承选型及计算-21 -353联轴器选型及校核-22-本章小结-23-第四章 机械密封实验台控制部分设计-24-4.1 机械密封实验台主轴转速的调节-24-4.2 机械密封实验台压力、温度的调节-25-本章小结-25-第五章 机械密封实验台测试部分设计-26-5.1 设计的指导思想-26-5.2 密封实验台测试系统组成-27 -5.3 主要测试仪器的设计及实现-27 -5.3.1 传感器的选型-27-5.3.2 腔体温度、压力的测量-28-5.3.3 主轴转速转矩的测量-29 -本章小结-30-第六章结论-31-参考文献-32-英文文献翻译-34-英文文献原文-53-

5、致 谢-78-第一章概述速高达 50000r/min, PsV 值达 lOOOMPa m/s.我国机械密封技术起步较晚，但发展很快。50年代末兰州炼油厂开始研制泵用机械密封的配件应用于苏联进口的离心泵上，积累了很多经验。沈阳水泵厂、上海水泵厂、天津机械密封厂最早在60年代开始相继生产机械密封件。80年代以来，我国主要机械密封厂相继引进了美、英、日本和德国的先进机械密封技术，使我国机械密封技术水平迅速提高。如今，我国已经有大量的企业掌握机械密封技术，研制生产的各种机械密封件被国内众多石油化工企业所应用。我国当前生产机械密封的工厂有1000多家，机械密封在我国已经是一个年产值高达8亿人民币的产业。

6、为了提高我国机械密封产品的整体质量，规范其生产、开发、研究与应用，大量的机械密封标准也纷纷订立。近10年来，随着计算机技术的发展，开始利用有限元分析法(EFA)和计算机辅助设计(CAD)来模拟和预测各种条件下的密封性能，并通过选择合理的目标函数而得到针对某一具体工况下机械密封的优化结构参数;同时，应用先进生产设备和统计生产控制获得了可靠性更高、工作寿命更长的零缺陷密封随着机械密封技术的发展，各种新型机械密封的不断出现，使机械密封在生产中起到了越来越重要的作用，其使用范围也越来越大。据调查，在石化工艺装置机泵中，有86%以上使用机械密封;在对国内外几个石化企业的调查中，发现日常机泵等设备的维修工

7、作机械密封的维修所占的工作量达到了 50%o国外爱克西翁公司的威尔在其文中提到，离心泵的维修费大约有70%是由于密封故障一网。由于机械密封的使用范围越来越广泛，对机械密封理论的研究，在提高机器效率、节约原材料、提高机器可靠性等方面起到了越束越重要的作用。1.1.2 机械密封的组成、工作原理和特点机械密封种类繁多，不同种类的机械密封结构也各不相同，但从总体上来说，基本上所有的机械密封都由四个部分组成:由动环和静环组成的密封端面，该密封端面有时也称为摩擦副，这是机械密封最核心的组成部分;由弹性元件或磁性元件组成的缓冲补偿装置，这是保证机械密封可靠性能的重要条件;辅助密封圈;带动环和轴一起旋转的传动

8、机构。如图1.1机械密封基本结构图所示，机械密封安装在旋转轴上，密封腔内有紧定螺钉5、弹簧座4、弹簧3、动环辅助密封圈2、动环1,它们随轴一起旋转。机械密封的其他零件，包括静环6、静环辅助密封圈7和防转销8安装在端盖内，端盖与密封腔体用螺栓连接。轴通过紧定螺钉、弹簧座、弹簧带动动环旋转，而静环由于防转销的作用而静止于端盖内。点4图1.1机械密封基本原理图机械密封工作时密封腔内充满一定压力的介质，电机或其他动力装置带动旋转轴运转，并通过旋转轴将运动传递给机械密封动坏。动环在腔内介质压力和弹性元件弹性力的双重作用下与静环始终保持良好的贴合状态;动环与静环相对运动形成摩擦副，阻止了介质沿端面间的径向

9、泄露（泄漏点1）,构成了机械密封的主密封，并在密封端面之间形成一层极薄的液膜，它不仅对端面起到润滑作用，而且还平衡着密封面两端的压力。摩擦副磨损后在弹簧和密封流体压力的推动下实现补偿，始终保持两密封端面的紧密接触。动环辅助密封圈阻止了介质可能沿动环与轴之间间隙的泄露（泄漏点2）；而静环辅助密封圈阻止了介质可能沿静环与端盖之间间隙的泄露（泄漏点3）。工作是，辅助密封圈无明显相对运动，基本上属于静密封。端盖与密封腔连接处的泄漏点4为静密封，常用0型圈来密封T机械密封之所以能够比其它各种密封方法，如软填料密封方法更适合使用于石油化工等高要求的场合，是因为与一般的密封方法相比，机械密封有着以下的特点1

10、,8-9.1.1.1（1）密封性能好。在长期运转中密封状态很稳定，正常使用的机械密封可以达到非常少的泄漏量，据统计约为软填料密封泄露的1%以下，这是机械密封与其它密封方式相比的最大优点；（2）使用寿命长。机械密封端面密封由自润滑性及耐磨性较好的材料组成，还具有磨损补偿机构。因此，密封端面的磨损量在正常工作条件下很小，一般的可连续使用12年，特殊的可用到5.10年以上。(3)功率损耗小。机械密封端面的接触面积小，摩擦功耗小。据统计，机械密封的摩擦功耗仅为软填料密封的20%- 30%;(4)运动中不需要调整。由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，因此，正确安装后，就不需

11、要经常调整，使用方便，适合连续化、自动化生产；(5)抗振性好。缓冲补偿机构缓减了机械密封的振动，一般在转速在3000r/min下最大轴向振幅不超过0.05mm,仍能保持良好的密封性能；(6)轴或轴套表面不易磨损。由于机械密封与轴或轴套的接触部位几乎没有相对运动，对轴或轴套的磨损较小；(7)适用范围广。当合理选择摩擦副材料及结构，加之设置适当的冲洗、冷却等辅助系统的情况下，机械密封可广泛适用于各种工况，尤其在低温、高温、真空、高压、不同转速以及各种腐蚀性的、含有杂质等恶劣工况下，更显示出其优越性；(8)结构复杂、拆装不便。与其他密封比较，机械密封的零件数目多，要求精密,结构复杂。特别是在装配方面

12、较困难，拆装时要从轴端抽出密封环，必须把机器部分(联轴器)或全部拆卸，要求工人有一定的技术水平。发生故障时维修处理比较麻烦，且较耗时间。1.1.3 集装式机械密封定义及特点集装式机械密封又叫卡式密封，首先是利用运输中的“集装箱”概念，这种密封的旋转和静止部分在安装前预装成一整体，经检查和试压合格后套装在轴封箱内轴上，用紧定螺钉固定在轴上，上紧压盖螺栓，拆除集装限位块，机械密封就可以处于平行面工作状态，投入运转。这样不仅容易装配而且保证装配质量。目前，焊接金属波纹管机械密封均做成集装式密封。这种集装式密封具有以下特点：(1)安装时无需检测密封工作长度；(2)轴可以随时调整；(3)不会发生启动时泄

13、露问题，因为密封件已预先测试过；(4)安装时只需要套装把紧密封盖螺栓，装配质量容易保证；(5)在安装或启动以前保护密封面不受杂物污染或因操作失误而损坏；(6)机器设备热膨胀后可以重调；(7)利用配合可以自定中心；(8)容易取出密封件清洗和检查，而无需拆卸机泵设备。API682标准中推荐了所有机械密封采用集装式机械密封。口1.1.4 国内外机械密封实验研究现状西方发达国家机械密封试验的技术已经达到非常高的水平，并且已经形成了比较完善的试验体系。很多大企业，包括英国Johnerane美国Flowserve和日本Eagel等国际知名密封公司都有他们专门的研制、测试中心，并引领着行业的发展方向。许多著

14、名学校也在一些大企业的资助下与企业合作开展机械密封的研究，创造出许多成就，也具备一定的试验条件。图1.2所示为国外比较典型的机械密封试验装置24。在国外，一些用于实时监控机械密封工作状态的设备也被开发出来。比如意大利某公司利用微处理器设计了一台多功能机械密封试验设备SEALsafe,该设备支持实时检测和调节机械密封腔内温度和压力，定时测量密封端面的泄漏量，并且可以将采集的数据进行分析和处理，并根据这些数据调节机械密封转速、温度和压力等,从而保持其良好的工作状态25-26。德国的Burgmann将网络技术应用于测试系统中,推出了一款基于网络的机械密封性能监控系统RI,如图1.3所示。图1.2国外机械密封实验台图1.3基于网络的机械密封监视装置在我国，机械密封测试技术的研究主要还是局限于某些大学和大公司的研究所,其中一些石油化工类学校在机械密封的试验和研究方面作出了巨大贡献。在不断的应用、实践、研究以及与国外先进技术的交流和引进过程中，我国机械密封技术也得到了较快的发展，并逐步缩小与世界先进水平的差距。国内一些高校的研究机构通过搭建专用的试验设备对研究温度、压力、转