山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》项目五任务三 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目五：润滑与密封 任务三：机械密封 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 机械密封实现密封的主要工作部位是（ ）。 A. 两密封环端面相互贴合 B. 弹簧压缩产生的弹力 C. 压盖与壳体配合部位 D. 传动座与轴的连接部位 2. 机械密封中，用于补偿端面磨损并维持端面压紧力的部件是（ ）。 A. 防转销组件 B. 弹簧组件 C. 压盖组件 D. 传动座组件 3. 机械密封中，通常安装在密封压盖内且不随轴旋转的密封环是（ ）。 A. 传动环 B. 弹簧座 C. 静环 D. 动环 4. 图所示密封称为（ ） A. 毡圈密封 B. 无骨架唇形密封圈密封 C. 有骨架唇形密封圈密封 D. 机械密封 5. 机械密封端面摩擦副中，随轴一起旋转的一侧是（ ）。 A. 静环端面 B. 压盖端面 C. 座体端面 D. 动环端面 6. 机械密封中的辅助密封圈主要用于防止介质从（ ）泄漏。 A. 动环与轴的配合处 B. 动环与静环的端面处 C. 弹簧与传动座的间隙处 D. 压盖与螺栓的连接处 7. 机械密封主要防止什么物质的泄漏（ ） A. 介质 B. 空气 C. 水 D. 电能 8. 在下图所示的密封方式，适用场合为（ ） A. 高速、多尘、密封要求高 B. 低速、清洁环境 C. 仅承受轴向载荷 D. 无需润滑的设备 9. 机械密封正常工作时，端面间形成极薄液膜的主要作用是（ ）。 A. 传递旋转动力 B. 润滑并带走热量 C. 提高弹簧刚度 D. 限制轴向窜动 10. 关于机械密封，以下哪种说法是错误的？（ ） A. 密封的主要目的是防止介质泄漏 B. 密封环的磨损会导致密封效果下降 C. 密封方式的选择与介质性质无关 D. 良好的密封可以减少能源损失 11. 机械密封中，防转销的主要作用是（ ）。 A. 调节端面比压 B. 限制静环转动 C. 传递轴向推力 D. 压缩辅助密封圈 12. 下图为毡圈密封，关于其说法错误的是（ ） A. 毡圈为标准化密封元件，毡圈内径略小于轴的直径 B. 装配前，毡圈应先放在黏度稍高的油中充分浸渍 C. 毡圈密封结构简单，易于更换，成本较低 D. 毡圈密封适用于线速度v<5m/s、工作温度低于60℃的轴 13. 下列密封方式中，适用于高速、高压、高温、低温或强腐蚀条件下的转轴密封的是（ ） A. 唇形密封圈密封 B. 机械密封 C. 缝隙沟槽密封 D. 曲路密封 14. 机械密封运行中，若弹簧预紧力明显不足，最可能出现的现象是（ ）。 A. 端面摩擦热增大 B. 端面泄漏量增大 C. 静环转速升高 D. 轴向尺寸增大 15. 某离心泵输送含少量固体颗粒的液体，采用机械密封并设置外冲洗液。为防止介质进入密封端面区域，外冲洗液压力应（ ）。 A. 略高于密封腔压力 B. 略低于密封腔压力 C. 等于密封腔压力 D. 低于泵入口压力 16. 适用于轴线速，工作温度低于的轴上，常用于脂润滑轴承的密封（ ） A. 唇形密封圈 B. 毡圈 C. 缝隙沟槽 D. 曲路 17. 机械密封常采用硬质材料端面与石墨端面配对，石墨端面的主要优点是（ ）。 A. 具有较高的导磁性能 B. 具有良好的自润滑性 C. 具有较大的弹性变形 D. 具有较强的传扭能力 18. 某离心泵输送有毒易挥发液体，泵轴连续旋转且要求外泄漏量极小，宜选用的密封形式是（ ） A. 采用机械密封装置 B. 采用填料密封装置 C. 采用毡圈密封装置 D. 采用迷宫密封装置 19. 密封环的材质选择主要依据是（ ） A. 密封环的硬度 B. 工作环境的温度 C. 密封环的耐磨性 D. 工作压力 20. 机械密封工作时，形成主要密封副并限制介质泄漏的零件组合是（ ） A. 动环与静环端面 B. 弹簧与推环端面 C. 轴套与压盖端面 D. 密封圈与壳体端面 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某离心泵输送常温清水，轴套处机械密封的平均直径为 70 mm，泵轴转速为 1450 r/min。已知普通非平衡型机械密封推荐的端面线速度不宜超过 5 m/s。（1）计算该机械密封端面的圆周线速度。（2）判断普通非平衡型机械密封是否适用，并说明宜选用的机械密封类型。 22. 某泵用平衡型机械密封，动环外径为 80 mm，密封端面内径为 50 mm，平衡直径为 68 mm，介质压力为 1.6 MPa。（1）计算该机械密封的平衡系数。（2）计算介质压力产生的液压闭合力。（3）判断该机械密封属于平衡型还是非平衡型，并说明其适用的压力工况。 23. 某反应釜输送易燃易挥发介质，采用双端面机械密封。密封平均直径为 90 mm，轴转速为 2900 r/min，端面摩擦因数为 0.08，端面闭合力为 1800 N。冷却水比热容取 ，允许冷却水温升为 5 ℃。（1）计算密封端面的圆周线速度。（2）计算机械密封端面的摩擦发热功率。（3）计算冷却水的最小质量流量，并说明采用双端面机械密封的主要原因。 24. 某化工泵采用集装式平衡型机械密封，密封端面外径为 72 mm，内径为 60 mm，平衡直径为 68 mm，输送介质压力为 1.0 MPa。密封装置有 4 个弹簧，每个弹簧刚度为 100 N/mm，安装后的压缩量为 2.5 mm。（1）计算弹簧产生的总闭合力。（2）计算介质压力产生的液压闭合力。（3）计算密封端面的平均比压。若允许平均比压不超过 1.60 MPa，判断该密封端面受力是否合适。 25. 某装置需输送压力为 1.8 MPa 的热油，泵轴转速为 1450 r/min。现有两种机械密封方案：方案一为普通单端面非平衡型机械密封，平均直径为 75 mm，允许 PV 值为 ；方案二为平衡型双端面机械密封，平均直径为 65 mm，允许 PV 值为 。双端面密封的隔离液压力应比介质压力高 0.20 MPa。（1）分别计算两种方案的端面线速度。（2）分别计算两种方案的 PV 值，并判断是否满足允许条件。（3）计算双端面密封所需隔离液压力，并结合热油输送工况选择合适方案。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某离心泵输送含少量结晶盐的冷却水，介质温度为40℃，密封腔压力为0.60 MPa，轴套直径为55 mm，转速为2900 r/min。拟选用橡胶波纹管机械密封，其允许最高压力为1.00 MPa，允许最高线速度为10 m/s，允许最高PV值为8 MPa·m/s。取密封端面平均直径为65 mm。（1）计算密封端面的圆周线速度和PV值。（2）判断该橡胶波纹管机械密封是否满足给定工况的压力、线速度和PV值要求。（3）说明该工况选用橡胶波纹管机械密封相对于普通弹簧推压式机械密封的主要优点。 27.（5分）某化工厂离心泵输送甲苯，介质温度为35℃，密封腔压力为1.20 MPa，泵轴直径为45 mm，转速为2900 r/min。厂家规定所选机械密封在该工况下允许的PV值不超过18 MPa·m/s。（1）计算密封端面的圆周速度和PV值。（2）根据计算结果，判断该机械密封端面的PV值是否满足要求；结合甲苯易燃、易挥发的特点，确定宜采用单端面机械密封还是双端面机械密封。（3）说明该泵机械密封系统应采取的两项安全措施。 28.（5分）某化工泵输送易挥发、有毒的有机溶剂，密封腔压力为1.80 MPa。为防止介质外泄，设备采用双端面加压式机械密封，厂家规定隔离液压力应比密封腔压力高0.15 MPa。隔离液罐有效容积为15 L，液位降至12.6 L时发出低液位报警。运行中测得隔离液消耗量为12 mL/h，暂不考虑补液。（1）计算隔离液系统应设定的压力，以及从满液位运行至低液位报警的理论时间。（2）判断该密封形式属于加压式双端面机械密封还是串联式双端面机械密封，并说明判断依据。（3）当隔离液压力降低或液位报警时，说明应采取的处理措施。 29.（5分）某高压清水泵的密封腔压力为1.60 MPa，拟采用平衡型机械密封。已知密封端面外径为82 mm，轴套直径为50 mm，平衡直径为70 mm。平衡系数按下式计算：。（1）计算该机械密封的平衡系数和介质压力产生的理论闭合力。（2）判断该密封属于平衡型还是非平衡型机械密封，并说明其适用工况。（3）若该泵长期在压力波动较大的工况下运行，说明两项有利于提高机械密封可靠性的措施。 30.（10分）某导热油循环泵输送温度为240℃的导热油，密封腔压力为2.50 MPa。维修技师拟将原普通推压式机械密封改为平衡型金属波纹管机械密封。已知轴套直径为50 mm，平衡直径为70 mm，密封端面外径为80 mm，弹簧总预紧力为600 N。忽略介质开启力，取，厂家建议端面平均比压控制在1.20～2.00 MPa，平衡系数控制在0.50～0.75。（1）计算液压力产生的关闭力、密封端面总关闭力和端面平均比压。（2）计算该机械密封的平衡系数，并判断其端面平均比压和平衡系数是否符合厂家建议范围。（3）说明该泵选用平衡型金属波纹管机械密封的理由，并提出一项防止导热油在密封附近结焦的措施。 31.（10分）某导热油循环泵输送温度为260℃的高温导热油，介质在泄漏后易结焦。安装时环境温度为20℃，泵轴从定位端至密封安装面的有效长度为120 mm，轴材料线膨胀系数为。机械密封弹簧初始压缩量为2.00 mm，允许工作压缩量为1.20～2.50 mm。假定轴的热膨胀全部使弹簧压缩量减小。（1）计算泵轴升温后的轴向伸长量及弹簧剩余压缩量。（2）判断剩余压缩量是否满足工作要求，并选择适宜的机械密封类型。（3）说明选择该类机械密封的主要理由，并提出两项防止导热油结焦影响密封的措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）机电技术类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《液压与气压传动》《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《机械基础》 项目五：润滑与密封 任务三：机械密封 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 机械密封实现密封的主要工作部位是（ ）。 A. 两密封环端面相互贴合 B. 弹簧压缩产生的弹力 C. 压盖与壳体配合部位 D. 传动座与轴的连接部位 【答案】A 【解析】机械密封依靠动环与静环的精密端面在弹力和介质压力作用下保持贴合，形成很小的泄漏间隙，从而实现密封。 2. 机械密封中，用于补偿端面磨损并维持端面压紧力的部件是（ ）。 A. 防转销组件 B. 弹簧组件 C. 压盖组件 D. 传动座组件 【答案】B 【解析】弹簧可使动环沿轴向产生补偿移动，在端面磨损后仍保持必要的贴合压力，保证密封效果。 3. 机械密封中，通常安装在密封压盖内且不随轴旋转的密封环是（ ）。 A. 传动环 B. 弹簧座 C. 静环 D. 动环 【答案】C 【解析】静环固定安装在压盖或密封腔内，不随轴转动。动环通常随轴旋转，并与静环端面组成摩擦副。 4. 图所示密封称为（ ） A. 毡圈密封 B. 无骨架唇形密封圈密封 C. 有骨架唇形密封圈密封 D. 机械密封 【答案】C 【解析】密封圈带有金属骨架结构（图中可见骨架轮廓），属于有骨架唇形密封圈（也叫骨架油封）。这种密封常用于旋转轴（如轴承端盖处），依靠唇口与轴的过盈配合实现密封，骨架可增强密封圈的刚性和定位能力。所以为有骨架唇形密封圈密封 5. 机械密封端面摩擦副中，随轴一起旋转的一侧是（ ）。 A. 静环端面 B. 压盖端面 C. 座体端面 D. 动环端面 【答案】D 【解析】动环通过传动件与轴连接，随轴旋转；静环安装在压盖内保持不动，二者端面相对滑动形成密封副。 6. 机械密封中的辅助密封圈主要用于防止介质从（ ）泄漏。 A. 动环与轴的配合处 B. 动环与静环的端面处 C. 弹簧与传动座的间隙处 D. 压盖与螺栓的连接处 【答案】A 【解析】辅助密封圈设置在动环与轴、静环与压盖等配合部位，用于封闭非端面摩擦副处的泄漏通道。 7. 机械密封主要防止什么物质的泄漏（ ） A. 介质 B. 空气 C. 水 D. 电能 【答案】A 【解析】机械密封安装在旋转轴与壳体之间，主要用于防止泵、釜等设备内的被密封介质沿轴向向外泄漏。故选A。 8. 在下图所示的密封方式，适用场合为（ ） A. 高速、多尘、密封要求高 B. 低速、清洁环境 C. 仅承受轴向载荷 D. 无需润滑的设备 【答案】A 【解析】迷宫式密封因无直接接触，适合高速运转，且能有效阻挡灰尘，适用于多尘、密封要求高的场景。 9. 机械密封正常工作时，端面间形成极薄液膜的主要作用是（ ）。 A. 传递旋转动力 B. 润滑并带走热量 C. 提高弹簧刚度 D. 限制轴向窜动 【答案】B 【解析】端面间的微薄液膜可减少干摩擦，并带走端面摩擦产生的热量。液膜过厚会增加泄漏，液膜消失又会导致端面烧损。 10. 关于机械密封，以下哪种说法是错误的？（ ） A. 密封的主要目的是防止介质泄漏 B. 密封环的磨损会导致密封效果下降 C. 密封方式的选择与介质性质无关 D. 良好的密封可以减少能源损失 【答案】C 【解析】密封方式的选择实际上是与介质性质密切相关的。不同的介质（如水、油、化学品、气体等）有不同的物理和化学特性，这些特性决定了应该使用何种类型的密封材料和设计来保证有效密封。 11. 机械密封中，防转销的主要作用是（ ）。 A. 调节端面比压 B. 限制静环转动 C. 传递轴向推力 D. 压缩辅助密封圈 【答案】B 【解析】防转销用于限制静环随动环转动，使静环保持相对静止，保证动环与静环端面形成稳定的相对滑动。 12. 下图为毡圈密封，关于其说法错误的是（ ） A. 毡圈为标准化密封元件，毡圈内径略小于轴的直径 B. 装配前，毡圈应先放在黏度稍高的油中充分浸渍 C. 毡圈密封结构简单，易于更换，成本较低 D. 毡圈密封适用于线速度v<5m/s、工作温度低于60℃的轴 【答案】D 【解析】毡圈密封适用于线速度v<10m/s、工作温度低于125℃的轴。 13. 下列密封方式中，适用于高速、高压、高温、低温或强腐蚀条件下的转轴密封的是（ ） A. 唇形密封圈密封 B. 机械密封 C. 缝隙沟槽密封 D. 曲路密封 【答案】B 【解析】机械密封具有密封可靠、泄漏量小、适用范围广等特点，可通过选择合适的摩擦副和辅助密封材料，适用于高速、高压、高温、低温及强腐蚀介质等工况。故选B。 14. 机械密封运行中，若弹簧预紧力明显不足，最可能出现的现象是（ ）。 A. 端面摩擦热增大 B. 端面泄漏量增大 C. 静环转速升高 D. 轴向尺寸增大 【答案】B 【解析】弹簧预紧力不足时，动环与静环端面的贴合力减小，端面间隙容易增大，介质泄漏量随之增大。 15. 某离心泵输送含少量固体颗粒的液体，采用机械密封并设置外冲洗液。为防止介质进入密封端面区域，外冲洗液压力应（ ）。 A. 略高于密封腔压力 B. 略低于密封腔压力 C. 等于密封腔压力 D. 低于泵入口压力 【答案】A 【解析】外冲洗液压力略高于密封腔压力时，清洁冲洗液会流向密封腔，可冷却、润滑端面并减少颗粒介质进入端面间隙。 16. 适用于轴线速，工作温度低于的轴上，常用于脂润滑轴承的密封（ ） A. 唇形密封圈 B. 毡圈 C. 缝隙沟槽 D. 曲路 【答案】B 【解析】毡圈适用于低速、低温环境，常用于脂润滑轴承的密封。 17. 机械密封常采用硬质材料端面与石墨端面配对，石墨端面的主要优点是（ ）。 A. 具有较高的导磁性能 B. 具有良好的自润滑性 C. 具有较大的弹性变形 D. 具有较强的传扭能力 【答案】B 【解析】石墨具有良好的自润滑性和较低的摩擦因数，与硬质材料配对可减小端面摩擦和磨损，适用于机械密封端面摩擦副。 18. 某离心泵输送有毒易挥发液体，泵轴连续旋转且要求外泄漏量极小，宜选用的密封形式是（ ） A. 采用机械密封装置 B. 采用填料密封装置 C. 采用毡圈密封装置 D. 采用迷宫密封装置 【答案】A 【解析】机械密封主要用于旋转轴的端面密封，动环与静环端面在弹性元件和介质压力作用下保持贴合，能够有效限制液体外泄。填料密封的泄漏量通常较大，毡圈密封和迷宫密封不适用于此类液体泵的严格密封工况。 19. 密封环的材质选择主要依据是（ ） A. 密封环的硬度 B. 工作环境的温度 C. 密封环的耐磨性 D. 工作压力 【答案】B 【解析】密封环材料应能适应实际工作温度，避免因温度过高导致软化、老化，或因温度过低导致硬化、脆裂。因此，工作环境的温度是密封环材质选择的主要依据之一。故选B。 20. 机械密封工作时，形成主要密封副并限制介质泄漏的零件组合是（ ） A. 动环与静环端面 B. 弹簧与推环端面 C. 轴套与压盖端面 D. 密封圈与壳体端面 【答案】A 【解析】机械密封依靠动环和静环的精密配合端面相对滑动形成主要密封副，端面间保持极薄液膜，从而减少介质泄漏。弹簧、推环、轴套和密封圈主要承担补偿、传力、安装或辅助密封等作用。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某离心泵输送常温清水，轴套处机械密封的平均直径为 70 mm，泵轴转速为 1450 r/min。已知普通非平衡型机械密封推荐的端面线速度不宜超过 5 m/s。（1）计算该机械密封端面的圆周线速度。（2）判断普通非平衡型机械密封是否适用，并说明宜选用的机械密封类型。 【答案】（1）端面圆周线速度为 。（2）5.31 m/s 大于 5 m/s，普通非平衡型机械密封不宜选用，宜选用平衡型机械密封。 【解析】（1）端面线速度由密封平均直径和轴转速计算得出。（2）该工况超过普通非平衡型密封的推荐线速度，平衡型密封端面受力较小，更适用于较高转速工况。 22. 某泵用平衡型机械密封，动环外径为 80 mm，密封端面内径为 50 mm，平衡直径为 68 mm，介质压力为 1.6 MPa。（1）计算该机械密封的平衡系数。（2）计算介质压力产生的液压闭合力。（3）判断该机械密封属于平衡型还是非平衡型，并说明其适用的压力工况。 【答案】（1）平衡系数为 。（2）液压闭合力为 。（3）平衡系数小于1，属于平衡型机械密封，适用于较高压力工况。 【解析】（1）密封端面外径为 ，内径为 ，平衡直径为 。平衡系数为 。（2）介质压力 ，压力作用面积为 ，液压闭合力为 。（3），说明平衡直径减小了介质压力产生的端面闭合力，该密封属于平衡型机械密封，适用于中、高压工况。 23. 某反应釜输送易燃易挥发介质，采用双端面机械密封。密封平均直径为 90 mm，轴转速为 2900 r/min，端面摩擦因数为 0.08，端面闭合力为 1800 N。冷却水比热容取 ，允许冷却水温升为 5 ℃。（1）计算密封端面的圆周线速度。（2）计算机械密封端面的摩擦发热功率。（3）计算冷却水的最小质量流量，并说明采用双端面机械密封的主要原因。 【答案】（1）端面圆周线速度为 。（2）摩擦发热功率为 。（3）冷却水质量流量为 ，约为 。采用双端面机械密封可通过隔离液降低易燃易挥发介质向外泄漏的风险。 【解析】（1）密封平均直径 ，转速 ，端面圆周线速度为 。（2）端面摩擦力为 ，摩擦发热功率为 。（3）冷却水吸收的热量按 计算，。该介质易燃、易挥发，采用双端面机械密封并配合隔离液，可提高密封安全性并减少危险介质泄漏。 24. 某化工泵采用集装式平衡型机械密封，密封端面外径为 72 mm，内径为 60 mm，平衡直径为 68 mm，输送介质压力为 1.0 MPa。密封装置有 4 个弹簧，每个弹簧刚度为 100 N/mm，安装后的压缩量为 2.5 mm。（1）计算弹簧产生的总闭合力。（2）计算介质压力产生的液压闭合力。（3）计算密封端面的平均比压。若允许平均比压不超过 1.60 MPa，判断该密封端面受力是否合适。 【答案】（1）弹簧总闭合力为 。（2）液压闭合力为 。（3）端面面积为 。平均比压为 。1.45 MPa小于1.60 MPa，端面受力合适。 【解析】（1）4个弹簧并联作用，总闭合力为 。（2）介质压力 ，平衡结构的压力作用面积为 ，故液压闭合力为 。（3）密封端面面积为 。总闭合力为 ，平均比压为 。该值小于允许平均比压1.60 MPa，因此端面受力合适。 25. 某装置需输送压力为 1.8 MPa 的热油，泵轴转速为 1450 r/min。现有两种机械密封方案：方案一为普通单端面非平衡型机械密封，平均直径为 75 mm，允许 PV 值为 ；方案二为平衡型双端面机械密封，平均直径为 65 mm，允许 PV 值为 。双端面密封的隔离液压力应比介质压力高 0.20 MPa。（1）分别计算两种方案的端面线速度。（2）分别计算两种方案的 PV 值，并判断是否满足允许条件。（3）计算双端面密封所需隔离液压力，并结合热油输送工况选择合适方案。 【答案】（1）方案一线速度为 。（2）方案二线速度为 。（3）方案一的 PV 值为 ，超过允许值，不满足要求。（4）方案二的 PV 值为 ，小于允许值，满足要求。（5）隔离液压力为 。应选用平衡型双端面机械密封。 【解析】（1）端面线速度由密封平均直径和转速计算。（2）PV 值用于评价密封端面的压力与速度综合负荷。（3）方案一超过允许 PV 值，端面磨损和发热风险较大。（4）方案二满足 PV 要求，且双端面结构更适用于热油等需控制泄漏的介质。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某离心泵输送含少量结晶盐的冷却水，介质温度为40℃，密封腔压力为0.60 MPa，轴套直径为55 mm，转速为2900 r/min。拟选用橡胶波纹管机械密封，其允许最高压力为1.00 MPa，允许最高线速度为10 m/s，允许最高PV值为8 MPa·m/s。取密封端面平均直径为65 mm。（1）计算密封端面的圆周线速度和PV值。（2）判断该橡胶波纹管机械密封是否满足给定工况的压力、线速度和PV值要求。（3）说明该工况选用橡胶波纹管机械密封相对于普通弹簧推压式机械密封的主要优点。 【答案】（1）密封端面圆周线速度为：。PV值为：。（2）密封腔压力0.60 MPa小于允许压力1.00 MPa，线速度9.87 m/s小于允许线速度10 m/s，PV值5.92 MPa·m/s小于允许PV值8 MPa·m/s，因此满足使用要求。（3）橡胶波纹管机械密封属于非推压式机械密封，补偿元件不需依靠辅助密封圈在轴套上滑动，可减轻结晶物沉积造成的卡滞，并减少轴套磨损。 【解析】（1）先按平均直径计算端面线速度，再将压力与线速度相乘求PV值。（2）三项计算结果均未超过允许值。（3）波纹管结构可避免动态辅助密封圈因结晶沉积而失去补偿能力。 27.（5分）某化工厂离心泵输送甲苯，介质温度为35℃，密封腔压力为1.20 MPa，泵轴直径为45 mm，转速为2900 r/min。厂家规定所选机械密封在该工况下允许的PV值不超过18 MPa·m/s。（1）计算密封端面的圆周速度和PV值。（2）根据计算结果，判断该机械密封端面的PV值是否满足要求；结合甲苯易燃、易挥发的特点，确定宜采用单端面机械密封还是双端面机械密封。（3）说明该泵机械密封系统应采取的两项安全措施。 【答案】（1）密封端面圆周速度为：。PV值为：。（2）计算得到的PV值为8.20 MPa·m/s，小于允许值18 MPa·m/s，端面PV值满足要求。甲苯属于易燃、易挥发介质，宜采用双端面机械密封，并设置隔离液系统。（3）应保持隔离液压力高于密封腔压力，并监测隔离液压力和液位；应设置泄漏收集、通风或可燃气体报警装置。 【解析】v=πdn/60=3.14×0.045×2900/60=6.83 m/s；PV=1.20×6.83=8.20 MPa·m/s，小于18，满足要求。甲苯易燃易挥发，宜用双端面密封及隔离液系统；隔离液压力应高于密封腔，并设置液位、压力监测及泄漏收集或报警。 28.（5分）某化工泵输送易挥发、有毒的有机溶剂，密封腔压力为1.80 MPa。为防止介质外泄，设备采用双端面加压式机械密封，厂家规定隔离液压力应比密封腔压力高0.15 MPa。隔离液罐有效容积为15 L，液位降至12.6 L时发出低液位报警。运行中测得隔离液消耗量为12 mL/h，暂不考虑补液。（1）计算隔离液系统应设定的压力，以及从满液位运行至低液位报警的理论时间。（2）判断该密封形式属于加压式双端面机械密封还是串联式双端面机械密封，并说明判断依据。（3）当隔离液压力降低或液位报警时，说明应采取的处理措施。 【答案】（1）隔离液设定压力为：。隔离液允许消耗体积为：。将消耗量换算为：。理论报警时间为：。（2）该密封属于加压式双端面机械密封。隔离液压力高于密封腔压力，内侧密封泄漏时隔离液会向工艺介质侧流动，可阻止有毒介质向外泄漏。（3）应及时检查隔离液罐液位、压力控制装置及管路泄漏情况，补充符合要求的隔离液并恢复规定压力；若压力持续下降或泄漏异常，应停泵检查内、外侧密封端面及辅助系统。 【解析】隔离液压力pb=1.80+0.15=1.95 MPa；允许消耗量为15-12.6=2.4 L，按0.012 L/h消耗，报警时间为2.4/0.012=200 h。隔离液压力高于密封腔压力，故为加压式双端面密封。报警时应查找泄漏、补液并恢复压力，异常持续则停泵检修。 29.（5分）某高压清水泵的密封腔压力为1.60 MPa，拟采用平衡型机械密封。已知密封端面外径为82 mm，轴套直径为50 mm，平衡直径为70 mm。平衡系数按下式计算：。（1）计算该机械密封的平衡系数和介质压力产生的理论闭合力。（2）判断该密封属于平衡型还是非平衡型机械密封，并说明其适用工况。（3）若该泵长期在压力波动较大的工况下运行，说明两项有利于提高机械密封可靠性的措施。 【答案】（1）平衡系数为：。理论闭合力为： ，约为3016 N。（2）该密封的平衡系数小于0.70，属于平衡型机械密封。平衡型机械密封能减小介质压力产生的端面闭合力，适用于压力较高、转速较高或端面发热较明显的工况。（3）应设置稳定的冲洗或冷却液循环，及时带走端面摩擦热；应控制压力波动范围，并定期检查弹簧、补偿环和辅助密封圈的磨损情况。 【解析】K=(702-502)/(822-502)=0.568。有效受压面积为π/4×(0.0702-0.0502)=0.001884 ，闭合力F=1.60×106×0.001884=3016 N。K小于0.70，属平衡型，适用于较高压力或转速工况；应稳定冲洗冷却并控制压力波动、检查补偿部件。 30.（10分）某导热油循环泵输送温度为240℃的导热油，密封腔压力为2.50 MPa。维修技师拟将原普通推压式机械密封改为平衡型金属波纹管机械密封。已知轴套直径为50 mm，平衡直径为70 mm，密封端面外径为80 mm，弹簧总预紧力为600 N。忽略介质开启力，取，厂家建议端面平均比压控制在1.20～2.00 MPa，平衡系数控制在0.50～0.75。（1）计算液压力产生的关闭力、密封端面总关闭力和端面平均比压。（2）计算该机械密封的平衡系数，并判断其端面平均比压和平衡系数是否符合厂家建议范围。（3）说明该泵选用平衡型金属波纹管机械密封的理由，并提出一项防止导热油在密封附近结焦的措施。 【答案】（1）液压力作用面积为：。液压力产生的关闭力为：。密封端面总关闭力为：。密封端面面积为：。端面平均比压为：。（2）平衡系数为：。端面平均比压为1.73 MPa，处于1.20～2.00 MPa范围内；平衡系数为0.62，处于0.50～0.75范围内，符合厂家建议。（3）平衡型结构可降低高压介质作用在端面上的关闭力，减小端面摩擦发热；金属波纹管耐高温，且不依靠动态橡胶辅助密封圈补偿，适合高温导热油工况。可设置密封腔冷却或循环冲洗装置，降低端面附近温度并减少导热油结焦。 【解析】Ac=π/4(702-502)=1884.96 mm2，Fh=2.50×1884.96=4712.40 N，总关闭力F=4712.40+600=5312.40 N。Af=π/4(802-502)=3063.05 mm2，q=1.73 MPa；β=Ac/Af=0.62，均在建议范围内。平衡波纹管耐高温、降发热，可采用冷却或循环冲洗防结焦。 31.（10分）某导热油循环泵输送温度为260℃的高温导热油，介质在泄漏后易结焦。安装时环境温度为20℃，泵轴从定位端至密封安装面的有效长度为120 mm，轴材料线膨胀系数为。机械密封弹簧初始压缩量为2.00 mm，允许工作压缩量为1.20～2.50 mm。假定轴的热膨胀全部使弹簧压缩量减小。（1）计算泵轴升温后的轴向伸长量及弹簧剩余压缩量。（2）判断剩余压缩量是否满足工作要求，并选择适宜的机械密封类型。（3）说明选择该类机械密封的主要理由，并提出两项防止导热油结焦影响密封的措施。 【答案】（1）泵轴轴向伸长量为：，约为0.346 mm。弹簧剩余压缩量为：。（2）剩余压缩量为1.654 mm，处于1.20～2.50 mm范围内，满足工作要求。宜采用非推压式金属波纹管机械密封。（3）金属波纹管密封不依靠动态辅助密封圈沿轴套滑动，可避免导热油结焦后使辅助密封圈卡滞，适用于高温及易结焦介质。应设置冷却或冲洗系统降低密封腔温度；应保持冲洗液清洁并定期清除密封腔积炭。 【解析】温升240℃，轴向伸长量Δl=12×10-6×120×240=0.346 mm；弹簧剩余压缩量为2.00-0.346=1.654 mm，处于1.20～2.50 mm范围内。高温导热油易结焦，宜选非推压式金属波纹管密封，避免动态辅助密封圈卡滞；应冷却或冲洗密封腔，并定期清除积炭。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $