机械密封的关键尺寸（API682）

一、通则(API682中6.1.1General information)

① 所有的机械密封（无论何种型式和配置方式）都应采用没有钩形轴套的集装式平衡型机械密封。

ISO 13709已要求泵的设计能够保证拆装密封时，不干扰驱动装置

② A型和B型密封的标准结构型式为旋转补偿元件。如有需要，也可以采用静止补偿元件的密封结构。

注：采用旋转补偿元件可以减小密封径向尺寸。

③ C型密封的标准结构为静止补偿元件。如有需要，C型密封也可以采用旋转补偿元件的密封结构。

注：1. C型密封采用柔性石墨作为其辅助密封，常用于温度超过200℃的工况，考虑到由于温度引起泵体密封腔的热变形，使端面跳动和不同心度增大，所以选择静止补偿元件作为其标准结构。

2. 在配置3的双端面密封结构中，为缩短轴向尺寸，常采用静止补偿元件，面对面排列。甚至可以共用1个双端面的副密封环，这样能缩短轴向尺寸，还可以降低生产成本。

④ 集装式密封常采用预装板（或预装钩）将所有密封零件固定在一起，避免在安装、拆卸或调整泵转子部件过程中，推拉集装式密封，把径向（或轴向）载荷递到密封端面上，以免损坏密封端面及改变工作位置。见图A-24

注：预装板（钩）在安装、调整时不得拆除；在运行时一定要拆除，且保存好；在拆卸时又必须重新装上，一般认为预装钩比预装板更能保证预装的同心度。

⑤ 如果密封端面平均线速度超过23m/s必须采用静止补偿元件的密封结构。

注：1.采用旋转补偿元件的密封，当密封端面线速度增加时，与轴线垂直的离心力随之增大，由于泵体密封腔安装面不可能做到与泵轴完全垂直和同心，旋转补偿元件需要有更大的轴向推力，才能使密封端面在较高速度下闭合。当密封盘径较大时，所需要的轴向闭合力也会变的非常大，以致影响到密封使用寿命。因此，必须采用静止补偿元件的密封结构，

2. 在下列情况下应考虑使用静止补偿元件：

1) 平衡直径超过115mm。

2) 由于管路载荷、热变形、压力变形等原因而导致泵体密封腔及其端面变形和偏心。

3) 泵体密封腔安装表面不可能做到与轴完全垂直和同心，在高速旋转时，因而影响密封正常工作更为严重。

4) 在细长轴泵、多级泵等设备中。

⑥ 密封所有零部件的设计和材料应当达到指定的使用要求。所有零部件的最大许用压力应参考泵体的最大许用压力。

注：1.考虑安全因素，泵体的最大许用压力应该大于泵的出口压力。泵的出口压力为泵的进口压力与扬程之和。

2.在正常工作的情况下，泵的密封腔工作压力要小于泵的出口压力。

△ 在密封腔与泵进口连通情况下，一般密封腔工作压力就等于泵的进口压力，见图A-25;

△ 在密封腔与泵出口连通情况下，一般密封腔工作压力就等于泵的出口压力，见图 A-25;

△ 在密封腔与泵出口连通，而叶轮上又开平衡孔的情况下， 泵密封腔的工作压力大约等于泵进口压力与扬程之和的二分之一。

3. 在泵的出口阀关闭的情况下，此时泵的密封腔的工作压力最高为泵出口压力。可以由此确定密封的最大许用压力。但这种情况在正常工作中是不经常出现的。

⑦ 应当合理设计密封端面和密封平衡系数，使密封端面因摩擦产生的热量变小以及泄漏符合要求，达到期望的寿命。

注：1.传统的弹簧式平衡型密封的轴套一般为单台阶，而API 682规定轴套均为双台阶，见图A-26。

2. API 682作了这双台阶的规定是密封理念上的重大提升。它使同样一套密封可以实现双方向的密封，即像一般传统密封一样，在密封端面外径方向压力高的情况下可实现密封；而且在密封端面内径方向压力高的情况下，也能实现密封，俗称双向密封。

△图A-27(a)为配置2密封，介质侧密封为端面外径方向压力高，其O形圈向压力低的方向移动，贴紧主密封环，流体压力将主密封环与副密封环贴紧，实现端面密封。

△图 A-27(b)为配置3密封，介质侧密封为端面内径方向压力高，O形圈同样向压力低的方向移动，贴紧轴套上的高位台阶，而流体压力则直接推动主密封环与副密封环贴紧，实现端面密封。

⑧ 密封必须能够处理正常的以及瞬间的主副密封环之间的微量轴向窜动问题。

注：1.对于高温多级泵来说，要考虑最大的轴向窜动，因为在工作时，轴和泵体之间产生非常大的热膨胀差值，该差值往往超过了一些密封的承受能力；多级泵若采用平衡盘，而不是用平衡鼓/推力轴瓦（轴承）来平衡的巨大推力时，应特别重视，此时不能使用API 682规定的密封型式，往往采用单根/大螺距弹簧来补偿平衡盘开闭高达5mm左右的窜动，但因其开闭速度过快，往往还会因弹簧滞后，造成密封失效。

2.有些立式泵的轴向推力是依靠电机的轴承来承担的（例如没有轴承座的管道泵），设计时应考虑轴向窜动。在某些情况下，工作压力也会产生轴向推力，使电机轴承轴向负荷加剧，此时应引起足够重视。

⑨ 安装O形圈的槽和孔的粗糙度和倒角技术要求。

▲安装滑动O形圈表面粗糙度RA0.8um、倒角≥2mm、角度≤30°；

▲安装静止O形圈表面粗糙度RA1.6um、倒角≥1.5mm、角度≤30°；

附：O形圈沟槽尺寸设计推荐表（表A-3）及国际通用标准O形圈尺寸系列表（表 A-4 )。

⑩ 全氟橡胶比其他大多数O形圈材料（例如氟橡胶）热膨胀系数更大，在为氟橡胶设计的O形圈槽内安装全氟橡胶O形圈会导致其损坏。为此全氟橡胶O形圈，应采用略宽的沟槽设计。

注：1.根据经验经使用过一段时间拆下的O形圈的截面若变为椭圆形，说明槽宽设计正确：若变为方形，则说明槽宽不够。图A-28可说明O形圈的工作原理及失效原因。

橡胶弹性体O形圈之所以能起密封作用，主要是靠流体进入槽内，流体压力轴向作用于O形圈所产生的径向变形来实现密封的，因此它需要一个合理的槽宽，而O形圈自身的弹性只是初始瞬间起作用。过窄的槽中的O形圈易变成“方” 形，往往会阻止流体进入槽内，形成不了压力场，仅靠O形圈自身的弹性密封，压力一高就封不住了。

2.O形圈是所有弹性体密封圈中密封性能最好的,它是全方位的密封圈，上下左右都能密封，而且是可逆向的。O形圈几乎是主辅助密封圈设计的唯一选择。

3.滑动安装的O形圈的破坏形式主要是其在滑动偶件的间隙中挤出撕裂。因此对O形圈圆角有规定，在压力较高时，O形圈往往与保护挡圈一起使用（见表 A-3)。

4.O形圈以内径尺寸为基准，它有国际通用的、标准的线径和内径尺寸系列。内径尺寸系列选用原则：沟槽在轴时，按槽底尺寸，选等同或小一档的；沟槽在孔内时，按轴径，选等同或大一档的。这样选用既符合标准又便于安装( 见表 A-4)。

⑪ 对于密封端面内径方向压力高的密封（例如真空密封），应当采用防止副密封环移动的限位结构设计。见图 A-29。

二、密封计算

① 密封平衡系数B计算 （ 见图A-30)

注：1.有效平衡直径Db随着密封结构不同而变化，对于密封端面外径压力高的弹簧滑动式密封，有效平衡直径为O形圈的内径滑动接触表面的直径；对于密封端面内径压力高的弹簧滑动式密封，有效平衡直径为O形圈外径滑动接触表面的直径。

2.对于波纹管密封，有效平衡直径一般为波纹管的平均直径，但该直径会随压力变化而变化。对于金属波纹管外径压力高的密封，当压力增大时，其平衡直径微量变小。

② 密封端面总比压计算

▲ Fsp：密封工作时的弹簧力，N

▲ △P：密封端面的流体压差，MPa

▲ K：反压系数

注：K是一个介于0.0至1.0之间的数字。

它代表被密封的流体在通过密封端面时的压降。对于端面相互平行的密封（平面液膜）和非闪蒸性液体：K约等于0.5; 对于凸密封面（收敛液膜）或闪蒸性液体：K大于0.5; 而对于凹密封端面（发散液膜）：K小于0.5。就物理意义来说，K是一个用来定量地表示密封端面内外径处的压差转化为推开力的系数。实际计算中K取0.5~0.8不同值。对非闪蒸性液体通行做法是K值选取0.5, 我们知道K的值随密封液性质(包括多相性能）和液膜特性（包括掙度和锥度）而变化，所以必须意识到，这个数值被选定作为计算的标准，只是个假设。

计算公式:

③ 密封发热量估算

密封端面的温升控制对密封的成功运行起着非常重要的作用。密封端面处会因摩擦产生大量的热量，有些场合还包含输送介质的热量通过泵体传递给密封腔的热传导。例如：假设一种特殊的流体必须把温度控制在60℃以下来维持它的汽化压力裕量，而泵的工作温度为146℃，热量必然从泵体传导到密封腔。一方面可以通过对密封腔冷却夹层通冷却液，控制输送介质的热传导；更重要的是，总合热量（热传导和密封端面摩擦热总合）应该被冲洗流体带走。

▲ n密封端面的转速(r/min)

▲ f有效摩擦系数

注：有效摩擦系数f与多数工程师们都熟悉的标准摩擦系数的术语相似，它是用来表示摩擦面平行力与正交力的比值的。它通常应用于两个相对滑动表面间的交互作用，两个摩擦面的材质可以相同，也可能不相同。在机械密封中，两个相对滑动的表面就是密封端面。在实际中，密封端面并非是干摩擦，而是在各种不同的润滑条件下运转的，因此也就出现各种不同类型的摩擦。如果是高粗糙度的接触，则f就在很大程度上取决于材料，而与液体黏性关系不大；如果是全液膜，一般液膜很薄（只有若干分子的厚度），密封端面之间没有机械接触，而f也就只是液膜黏性的剪切函数。问题是诸如此类的摩擦，都有可能在同一时间出现在同一密封端面上，有效摩擦系数f是用来表示，两个相对滑动的密封端面与液膜之间交互作用的总效果的。实际试验显示，各种常规密封的f值在0.01到0.18之间变化的。在应用计算中，我们取f值为0.07, 这对于水和大多数中等密度的烃类已足够精确；对黏度大的液体（比如油类）取较大的f值，而黏度较小的液体（比如液化石油气或烃） 取较低的f值。

④ 密封腔的升温及热交换计算

密封腔内液体的升温看似一个简单的热力学热平衡计算，流进密封腔液体的热流量减去从密封腔流出的热流量即得出净热流量，密封腔液体温度的升高或降低取决于净热流量是正还是负的。但在实际应用中，导入和导出密封腔热流量是极其复杂的。导入热流量有密封端面的摩擦和流体的剪切而产生热；密封旋转部件搅动引起的涡流（或湍流）而产生的热；以及泵密封腔和轴的传导热（即正向吸热）；导出热流量有通过密封腔或轴传导给泵的热（负向吸热）；以及通过对流或辐射发散到空气中的热。

在有些情况下，可以做一些假设，简化计算。

▲采用冲洗方案11、12、13或31的单端面密封。这几种冲洗方式，注入密封腔的液体温度与泵相同，若泵的工作温度不非常高，可忽略传导热；若密封是非高转速的大型密封，也可忽略液体涡流所产生的热量 。

如果以下变量已知：

Q 密封产生的热（即密封消耗功率 P)，kW

qinj 冲洗液流量，L/min

d 与泵同温的冲洗液的密度，

Cp 与泵同温的冲洗液体的比热容，J/(kg• K)

温升便可以如下计算:

▲采用冲洗方案 21、22、32、41的单端面密封 ，冲洗液以大大低于泵的工作温度注人密封腔。如果是这样，就会有相当多的热从泵传到密封腔中，计算热传导是相当繁琐的，需要有详细的分析和试验，还要对泵的材料和所输送的介质的性能有全面的了解。

如果没有这些分析试验数据，传导热Qhs可按以下公式估算：

在（式13)中，△T是密封腔液体的平均温升。在密封腔里面，有的区域温度比密封腔液体温度高很多，而有的区域则低很多。为了保证密封端面附近的区域能有效冷却，密封需要采用有效的冲洗方法，如冲洗液应该对准密封端面或使用多口注入 。

▲有些工况，需要计算使密封腔的温度维持在低于某一水平所需的冲洗液量。此时，冲洗液允许最大温升△Tinj可以密封腔最大允许温度减去冲洗液温度算出为使密封运行良好，△Tinj应维持在2.8K和5.6K之间。这样计算便很简单，只要重新整理公式，就可以算出冲洗液流量。

三、密封腔和密封端盖 (API 682 中 6.1.2Seal chamber and gland plate)

① 密封腔有3种类型：传统型、外装型和内装型（见图 A-32) 密封腔不需要满足安装填料密封的要求。

② 标准密封腔传统型的圆柱型腔体。

采用API682标准设计的密封腔有利于提高密封的可靠性和标准化。

系列1: 密封的密封腔应符合ISO 3069-C定义的密封腔尺寸要求。

系列2、系列3: 密封的密封腔体应符合ISO 13709定义的密封腔尺寸要求。

注：在特殊情况下，API682也允许将系列1密封安装在ISO 13709的泵上。但应当仔细地考虑密封与泵的匹配性，需慎重对待。

③ 密封旋转部件与密封腔内表面最小径向间隙为3mm。

注：1.机械密封的可靠性受到其旋转部件与密封腔内孔之间的径向间隙的影响。在密封的工况比较苛刻时， 如固体颗粒含量高或密封端面产生的热量很高的情况下，必须达到API682标准所规定的最小径向间隙。

2.带有内循环装置/泵效环和带有节流环的抑制密封腔不在此例（见图A-33)其间隙要小得多，一般为1~1.5mm。

3. 在小型泵和ISO 3069-C泵密封腔中工作的密封可能达不到此要求，需慎重对待。

④ 所有螺栓和螺母的预紧力应当符合最大许用工作压力MAWP。

注：在使用金属缠绕垫片作为辅助密封时，需使用更大直径的螺栓。以获得更大的预紧力，保证垫片的密封性。

⑤ 密封腔体的最大许用工作压力应当等于或大于泵的最大许用工作压力，以避免泵体在安装或工作中变形。安装在泵体上的任何零件材料的许用应力不能超过泵体材料的许用应力。密封腔还应当留有3mm的腐蚀余量。

此外密封端盖还需要满足以下要求。

1)必须加工好与螺栓相匹配的孔，不允许采用槽。

2)密封端盖与密封腔的同轴度要求为0.125mm其配合为H7/h7见图 A-34

⑥ 应减少承压件上螺纹孔 （或光孔） 的使用数量，孔与孔之间至少留有螺纹名义直径一半的厚度余量；承压件上所用螺栓，不能使用细牙螺纹；并考虑留有扳手空间。

⑦ 密封腔端面跳动量应小于等于0.5um/mm (图 A-35) 密封腔端面过大的跳动量对机械密封的性能的影响很大，在密封安装前应进行检查测量。

⑧ 必须充分认识到确保密封腔良好的工作条件是保证密封可靠性的必要条件。

配置1密封以及配置2密封的内部密封，若为接触式湿式密封CW时，密封支持系统的设计应保证其密封腔压力与介质汽化压力之间的裕量(介质汽化压力裕量) 不小于30%，或者密封腔温度与介质汽化温度之间的裕量（介质汽化温度裕量）不小于20℃（见图A-36）。

低压差的泵或输送高汽化压力介质的泵可能无法达到该条款所规定的介质汽化压力/温度裕量，应采用如下措施。

1)根据介质的性能，确定所选杼的密封和冲洗方案是否正确。

2)与用户沟通，将密封腔工作条件（包括最低/最高压力）推荐给用户，以使其能连续运转三年，而不必更换。

3)安装带有2个冲冼接口的密封腔或密封端盖，以便现场可以直接测量密封腔压力。

4)若无空间限制，配备分布式冲洗系统。

在工作中，密封腔压力应高于大气压0.035MPa (0.35bar) 这对泵进口压力低于大气压时，更为重要。

注：1.对于温度高于80℃的热水工况，应采用冷却措施， 以保证介质具有良好的润滑性。

2.对于接触式湿式密封，保持足够的汽化压力裕量可防止介质流体在端面处局部汽化，有利于保护密封端面。反之，则会损坏密封端面。可以通过以下途径来提高汽化压力裕量。

1)通过冷却冲洗液降低密封腔流体的温度。

2 )通过拆掉泵进口背面的叶轮口环堵塞叶轮平衡孔来提高密封腔压力。

3)采用可调节压力和温度的外部冲洗流体。

4)采用小间隙喉口节流环（或浮动喉口节流环），来提高密封腔压力。

对降低冲洗液温度和采用小间隙喉口节流环两者来说，优先选择前者，因为喉口节流环不可避免地会磨损，而导致密封腔压力下降，使介质汽化压力裕量降低。

⑨ 密封封腔可安装冷却夹套，以降低密封腔的工作温度，是一种通过提高介质与密封腔温差，而不必采用冷却冲洗液或增加密封腔压力，就可以提髙密封寿命的好办法。例如：一台泵输送介质温度为58℃（绝对汽化压力18.6kPa/0.186bar), 且泵的吸入压力和密封腔压力都为大气压（密封腔与泵的进口连通），在密封腔外部采用冷却夹套冷却措施，使密封腔温度降至38℃(绝对汽化压力6.5kPa/0.065bar) 这样就可以提高密封使用寿命。

如有需要，也可在密封腔夹层中通热流体或安装加热插件，提高密封腔工作温度，达到防止结晶等目的。

⑩ 喉口节流环设计。喉口节流环应设计成可以更换的，且保证它受到流体压力而不被推出。密封制造商可向泵制造商推荐小间隙的浮动喉口节流环。节流环的材料和间隙应适合使用条件。

注：1.喉口节流环的功能如下：

△升高或降低密封腔压力；

△隔离密封腔流体；

△控制进出密封胶流体的流量；

2.喉口节流环的径向间隙推荐值：

△固定式喉口节流衬套：

轴套直径≤50rnm：最大径向间隙 0.635mm

轴套直径＞50mm;轴套直径每增加25mm,最大径向间隙增加0.127mm。

△浮动式喉口节流衬套：

轴套直径≤50mm；工作时的最大径向间隙0.18mm。

轴套直径51~80mm；工作时的最大径向间隙0.225mm。

轴套直径81~120mm；工作时的最大径向间隙0.28mm。

⑪ 密封腔和密封端盖接口设计。表A-10指定了密封腔和密封端盖管路接口的符号、尺寸和位置，其“符号”应在密封腔和密封端盖接口处作永久性标记。可能的话，用“I” 和“O’ 作进出口标记。该数据表接口尺寸和方位不适于小型泵。

① 除非买方指定采用标准ISO7中螺纹连接，所有尺寸都用英制锥螺纹 NPT连接。

② 此种连接很少采用，只有使用节流环时才采用，密封标准配置2和3不采用节流衬圈。

③ 由于空间限制，如果不能采用1/2”的接口，就采用3/8”的接口。

④ 轴径63.5mm以下为NPT1/2” ；以上为NPT3/4"。

⑤ 由于空间限制，如果不能采用3/8"的接口，就采用1/4”的接口。

⑥ 出口更适合用切向型连接。

注：只有定了适当的冲洗方案后，才能提供连接方式。

1.根据具体情况确定密封腔和密封压盖上接口的通孔直径，最小孔径为 5mm。

2.当采用切向冲洗接口时，仅需密封腔接口尺寸符合表A-3。

3.所有螺纹接口都要采用实心凸头六角或凹头内六角旋塞堵住，不得使用凸头正方形旋塞，其材料应与密封端盖/密封腔一致。

4.在螺纹接口处使用厌氧性密封胶，保证其气密性。不得使用PTFE密封带。

5.所有的管路和管路连接都要进行与密封腔密封压盖同等级的水压试验。

⑫ 排气是至关重要的问题。

a. 接触式湿式密封CW的密封腔和密封压盖的设计，必须保证设备在启动和工作时可以通过管路系统进行自动排气。

b. 配置3的非接触密封NC在启动前，要排净密封腔中的气体，而且在工作时，要避免气体聚集在其中。

c. 接触式湿式密封用立式设备中，密封腔与密封压盖的排气接口尺寸不得小于3mm，以便排除液体中夹带的气体。此接口应位于密封腔的最高处。

四、集装式密封的轴套 (API682中6.1.3 Cartridge seal sleeves)

① 密封轴套应伸出密封端盖的外表面，因此轴和轴套之间的泄漏就不会与机械密封的泄漏相混淆。

② 保证轴与轴套的径向配合为F7/h6。按API682所规定的密封尺寸范围， 其配合间隙为0.02mm到0.093mm , 配合间隙根据轴径不同而变化。采用F7/h6 配合间隙的目的是减小轴套跳动并方便安装、拆卸。

注：当驱动环采用锥形收缩环驱动时，耑要更小的配合间隙，一般为G7/h6。

③ 轴套需要有一个（或多个）轴肩，以定位旋转的补偿元件。

④ 轴套的一端应与泵轴密封，应能保证轴与轴套密封的可靠性。轴与轴套间的密封可用橡胶O形圈，或柔性石墨环。

注：1.轴套密封件的材质要比轴软。金属材质密封件是不可靠的，它很容易损坏轴，而且拆卸困难。

2.轴与轴套的O形密封圈一般安装在近叶轮的一侧。O形圈若要穿过轴螺纹时，螺纹与O形圈内径的间隙最小为1.6mm，而且轴上台阶过渡处需要倒岡或倒角 ，以避免损坏O形圈。

3.0形圈密封安装在近叶轮侧，这样可以防止轴套中积聚介质，同时也避免了拆卸困难。

4.柔性石墨环普遍用于金属波纹管密封中，位于轴套外侧，应具有自紧装置，以确保其密封的可靠性，以及安装和拆卸的可能性(图A-37)。

⑤ 轴套结构。

a.应能保证轴套最薄截面处的厚度≥2.5mm。

b.为能防止由于拧紧紧定螺钉而产生的变形，安装紧定螺钉部位的轴套厚度要符合以下要求 ：

▲ 轴直径<57mm时最小轴套厚度2.5mm

▲ 轴直径57~80mm时最小轴套厚度3.8mm

▲ 轴直径>80mm时最小轴套厚度5.0mm

c.轴套配合面的粗糙度要求为Ra0.8um；同轴度跳动量不超过25um（图A-38）。

d.轴套沿长度方向，孔的内径与轴保持一定的间隙，只在轴套的两端与轴保持定位配合，以便于安装或拆卸 。

⑥ 轴套驱动设计

a. 驱动环紧定螺钉不能通过带有间隙的非配合表面；驱动环紧定螺钉要有足够的硬度，才能确保其嵌入到轴中，可靠地传递扭矩。

注：紧定螺钉通过带有间隙的非配合表面时，如果紧定螺钉拧紧在轴上， 就会在轴表面形成金属凸起，给拆卸轴套带来闲难，而且在轴套移开前是不可能修复的。这个问题对于悬臂泵来说，还不是很严重，而对于双支撑的泵是完全不能接受的。

b.不提倡在悬臂泵的轴上为了定位轴套，加工浅孔的方法。这样会改变轴的应力状态，产生疲劳破坏。

注：1.万不得已在轴上钻定位浅孔时，只有在轴套的轴向位置确定后，才能在轴上配钻浅孔，应确保所钻浅孔与驱动环上的定位螺钉孔在同一条直线上，以防扭曲变形。

2.当在泵轴上配钻定位螺钉的浅孔时应采用倒角或其它方法去除毛刺，以防影响柔性石墨密封圈或O形圈的安装。

3.当更换密封时，不允许重复使用轴上已有的定位螺钉浅孔。

c.当密封尺寸或工作压力増大时，轴套传递的扭矩将增大许多。仅靠增加紧定螺钉数量，会削弱驱动环强度。因此，可采用其他装置，进行轴向定位和驱动轴套。如锥形收缩环和安装在轴槽内的中开圆环(图A-39)。

注：这些设计造价较高，一般仅用于无备用泵或重要场合下。采用这些设计可以在轴套所受轴向力非常大的情况下，避免由于锁紧定位螺钉而损坏轴。

五、副密封环 (API682中6.1.4Mating rings)

① 副密封环的防转机构的设计应考虑到尽量减小密封面的变形。应尽量不采用夹持密封环的方法来防止副密封环转动，因为夹持密封环的设计很容易使密封环变形（图A-40)。.

② 安装在密封端盖深处的副密封环，应考虑其冷却，避免热变形（图A-41)。

注：安装在密封端盖深处的副密封环，与介质流体接触很少，不能有效地散热，会由于温度梯度而导致端面变形。

六、补偿元件 (API682中6.1.5Flexible elements)

① A型密封也可采用单弹簧。

注：1.多弹簧密封比单弹簧密封轴向尺寸更紧凑，更适用双端面密封， 而且能提供更加均匀的弹簧载荷。

2.应用单弹簧密封时，一般需要增加6~13mm的轴向空间。单弹簧可以采用较低的弹簧刚度达到相同的弹簧载荷 ，

这就使它更能够承受更大的轴向定位尺寸变化，如泵轴的轴向窜动；对一些腐蚀性介质，由于其截面尺寸比较大，所以能够提供更多的腐蚀余量。

② 补偿机构不能采用静态搭接来解决密封环密封

因为当采用静态搭接会导致补偿机构不能滑动，所以禁止使用，可采用过盈配合或密封垫片的设计方法。

七、材料 (API682中 6.1.6 Materials)

① 密封端面

a.每套密封装置都包括一个主密封环和一个副密封环。其中一个密封环必须是经过浸渍和渗透处理(填充微气孔，提高致密度）的高等级防起泡石墨环；另一个密封环应该是反应烧结碳化硅RBSiC, 也可以采用无压烧结碳化硅SSSiC制造商应该说明每套密封所用碳化硅的类型和级别。

注：1.石墨是一种多孔性材料，一般采用真空压力浸渍工艺填充微气孔，提高致密度。石墨本身抗腐蚀性和耐高温性都十分完美，浸渍后这些完美的性能受到浸渍材料的影响，大打折扣。浸渍材料有树脂和金属之分。

浸渍树脂（呋喃树脂 、环氧树脂等）的石墨环，用于腐蚀性介质，其抗腐蚀性和使用温度取决于浸渍的树脂材料，一般使用温度≤176℃，端面温度过热时，往往会““起泡”； 浸渍金属(锑、铜等）的石墨环，要用于高温、高压工况，如锅炉给水泵密封，在非氧化环境中，使用温度可达425℃

2. 碳化硅材料广泛地用作密封环材料。其主要优点是硬度高，耐腐蚀性强、导热性高和对石墨的摩擦因数低。碳化硅可根据成分和制造工艺进行分类：反应烧结碳化硅是硅金属与石墨在碳化硅基体中反应烧结而得，成品中游离硅含量为8%~12%; 无压烧结碳化硅是由纯碳化硅组成的；另外，还有各种等级的颗粒结构。由此可见，这两种类型的碳化硅在作为密封环材料应用时存在性能上的差异，反应烧结碳化硅在某些条件下被看作是一种对石墨摩擦因数低的材质，它不易碎，但没有无压烧结碳化硅坚硬，虽然有差异，但是并不悬殊。其重大的差别在于耐腐蚀性能，一般pH值在4~11之间的情况下，推荐使用反应烧结碳化硅，此外，应使用无压烧结碳化硅。

3. 密封端面材料用于烃类介质时的温度上限：碳化钨400℃; 整体碳化硅425℃；石墨（氧化环境）275℃；石墨（非氧化环境）425℃。

4. 使用者应当清楚一些密封端面材料组合在泵测试的时候，由于测试流体是水，因而存在的潜在不适用性 。

b. 在介质含颗粒、黏度高和高压工况下的密封，可能需要硬对硬的密封端面材料,一般主密封环或副密封环的材料都应是碳化硅，而由常压烧结碳化硅、反应烧结碳化硅和碳化钨等材料组成的硬对硬端面材料组对，应用也很广泛。

注1: 虽然首选密封端面材质是石墨对硬质环，但是许多工况需要两个硬质端面的组合。这些工况包括：被密封的介质液体中有磨蚀性颗粒；黏度大；有结晶倾向；介质会发生聚合反应以及密封工作时存在严重的震动。

注2: 当液体润滑充分时，碳化硅与碳化硅的组对能有效运转。碳化钨与碳化硅的组对也很合理的，但需要注意的以下事项：

1)当密封的介质是油时，碳化钨与碳化硅的组对 ，性能优异，甚至，是在低黏度， 含磨蚀性颗粒的液体工况中。因此，碳化钨与碳化硅的组对，是硬对硬端面组合的最普遍的选择。

2) 碳化钨对碳化钨的组对在重油、焦油、沥青和苛性碱溶液中表现很出色，但在水中的性能不理想。但这对组合的PV极限值很低，使用时应特别注意工况的PV值。

3) 无压烧结碳化硅对无压烧结碳化硅的组对在腐蚀性工况下效果很好，但在干燥工况中运行，易遭受损伤，因此不推荐在润滑条件差的条件下使用。

4 ) 反应烧结碳化硅对反应烧结碳化硅的组对，已经在烃工况下广泛使用。在含磨蚀性颗粒的介质（ 例如原油）中亦能发挥很好的效果。

5 ) 从摩擦学的角度来说，一般不赞成使用两种相同的材质做摩擦副。因此，往往把反应烧结碳化硅做成窄的端面，与无压烧结碳化硅的宽端面组合使用。但是，由于耐腐蚀等问题，目前应用尚不广泛。

c. 如果主密封环和副密封环，采用同种类型材料（碳化硅和碳化钨等高硬度材料除外），可以通过采用涂层的方法来提高材料的表面硬度 ，改善对偶材料的摩擦磨损性能。

② 密封轴套

密封轴套材料一般是316、316L或316Ti或者同等于泵体的材料。

③ 弹簧

多弹簧材料使用Alloy C-276。单弹簧材料使用316不锈钢。

④ 辅助密封

一般情况下，0形圈应采用氟橡胶FKM制造。

a. 当全氟橡胶（FFKM) 价格太高或其性能存在问题时，可以改变辅助密封元件的材质和设计，如聚四氟乙烯（PTFE)包覆0形圈 、聚四氟乙烯V形圈、丁腈橡胶（NBR) 、氢化丁腈橡胶（HNBR)、乙丙橡胶（EPM/EPDM) 以及柔性石墨。总之正确选择替代材料的关键是能否适用密封工作要求。

b. 如是橡胶不能满足使用温度和化学性能的要求，应选择柔性石墨做辅助密封材料。

注：辅助密封材料的使用温度范围：

△氟橡胶FKM烃类介质-7~176℃

△氟橡胶FKM水基介质-7~120℃

△全氟橡胶FFKM-7~290℃

△丁橡胶NBR-40~120℃

△柔性石墨-240~480℃

⑤ 金属波纹管

B型密封的金属波纹管材料应使用Alloy C-276

C型密封的金属波纹管材料应使用Alloy 718。

⑥ 密封腔和密封端盖 ，

密封腔和密封端盖的材料应与泵体相同，或者采用防腐性能和力学性能更好的材料。一般密封腔和密封端盖应采用不锈钢316、316L、316Ti。

a. 工作温度<175℃，密封端盖/密封腔/泵体之间的密封应采用O形圈。

b. 工作温度≥175℃，密封端盖/ 密封腔/泵体之间的密封应采用柔性石墨填充的304 或316不锈钢缠绕垫圈。

注：采用缠绕垫片时，需要相对应的全压缩状态的螺栓力矩。

⑦ 其他零部件

a. 弹簧驱动部件（弹簧座）、传动销、防转销和内部紧定螺钉至少应具有316不锈钢所具有的硬度和防腐蚀性。

b. 密封驱动部件对工作环境应具有相应的防腐性能。驱动紧定螺钉应有足够的硬度承受载荷，必要时可使用硬化不锈钢紧定螺钉（如17-4PH沉淀硬化不锈钢）。也可以使用其他方法（比如配钻、中开环或锥形收缩环）。

⑧ 焊接

a. 管件、承压件、旋转部件和其他承受高压零部件的焊接、焊接修补和任何不同金属材料之间的焊接，特别是金属波纹管的焊接，应由持有相关证书的操作人员按操作规程来完成和检验。

b. 所有焊接和焊缝修复，需按有效的规程进行正确的热处理及无损探伤。

c. 采用复合材料制成的压力腔应遵循如下要求。

1) 板边缘应进行磁粉探伤和渗透探伤。

2) 在焊缝清根（或修平）之后，在焊接处及附近区域要进行磁粉和渗透探伤。在焊接热处理之后需要再探伤一次。

3) 焊接的承压部件（无论厚度为多少），焊接后应做热处理。

d. 与承压部件的连接焊接部分应按照如下指定方法进行。

1) 如果指定，可对焊接进行100%的射线探伤、磁粉探伤、超声波探伤或渗透探伤。

2) 焊接在合金钢承压元件上的辅助管道材料应腔体的材料具有相同的性能，或采用低碳奥氏体不锈钢。经过用户的同意，可以采用与腔体的材料相容的其他材料。

3) 如果需要进行热处理，管道焊接应在组件热处理之前进行。

4) 所有焊缝都需要根据有关规定进行热处理。

⑨ 低温工况

对于操作温度低于-30~40℃，钢材应符合以下要求。

a.为了避免脆性破坏，低温工况所采用材料的应该能够承受实验室规范和其他规定要求的最低工作温度。

注：一些标准中公布的金属材料的设计许用应力是在材料的最小拉伸特性的基础上得到的，未考虑沸腾材料、半镇静材料、全镇静材料、热轧材料、和规范化材料之间的区别，也不考虑这些材料是由细小还是由粗大晶粒组成。因此，选用材料时应当特别谨慎。

b.最低设计温度为-30~40℃工况下的碳钢和低合金钢承压零部件厚度大于25mm 时，需要进行冲击测试。

注： 辅助密封材料标准（表A-11) 金属材料标准（表 A-12)

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