機械密封新技術及其應用

仇濤

摘要：本文首先對機械密封技術的基本原理及機械密封的主要特點作了簡要介紹，然后總結概括出現階段機械密封技術新技術及其應用情況。

關鍵詞：機械密封；原理；新技術

引言

隨著科學技術的不斷發展以及新型材料的出現，機械密封技術隨之迅速發展起來。近年來人們對環境保護日益關注，引起對機械密封的泄露要求越來越高，同時為了延長裝置的檢修周期，要求機械密封的使用壽命隨之延長。因此，發展機械密封的新技術、新產品以滿足人們對高性能機械密封的要求。

機械密封技術簡介

1.1 機械密封基本原理

機械密封也叫做端面密封，是一種旋轉機械的封油裝置。由于傳動軸貫穿在整個設備內外，軸與設備之間就會產生空隙，將兩個密封元件置于垂直于軸線的平面上，流體介質就不會通過空隙向外泄露，密封元件反而會在流體介質的靜壓力以及彈簧力的作用下，保持相互貼合并相對運動從而達到防止流體泄露的目的。

密封環是構成機械密封的主要元件，它在很大程度上決定了機械密封的使用性能及使用壽命，因此對于密封環有嚴格的使用要求：要有足夠的強度和剛度；應有較小的摩擦系數和良好的自潤滑性；密封端面應有足夠的硬度和耐腐蝕性；密封環應有良好的耐熱沖擊性能；密封環要容易加工制造。

1.2 機械密封的特點

使用壽命長。機械密封在油、水類介質中使用時間長達1~2年或者更長時間，在化工介質中的使用壽命通常也能達到半年以上。

密封可靠。機械密封在長時間的運行中，密封狀態穩定且泄漏量很小，通常機械密封的泄露量可以控制在3~5mL/h，與軟填料密封相比，泄露量小很多。

摩擦功率損耗小。由于機械密封接觸端面面積較小，其摩擦功率消耗僅為軟填料密封的10%~50%。

適用范圍廣。機械密封適用于高溫、低溫、真空、不同轉速以及各種腐蝕性介質和含有磨粒介質等情況的密封。

抗振性強。隨著波紋管式和全補償式機械密封的發展，機械密封的抗振性越來越強，緩沖性也越來越好。

無需經常調整。使用機械密封的維修周期長，端面磨損后能夠自動補償，通常情況下無需經常維修。

機械密封技術

2.1 密封端面改形技術

干運轉氣體密封技術。干運轉氣體密封就是將開槽密封技術應用于氣體密封。干運轉氣體密封除結構相對簡單，安裝維護費用較低，運行無磨損，功耗小等特點以外，還能夠實現零泄漏或者零溢出，系統運行可靠。克蘭公司首先研制的28型螺旋槽干運轉氣體密封主要用于汽輪機、攪拌機及離心壓縮機。后來又研制了用于泵中的2800和2800E系列干運轉氣體端面密封。

上游泵送密封技術。上游泵送密封的工作原理與干氣密封類似，是利用密封面上開流槽在旋轉條件下將下游少量的泄露流體介質泵送回上游。主要產品有美國約翰克蘭公司研制生產的8000系列螺旋槽上游泵送機械密封，以及我國石油大學研制的泵出式圓弧槽端面密封。

密封面開深槽流體靜壓型機械密封。就是為了將外界潤滑流體或者密封流體引入到密封端面，以便對密封端面進行充分的潤滑和冷卻，而在密封端面上開幾組深槽和壓力介質引入孔。雖然此種方法泄漏量較大，但此技術仍廣泛應用于高壓、高溫、高速等普通機械密封難以滿足工程要求的情況中。

流體動壓密封技術。就是在密封環上開出1~2mm的溝槽，利用密封面流槽，形成局部熱變形和力變形，然后在密封面上產生流體動力楔效應。其優點是利用潤滑槽可以增強承載能力，降低摩擦熱，適宜用于高參數密封。美國克蘭公司獲得流體動壓墊高壓旋轉機械密封專利，將流體動壓墊應用于輕烴密封中。國內的石油大學利用有限元對熱流體動壓密封做了相應的研究。

2.2窄環刃邊機械密封

窄環刃邊密封的結構特點是動環密封面的寬度很窄，僅0.2~0.6mm，而且平衡比是B=0~0.5。這樣由于密封面很窄，就能夠限制固體雜物的形成，即使已經形成的固體物質或者纖維也能夠背尖邊切斷而排除。在石化企業中不僅應用國外產品還應用了國內產品，比如在錦州和齊魯橡膠廠的工藝裝置中已經推廣應用

2.3 流體阻塞密封技術

在過去經常是用液體阻塞液體或者氣體，叫做液封液或者液封氣技術。而現在采用氣體阻塞液體或者氣體，即氣封液或者氣封氣技術。流體阻塞技術有以下幾個特點：密封環的選用材料具有自潤滑且不膠合性，典型材料是石磨；在密封面由于摩擦而產生的熱量能夠及時的散發出去；阻塞氣體通常采用空氣或者氮氣、二氧化碳等惰性氣體；為了減少備件量并且要避免左右的錯裝，開槽密封應盡可能選擇雙向旋轉結構；在開車或者停車過程中會產生一定量的干摩擦，為了有利于清除磨粒，應注意環槽的幾何形狀。主要產品有天津鼎名密封公司研制的螺旋槽液體阻塞密封，以及齊魯石化公司和石油大學研制的蒸汽阻塞密封。

2.4 零逸出密封技術

所謂零逸出技術就是指使工藝流體不逸出的密封技術。通常情況下，零逸出密封采用干運轉密封，可以是接觸式的干運轉密封也可以是非接觸式干運轉密封。其密封特點是利用流槽的各種流體的靜動壓效應來增加流體膜的承載能力，與此同時還要利用淺槽形成較薄的流體膜和較小的泄漏量。主要產品有美國杜拉密泰列克公司最近生產的泵用SB-200型干運轉控制逸出集裝式密封和GF-200型節能零逸出氣體阻塞密封。

結論

隨著先進科學技術和先進制造技術的發展，我國工程機械也會有較大發展，因此我國機械密封技術將廣泛應用于各個機械行業中去，對機械密封的密封要求越來越高，因此，機械密封要朝著零逸出、高可靠性、長壽命及高性能方向發展。

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