機(jī)械密封新技術(shù)及其應(yīng)用

仇濤

摘要：本文首先對(duì)機(jī)械密封技術(shù)的基本原理及機(jī)械密封的主要特點(diǎn)作了簡(jiǎn)要介紹，然后總結(jié)概括出現(xiàn)階段機(jī)械密封技術(shù)新技術(shù)及其應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封；原理；新技術(shù)

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及新型材料的出現(xiàn)，機(jī)械密封技術(shù)隨之迅速發(fā)展起來(lái)。近年來(lái)人們對(duì)環(huán)境保護(hù)日益關(guān)注，引起對(duì)機(jī)械密封的泄露要求越來(lái)越高，同時(shí)為了延長(zhǎng)裝置的檢修周期，要求機(jī)械密封的使用壽命隨之延長(zhǎng)。因此，發(fā)展機(jī)械密封的新技術(shù)、新產(chǎn)品以滿(mǎn)足人們對(duì)高性能機(jī)械密封的要求。

機(jī)械密封技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 機(jī)械密封基本原理

機(jī)械密封也叫做端面密封，是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的封油裝置。由于傳動(dòng)軸貫穿在整個(gè)設(shè)備內(nèi)外，軸與設(shè)備之間就會(huì)產(chǎn)生空隙，將兩個(gè)密封元件置于垂直于軸線的平面上，流體介質(zhì)就不會(huì)通過(guò)空隙向外泄露，密封元件反而會(huì)在流體介質(zhì)的靜壓力以及彈簧力的作用下，保持相互貼合并相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到防止流體泄露的目的。

密封環(huán)是構(gòu)成機(jī)械密封的主要元件，它在很大程度上決定了機(jī)械密封的使用性能及使用壽命，因此對(duì)于密封環(huán)有嚴(yán)格的使用要求：要有足夠的強(qiáng)度和剛度；應(yīng)有較小的摩擦系數(shù)和良好的自潤(rùn)滑性；密封端面應(yīng)有足夠的硬度和耐腐蝕性；密封環(huán)應(yīng)有良好的耐熱沖擊性能；密封環(huán)要容易加工制造。

1.2 機(jī)械密封的特點(diǎn)

使用壽命長(zhǎng)。機(jī)械密封在油、水類(lèi)介質(zhì)中使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1~2年或者更長(zhǎng)時(shí)間，在化工介質(zhì)中的使用壽命通常也能達(dá)到半年以上。

密封可靠。機(jī)械密封在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中，密封狀態(tài)穩(wěn)定且泄漏量很小，通常機(jī)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(jī)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(jī)械密封適用于高溫、低溫、真空、不同轉(zhuǎn)速以及各種腐蝕性介質(zhì)和含有磨粒介質(zhì)等情況的密封。

抗振性強(qiáng)。隨著波紋管式和全補(bǔ)償式機(jī)械密封的發(fā)展，機(jī)械密封的抗振性越來(lái)越強(qiáng)，緩沖性也越來(lái)越好。

無(wú)需經(jīng)常調(diào)整。使用機(jī)械密封的維修周期長(zhǎng)，端面磨損后能夠自動(dòng)補(bǔ)償，通常情況下無(wú)需經(jīng)常維修。

機(jī)械密封技術(shù)

2.1 密封端面改形技術(shù)

干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體密封技術(shù)。干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體密封就是將開(kāi)槽密封技術(shù)應(yīng)用于氣體密封。干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體密封除結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)費(fèi)用較低，運(yùn)行無(wú)磨損，功耗小等特點(diǎn)以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)零泄漏或者零溢出，系統(tǒng)運(yùn)行可靠。克蘭公司首先研制的28型螺旋槽干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體密封主要用于汽輪機(jī)、攪拌機(jī)及離心壓縮機(jī)。后來(lái)又研制了用于泵中的2800和2800E系列干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體端面密封。

上游泵送密封技術(shù)。上游泵送密封的工作原理與干氣密封類(lèi)似，是利用密封面上開(kāi)流槽在旋轉(zhuǎn)條件下將下游少量的泄露流體介質(zhì)泵送回上游。主要產(chǎn)品有美國(guó)約翰克蘭公司研制生產(chǎn)的8000系列螺旋槽上游泵送機(jī)械密封，以及我國(guó)石油大學(xué)研制的泵出式圓弧槽端面密封。

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

流體動(dòng)壓密封技術(shù)。就是在密封環(huán)上開(kāi)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(chǎn)生流體動(dòng)力楔效應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是利用潤(rùn)滑槽可以增強(qiáng)承載能力，降低摩擦熱，適宜用于高參數(shù)密封。美國(guó)克蘭公司獲得流體動(dòng)壓墊高壓旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封專(zhuān)利，將流體動(dòng)壓墊應(yīng)用于輕烴密封中。國(guó)內(nèi)的石油大學(xué)利用有限元對(duì)熱流體動(dòng)壓密封做了相應(yīng)的研究。

2.2窄環(huán)刃邊機(jī)械密封

窄環(huán)刃邊密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是動(dòng)環(huán)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(jīng)形成的固體物質(zhì)或者纖維也能夠背尖邊切斷而排除。在石化企業(yè)中不僅應(yīng)用國(guó)外產(chǎn)品還應(yīng)用了國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，比如在錦州和齊魯橡膠廠的工藝裝置中已經(jīng)推廣應(yīng)用

2.3 流體阻塞密封技術(shù)

在過(guò)去經(jīng)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(shù)。而現(xiàn)在采用氣體阻塞液體或者氣體，即氣封液或者氣封氣技術(shù)。流體阻塞技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：密封環(huán)的選用材料具有自潤(rùn)滑且不膠合性，典型材料是石磨；在密封面由于摩擦而產(chǎn)生的熱量能夠及時(shí)的散發(fā)出去；阻塞氣體通常采用空氣或者氮?dú)狻⒍趸嫉榷栊詺怏w；為了減少備件量并且要避免左右的錯(cuò)裝，開(kāi)槽密封應(yīng)盡可能選擇雙向旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)；在開(kāi)車(chē)或者停車(chē)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的干摩擦，為了有利于清除磨粒，應(yīng)注意環(huán)槽的幾何形狀。主要產(chǎn)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(xué)研制的蒸汽阻塞密封。

2.4 零逸出密封技術(shù)

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

結(jié)論

隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)工程機(jī)械也會(huì)有較大發(fā)展，因此我國(guó)機(jī)械密封技術(shù)將廣泛應(yīng)用于各個(gè)機(jī)械行業(yè)中去，對(duì)機(jī)械密封的密封要求越來(lái)越高，因此，機(jī)械密封要朝著零逸出、高可靠性、長(zhǎng)壽命及高性能方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張文平.機(jī)械密封的應(yīng)用探討.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2010(2):220-221.[2] 顧伯勤,蔣小文,孫見(jiàn)君,陳曄.機(jī)械密封技術(shù)最新進(jìn)展.化工進(jìn)展,2003(22):1160.

[3] 左振亮,李楠.機(jī)械密封技術(shù)與研發(fā)方向.遼寧化工,2008(10):698-700.

[4] 顧永泉.機(jī)械密封技術(shù)的新進(jìn)展.石油化工設(shè)備,1997(9):43-50.

[5] 車(chē)曉剛.機(jī)械密封的原理及應(yīng)用.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008(31):231.