原理——五步密封计算链
每台接触式机械密封都能用同一条五步链完成定量：端面载荷、端面线速、PV 值、摩擦扭矩与功耗、 以及带走热量所需的冲洗流量。环环相扣——改一个输入，全链即时重算。
1 · 端面总压 \(P_f\)
\(\Delta P\) 为端面两侧压差，\(b\) 为平衡比（液压闭合面积 / 端面面积），\(k\) 为液膜压力梯度系数， \(P_{sp}\) 为弹簧比压。系数 \(k\) 表示液膜自身承担了多少 \(\Delta P\)：平行液膜 ≈ 0.5， 收敛膜（闪蒸）0.70–0.75，气膜 ≈ 0.66。
由密封尺寸求平衡比（OD 受压密封）： $$b=\frac{OD^{2}-BD^{2}}{OD^{2}-ID^{2}}$$ 其中 \(BD\) 为平衡直径。\(b<1\) 为平衡型（常规 0.65–0.85）； \(b\ge1\) 为非平衡型——压差须控制在约 10 bar（145 psi）以下。
2 · PV 值
\(V_m\) 为平均端面直径 \(D_m\) 处的线速。PV 是筛选端面材料能力的单一指标。 注意口径：不同来源的 PV 采用不同载荷定义，跨口径比较没有意义。本工具采用上述闭合载荷 PV 作为筛选口径——最终选型请以密封厂家的 PV 表为准。
3 · 摩擦扭矩与功耗
\(b_f\) 为面宽，\(f\) 为端面有效摩擦系数——低黏度轻烃约 0.05、中等黏度水基工况约 0.07、 润滑油类约 0.10（碳对碳化硅/碳化钨面）。启动摩擦为运行值的 3–5 倍——频繁启动时电机校核 应按启动扭矩。
4 · 密封腔温升
假设端面摩擦功率 \(P\) 全部由冲洗流量 \(Q\) 带走。保持 ΔT < 5 °C（10 °F）—— 超限后先加大冲洗流量（Plan 11/32），或增设冷却器（Plan 21/23），以免液膜闪蒸。
5 · 压力梯度系数 k 与摩擦系数 f
| 流体相态 | k | 工况（碳对 SiC/WC 端面） | f |
|---|---|---|---|
| 非闪蒸液体 | 0.50 | 低黏度（轻烃） | 0.05 |
| 闪蒸液体 | 0.70–0.75 | 中等黏度（水基） | 0.07 |
| 全气相 / 气体 | 0.66 | 高黏度（润滑油） | 0.10 |
填料最小泄漏准则（防干烧）
| 填料函表压 | 最小泄漏量（滴/min） | ≈ cc/min |
|---|---|---|
| ≤ 60 psi（≤ 4.0 bar） | 60 | 4 |
| 61–100 psi（4.1–6.8 bar） | 190 | ≈13 |
| 101–250 psi（6.9–17 bar） | 470 | ≈31 |
压缩填料有意保持泄漏：贯穿泄漏正是润滑并冷却摩擦面的介质。实测泄漏低于表值意味着填料 干运转——随之而来的就是烧环、结釉与轴套拉伤。此准则不适用于机械密封——机械密封的泄漏 管控指标远低于此。
PV 筛选红绿灯（🟢🟡🔴）
- 🟢 PV ≤ 100 bar·m/s（≈ 285,000 psi·ft/min）——常规平衡型密封工况。
- 🟡 PV 100–500 bar·m/s——高载工况：请核算热平衡，并与厂家确认端面材料对的 PV 限值。
- 🔴 PV > 500 bar·m/s——超出常规湿接触能力：改加压双端面密封（Plan 53A/54）或气膜密封。
- 🟡 平衡比超出 0.65–0.85——偏离标准窗口；\(b\ge1.0\) 非平衡密封限压 ΔP ≲ 10 bar（145 psi）🔴。
- 🟡 弹簧比压超出 100–240 kPa（15–35 psi）——偏离接触式密封窗口（干运转设计 14–40 kPa）。
- 🔴 密封腔温升 ΔT > 5 °C——加大冲洗流量或增设冷却器。
算例（锚点）
ΔP = 10 bar、b = 0.75、水（k = 0.50）、Psp = 200 kPa、Dm = 60 mm、 bf = 10 mm、N = 2950 rpm、f = 0.07。逐级得：
| 步骤 | 数值 |
|---|---|
| \(P_f=1000(0.75-0.5)+200\) | 450 kPa（65.3 psi） |
| \(V_m=\pi\cdot0.06\cdot2950/60\) | 9.27 m/s |
| \(PV\) | 41.7 bar·m/s（≈ 119,000 psi·ft/min）🟢 |
| \(T=450\,000\cdot\pi\cdot0.06\cdot0.01\cdot0.07\cdot0.03\) | 1.78 N·m（15.7 lb·in） |
| \(P=1.78\times2950/9550\) | 0.550 kW（0.738 hp） |
| 冲洗 6 L/min、SG = 1.0、\(C_p\)=1.0 时 \(\Delta T\) | 1.32 °C（2.4 °F）🟢 |
API 682 冲洗方案选择器
在计算器下方勾选工况条件，选择器按 12 个常用冲洗方案（01/02/11/13/21/23/31/32/52/53A/62/76） 的优缺点打分，给出 Top2 推荐。胜出者速读：
- 清洁、温度适中 → Plan 11（出口经节流孔冲洗），行业默认方案。
- 含颗粒 → Plan 31（旋液分离，净液入腔）或 Plan 32（外冲洗）。
- 高温工况 → Plan 21（出口冲洗+冷却器）或 Plan 23（闭式热虹吸——冷却负荷最小、不向泵内注冷液）。
- 有毒 / 危险介质 → 加压双封 Plan 53A（隔离液压力高于密封腔压）或无压双封 Plan 52（泄漏导出回收）。
- 结晶 / 聚合倾向 → Plan 32（相容外冲洗液）或 Plan 62（外淬火保持大气侧清洁）。
符号表
| 符号 | 含义 | 单位 |
|---|---|---|
| \(\Delta P\) | 端面两侧压差 | kPa / psi |
| \(b\) | 平衡比（闭合面积 / 端面面积） | — |
| \(k\) | 液膜压力梯度系数 | — |
| \(P_{sp}\) | 弹簧比压 | kPa / psi |
| \(P_f\) | 端面总压 | kPa / psi |
| \(D_m,\,b_f\) | 端面平均直径、面宽 | mm / in |
| \(V_m\) | 端面平均线速 | m/s / ft/min |
| \(PV\) | 端面总压 × 平均线速 | bar·m/s / psi·ft/min |
| \(A,\,R_m\) | 端面面积、平均半径 | m²、m / in²、in |
| \(f\) | 端面有效摩擦系数 | — |
| \(T,\,P\) | 摩擦扭矩、摩擦功耗 | N·m、kW / lb·in、hp |
| \(SG,\,C_p,\,Q\) | 比重、比热、冲洗流量 | —、kcal/kg·°C、L/min |
| \(\Delta T\) | 密封腔温升 | °C / °F |
本页采用的工程判据
- 平衡型窗口 0.65–0.85；非平衡（\(b\ge1\)）仅用于 ΔP ≈ 10 bar（145 psi）以下。
- 弹簧比压窗口 100–240 kPa（15–35 psi）为接触式液膜密封；干运转设计 14–40 kPa。
- 密封腔温升 ΔT < 5 °C（10 °F）——防闪蒸准则。
- PV 筛选按本工具闭合载荷口径执行；厂家表格各有其口径——切勿跨口径比较。
- 启动扭矩——启动摩擦为运行值 3–5 倍；频繁启动须校核驱动。