Page 235 - 机械技术运用及理论研究

第八章 机械密封系统与阀门设计的思考 223

以及拥有足够的强度。由此，在对断面进行设计时，一定要充分考虑摩擦面是否
能够导热，通过导热可以减少温差的变化，保持作用力之间的平衡，从而防止端
面发生变形。密封端面除了可以在动环端面或者静环端面的作用下形成流体动压
槽，这种槽的深度一般在 1mm 上下，这些模式多是通过 PV 来进行设计，并通
过实验一步一步来进行确立。这种新型的流体动压式密封即使在高压的情况下，
也可以保持端面的稳定性。同时，在摩擦产生热的情况下，端面依旧稳定。当密

封环出现旋转时，槽可以使得离密封端面距离较远的液体快速冷却，在进行冷却
操作时，密封环会出现流动槽以及高压区，这与槽数是一样的，其主要原因在于
切向流以及压力降，在每一槽后形成彗星状槽，密封面上载荷、滑动速度与摩擦
系数呈现反比。
（三）载荷系数
在高压的情况下对载荷系数进行取值有着一定的难度，因为只要载荷系数有
稍微地变化就可能导致断面的比压出现很明显的变化，这大大影响了参考取值。

密封结构对高压机械密封载荷系数起着重要的影响，同时介质性质对载荷系数也
起着影响，在对载荷系数进行确定时，需要经过很多的实验来获取。经过研究发
现，针对非流体动压式密封，高压机械密封的载荷系数比膜压系数高 0.05~0.15，
配合弹簧比压选取；对于流体动压式密封，载荷系数应设计成 0.7~0.85，这使得
高压与密封端面的比压相对比较小，并且确保了密封端面一直处于贴合的状态。

（四）材料
在材料的选择上，高压机械密封必须是非常耐热，且容易导热，同时还要具
备耐摩擦与高强度的相关性能。同时，这些材料除了这些性能，还要满足工况要
求。在对高压机械密封的摩擦副进行设计时，一定要重点考虑碳石墨，确保其强
度以及刚度达到要求，防止碳石墨环变形，导致性能受到影响。摩擦副的硬环材
料，如硬质合金、碳化硅等，少的强度比碳石墨材料高一个数量级，因此硬环的
强度与刚度均能满足要求，但是这些材料一旦变形就不易复原，设计时应注意热

变形以及抗冲击性能，过高的负荷，特别是可变的密封压力，会引起端面变形，
即使微米级的变形也将影响密封的性能。

四、高压机械密封设计性能的影响因素及优化措施

（一）影响高压机械密封设计性能的因素
第一，高压机械进行密封设计的主要目的在于避免出现泄漏，在其他进行密