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机械密封(流体动密封)设计师必读的书籍与文献
发布时间:2019-07-16


 

机械密封(流体动密封)设计师必读的书籍与文献 

      
    无论你是一位经验老到的资深密封设计工程师,还是入行不久的初级密封设计人员。牢牢扎实机械密封的基础知识和基本理论是十分重要的。我曾经去过包括伯格曼在内的许多密封设计生产厂家,通过与这些厂家密封设计人员的交流,我发现的一个普遍现象就是,设计人员对机械密封的基础知识和基本理论的理解和掌握十分有限。比如,在很多密封厂家设计部门,能够准确计算密封平衡比和端面比压等参数的设计师只有部门主管一人,其余的设计人员则对这些问题的概念相当模糊。
    经验的积累在密封设计中固然重要,但是如果只知其然,而不知其所以然,那么你是很成为一位出色的密封设计工程师甚至于资深专家的。后来的新手要想追赶和超越前者,机械密封的基础知识和基本理论更是实现这一目标的加速器。凭借STUDIO ANTISSA多年密封研究与设计的经验,我们推荐以下的书籍和文献,如果你是密封的资深设计高手,可以用来慢慢品鉴它们的味道;如果你是初出茅庐的设计人员,这些是你的重要的起点和积奠。我们推荐的书籍和文献由问题引出:
    问题1 什么是机械密封?机械密封的分类方法和基本原理是什么?
    机械密封属于流体动密封的一种,如果能够从更高的层次上去认识问题,便不至于视线狭隘,见树木不见森林。王玉明院士《流体密封技术》一文,全面的概括了流体动密封的分类和流体动密封的发展演变历程,文中给出的流体动密封分类树形图严谨清晰。
    机械密封的分类方法和基本原理有许多书籍都会讲到,但是个人认为,对这一问题的阐述最为条理清晰、思维严谨的是顾永泉先生的《机械密封实用技术》,该书2章1节全面讲述了机械密封的基本结构、作用原理和特点。这是从事密封行业人员的必修课。
    问题2 机械密封的主要参数,如弹簧比压、端面比压、膜压系数是怎样得来的?
    顾永泉先生把机械密封的主要参数归为几何参数、力学参数和性能参数三种。弹簧比压、端面比压、膜压系数只是密封力学参数的一部分。机械密封的主要参数应从几何、力学和性能三个方面综合掌握,否则也是容易一叶障目的。顾永泉先生于1996年发表的以下三篇文章对我们深入了解机械密封的主要参数是具有很大帮助的,其中最后一篇还涉及到了具体算例。
    机械端面密封的主要参数计算(一)──轴向平衡与几何参数
    机械端面密封主要系数的计算(二)──力学参数与性能参数
    机械端面密封主要参数的计算(三)──性能参数(续)与计算示例
    需要说明的是,以上文献中的一些设计方法可能已经相对年代久远和我们现代更先进的设计思路有所区别,但是以上文章对密封参数的全面系统性概括,是至今未有能够赶超的。
    问题3 机械密封的弹性元件设计似乎太复杂了。
    去密封厂家经常可以看到设计员拿着弹簧跑去做压缩试验,获得弹簧在不同压缩长度下的比压;或者有一个弹簧比压的数据表可供查阅。然而如果出现了新的密封弹簧设计问题,往往只有总工能够搞定。注意到我们一个厂家内部,用作弹簧的材料往往是同一种,具有相同的弹性/拉伸/剪切膜量,因此采用计算公式设计弹簧是最科学和具有最广适用范围的。
    涉及到机械密封弹簧设计的专业密封书籍我见到的只有一本,却讲述的详细明确。那就是《机械密封设计制造与使用》,陈德才,崔德容编著。由于此书年代久远,没有此书的,可以直接参考《机械设计手册》的相关章节。如果有人对材料的各种膜量和参数概念模糊,对力学计算十分初级(密封行业很多半路出家者),那么,你应该找一本简单的《材料力学》来补补课了。
    当然,很多入行很久的设计师知道怎么去计算,那么请问大家是不是考虑过去做一个简单的软件,通过输入几个简单的参数,就可以自动设计出弹簧的尺寸?如果你对设计真正做到融会贯通,这不是难事。STUDIO ANTUSSA就有这样一个小软件,有趣的是,软件的最初版本使用EXCEL表格的初级命令做成的,只要输入弹簧比压,弹簧压缩量、材料系数等几个参数,软件就可以自动求解出满足要求的弹簧尺寸列表,供我们选择。
    下面是给资深高手的一个延伸阅读:《弹簧比压对机械密封性能影响的分形分析》和《GY70型机械密封基本性能试验及其分析》。文章采用理论和大量实验数据分析了弹簧比压对机械密封综合性能的影响。文章具有一定的启发性,可以拓展应用到波纹管、波形弹簧等其他弹性元件的设计。
    问题4 机械密封的标准都有哪些的。
    开始思考这个问题的,应该算是已经入门人了吧。机械密封标准,常用的有API682、DIN24960、 ISO3069、 BS5257、GB6556(国标比较零散尚不统一,因此GB得密封标准有很多)。以上的文献几乎都有中文版本,想了解标准的可以搜集上述资料,或者向STUDIO ANTISSA咨询。但是,设计需要知其然也知其所以然,阅读标准,也要常常问问自己,标准里面的规定是出于何种考虑呢?
    问题5 机械密封的力热变形以及温度对性能的影响。
    这个问题的解决在国内基本上靠设计人员的经验。但我曾经见到过JOHN CRANE的一款软件,能够准确模拟机械密封的温度场和力变形。想对这一问题有初步了解的人,请参考《基于Ansys的机械密封环温度场分析》以及《机械密封环端面变形研究》,通过以上文章可以对机械密封温度场分布状况和力变形的特点有直观的认识,对设计实践具有较好的指导意义。至于这一问题的详细计算需要涉及《弹性力学》、《传热学》和《有限单元分析》知识的综合应用。详情可咨询STUDIO ANTISSA,我们已经拥有有相应的设计计算软件。
    问题6 机械密封的新技术、新概念、新结构和新产品?机械密封行业的前沿领域和发展趋势是什么?
    涉及到技术前沿问题,必须要阅读大家之作。普通人是无法做到一览众山高瞻远瞩的看待行业前沿动态的。个人认为,顾永泉先生的《机械密封实用技术》第6章,对上面的问题作出了很好地概括。或许有人认为,书本上的东西,出版了近意味着落后,不能够代表最新前沿,殊不知最新的前沿领域,正是通过对这些所谓落后但又比较先进的技术的改进和更新而得来的。《机械密封实用技术》第六章涉及非接触密封技术(干气密封和上游泵送)、刃边密封技术、组合密封等诸多技术前沿,可以大大开拓密封设计者的视野。书中对某些技术采用了概述的方法,可以先作了解,然后慢慢搜集技术的具体细节。
    做设计师是一项辛苦而报酬不高的职业,至少在国内密封行业内如此。因此国内的密封行业的优秀设计师是少之又少。然而根据经济学原理,稀缺物品则具有更高价值,因此企业对优秀的设计人员也是趋之若鹜。然而现代人的轻浮和急躁,很少有人能够做到踏踏实实的累积。或有志气冲天,半途而废者,糜不有初,鲜克有终!
    合抱之木,生于毫末;九层之台,起于垒土;千里之行,始于足下。江苏益通流体科技有限公司希望能够给诸位立志从事密封设计工作者以启发和指导;也希望与立志发展和革新中国密封技术的同仁,共勉。