淺談機(jī)械密封的選用

1 概述

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)和人類健康要求的提高，對(duì)機(jī)器的防泄漏要求也不斷提高。由于機(jī)械密封泄漏量很小，密封可靠，因此自1885年英國(guó)產(chǎn)生第一臺(tái)機(jī)械密封裝置以來，機(jī)械密封就被廣泛應(yīng)用于化工、石化和醫(yī)藥工業(yè)中。目前70%～80%的工業(yè)用泵均配備了機(jī)械密封。

“石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵”要求泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期至少為3年，這就要求機(jī)械密封的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)周期也需達(dá)到3年以上。可據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于機(jī)械密封引起的故障占全部機(jī)器故障的40%以上。造成這一現(xiàn)象的原因，一是作為泵機(jī)組中的動(dòng)密封，其本身所處的工作條件、所起的作用所決定：二是許多設(shè)計(jì)單位以及工程公司（包括用戶）認(rèn)為密封選用是泵廠或密封件廠的事情，往往對(duì)機(jī)械密封了解不深，難以參與機(jī)械密封的選用工作，造成密封的選型不當(dāng)。

2 腐蝕磨損問題

由于多種原因，如軸承的公差、軸端余隙、振動(dòng)和主軸偏差，都會(huì)使泵的主軸產(chǎn)生徑向和軸向運(yùn)動(dòng)。此外，由于將接觸面之間保持絕對(duì)平行是十分困難的，因此機(jī)械密封本身的內(nèi)部產(chǎn)生移動(dòng)也是很正常的。這類移動(dòng)往往是由于設(shè)備的安裝公差、熱膨脹、管路應(yīng)力或主軸調(diào)試不當(dāng)所造成。為了使密封面之間始終保持互相配合，彈簧起到機(jī)械密封與運(yùn)動(dòng)主軸之間的恒定調(diào)節(jié)作用。當(dāng)旋轉(zhuǎn)面和主軸之間采用人造橡膠密封時(shí)，該彈性體就會(huì)在主軸上來回運(yùn)動(dòng)。這種重復(fù)摩擦動(dòng)作，會(huì)磨蝕主軸上的防腐材料，失去主軸的氧化膜保護(hù)層，最終會(huì)在主軸的摩擦面上形成磨損溝槽，造成液體從溝槽中泄漏，增加不必要的維修工作量甚至更換主軸。為了解決這一問題，一般在填料盒內(nèi)安裝一個(gè)可更換的軸套。然而，解決腐蝕磨損問題的唯一永久辦法是去除其內(nèi)部的動(dòng)態(tài)密封，故選用時(shí)應(yīng)首選非腐蝕磨損型密封，以防止泵零件的腐蝕磨損。

3 機(jī)械密封常用型式的確定

3.1 平衡型和非平衡型密封

機(jī)械密封的平衡與否對(duì)接觸面的端面比壓有很大影響，而端面比壓的大小取決于彈簧力以及填料盒內(nèi)介質(zhì)的壓力。

非平衡型不能平衡液體壓力對(duì)端面的作用，端面上密封壓力隨液體壓力增加而增加，容易引起磨損，故一般非平衡型只能用于低壓（對(duì)于一般液體可用于密封壓力＜0.7 MPa）。當(dāng)壓力大于一定的限度，密封面間的液膜就會(huì)被擠出。在喪失液膜潤(rùn)滑及高負(fù)荷的作用下，密封端面會(huì)很快損壞。

平衡型能部分或全部平衡液體壓力對(duì)端面的作用，通常采用部分平衡，端面上密封壓力隨液體壓力增加而緩慢增加，以改善磨損情況。一般非平衡型只能用于低壓，但對(duì)潤(rùn)滑性能差、低沸點(diǎn)、易汽化介質(zhì)及高速工況，即使在低壓下，也應(yīng)選用平衡型密封。因?yàn)閷?duì)于非平衡型密封，當(dāng)密封腔壓力上升時(shí)，會(huì)將密封端面間的液膜擠出，使密封面很快損壞。平衡型密封能用于各種壓力場(chǎng)合。

3.2 單端面密封、無壓雙重密封和有壓雙重密封

單端面密封：只有一對(duì)摩擦副，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、拆裝容易，一般只需設(shè)置沖洗系統(tǒng)，不需要外供封液系統(tǒng)。

有壓雙重密封（原稱為雙端面機(jī)械密封）：有兩對(duì)摩擦副，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要外供封液系統(tǒng)，密封腔內(nèi)通入比介質(zhì)壓力高0.5～l.5 bar的隔離液，起封堵、潤(rùn)滑等作用，隔離液對(duì)內(nèi)側(cè)密封起到潤(rùn)滑作用。

無壓雙重密封（原稱為串聯(lián)密封）：有兩對(duì)摩擦副，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要外供封液系統(tǒng)，密封腔內(nèi)的緩沖液不加壓，工藝介質(zhì)對(duì)內(nèi)側(cè)密封起到潤(rùn)滑作用。

但在以下場(chǎng)合，優(yōu)先選用雙重機(jī)械密封：1）有毒及有危險(xiǎn)性介質(zhì)；2）高濃度的氫氣；3）易揮發(fā)的低溫介質(zhì)（如液化石油氣等）。而對(duì)一些有毒、含顆粒介質(zhì)（或腐蝕性相當(dāng)厲害的介質(zhì)），一般可考慮：1）采用合適的環(huán)境控制措施，如外沖洗加帶旋風(fēng)分離器的管路沖洗系統(tǒng)；2）采用有壓雙重密封。

3.3 內(nèi)裝式和外裝式密封

內(nèi)裝式密封指機(jī)械密封安裝在密封腔內(nèi)。外裝式密封指機(jī)械密封安裝在密封腔外。由于內(nèi)裝式密封的受力情況好，比壓隨介質(zhì)壓力的增加而增加，其泄漏方向與離心力方向相反，因此一般情況均選用內(nèi)裝式機(jī)械密封。只有當(dāng)介質(zhì)腐蝕性極強(qiáng)時(shí)，且又不考慮用有壓雙重密封時(shí)，才考慮選用外裝式機(jī)械密封。

3.4 旋轉(zhuǎn)式和靜止式機(jī)械密封

旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封指補(bǔ)償環(huán)隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械密封。靜止式機(jī)械密封指補(bǔ)償環(huán)不隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械密封。一般情況下均選用旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封，但在軸徑較大、轉(zhuǎn)速較高（密封圓周速度為25 m/s）時(shí)，由于彈簧及其他旋轉(zhuǎn)元件產(chǎn)生的離心力較大，動(dòng)平衡要求高，消耗的攪拌功率也大，應(yīng)選用靜止式機(jī)械密封。此外如果介質(zhì)受強(qiáng)烈攪動(dòng)易結(jié)晶的，也推薦采用靜止式機(jī)械密封。

3.5 單彈簧和多彈簧機(jī)械密封

單彈簧機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，彈簧可兼起傳動(dòng)作用，但端面比壓不均勻，不適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。多彈簧機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，彈簧不能兼起傳動(dòng)作用，但端面比壓均勻，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。一般情況下，推薦選用多彈簧機(jī)械密封。

3.6 推壓型和非推壓型密封

推壓型密封指輔助密封沿軸或軸套機(jī)械推壓來補(bǔ)償密封面磨損的機(jī)械密封，通常就是指彈簧壓緊式密封。非推壓型密封指輔助密封固定在軸上的機(jī)械密封，通常為波紋管密封。

以上只是對(duì)機(jī)械密封的基本工作原理以及常用型式的作了介紹，選用時(shí)還應(yīng)了解機(jī)械密封的選用參數(shù)以及材料、標(biāo)準(zhǔn)等，同時(shí)密切與設(shè)計(jì)單位（包括用戶）、泵廠和密封廠三方的聯(lián)系，相互配合，以保證密封及其系統(tǒng)的正確選用，保證泵密封裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡國(guó)楨，石流，閻家賓.化工密封技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999

[2]崔繼哲，陳留栓.化工機(jī)械檢修技術(shù)問答[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001

（作者單位：江蘇省惠山中等專業(yè)學(xué)校）