淺談機械密封的選用

1 概述

隨著環境保護意識和人類健康要求的提高，對機器的防泄漏要求也不斷提高。由于機械密封泄漏量很小，密封可靠，因此自1885年英國產生第一臺機械密封裝置以來，機械密封就被廣泛應用于化工、石化和醫藥工業中。目前70%～80%的工業用泵均配備了機械密封。

“石油、重化學和天然氣工業用離心泵”要求泵的連續運轉周期至少為3年，這就要求機械密封的連續運轉周期也需達到3年以上。可據統計，由于機械密封引起的故障占全部機器故障的40%以上。造成這一現象的原因，一是作為泵機組中的動密封，其本身所處的工作條件、所起的作用所決定：二是許多設計單位以及工程公司（包括用戶）認為密封選用是泵廠或密封件廠的事情，往往對機械密封了解不深，難以參與機械密封的選用工作，造成密封的選型不當。

2 腐蝕磨損問題

由于多種原因，如軸承的公差、軸端余隙、振動和主軸偏差，都會使泵的主軸產生徑向和軸向運動。此外，由于將接觸面之間保持絕對平行是十分困難的，因此機械密封本身的內部產生移動也是很正常的。這類移動往往是由于設備的安裝公差、熱膨脹、管路應力或主軸調試不當所造成。為了使密封面之間始終保持互相配合，彈簧起到機械密封與運動主軸之間的恒定調節作用。當旋轉面和主軸之間采用人造橡膠密封時，該彈性體就會在主軸上來回運動。這種重復摩擦動作，會磨蝕主軸上的防腐材料，失去主軸的氧化膜保護層，最終會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，一般在填料盒內安裝一個可更換的軸套。然而，解決腐蝕磨損問題的唯一永久辦法是去除其內部的動態密封，故選用時應首選非腐蝕磨損型密封，以防止泵零件的腐蝕磨損。

3 機械密封常用型式的確定

3.1 平衡型和非平衡型密封

機械密封的平衡與否對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介質的壓力。

非平衡型不能平衡液體壓力對端面的作用，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（對于一般液體可用于密封壓力＜0.7 MPa）。當壓力大于一定的限度，密封面間的液膜就會被擠出。在喪失液膜潤滑及高負荷的作用下，密封端面會很快損壞。

平衡型能部分或全部平衡液體壓力對端面的作用，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，但對潤滑性能差、低沸點、易汽化介質及高速工況，即使在低壓下，也應選用平衡型密封。因為對于非平衡型密封，當密封腔壓力上升時，會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：只有一對摩擦副，結構簡單，制造、拆裝容易，一般只需設置沖洗系統，不需要外供封液系統。

有壓雙重密封（原稱為雙端面機械密封）：有兩對摩擦副，結構復雜，需要外供封液系統，密封腔內通入比介質壓力高0.5～l.5 bar的隔離液，起封堵、潤滑等作用，隔離液對內側密封起到潤滑作用。

無壓雙重密封（原稱為串聯密封）：有兩對摩擦副，結構復雜，需要外供封液系統，密封腔內的緩沖液不加壓，工藝介質對內側密封起到潤滑作用。

但在以下場合，優先選用雙重機械密封：1）有毒及有危險性介質；2）高濃度的氫氣；3）易揮發的低溫介質（如液化石油氣等）。而對一些有毒、含顆粒介質（或腐蝕性相當厲害的介質），一般可考慮：1）采用合適的環境控制措施，如外沖洗加帶旋風分離器的管路沖洗系統；2）采用有壓雙重密封。

3.3 內裝式和外裝式密封

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

3.4 旋轉式和靜止式機械密封

旋轉式機械密封指補償環隨軸一起轉動的機械密封。靜止式機械密封指補償環不隨軸一起轉動的機械密封。一般情況下均選用旋轉式機械密封，但在軸徑較大、轉速較高（密封圓周速度為25 m/s）時，由于彈簧及其他旋轉元件產生的離心力較大，動平衡要求高，消耗的攪拌功率也大，應選用靜止式機械密封。此外如果介質受強烈攪動易結晶的，也推薦采用靜止式機械密封。

3.5 單彈簧和多彈簧機械密封

單彈簧機械密封，結構簡單，彈簧可兼起傳動作用，但端面比壓不均勻，不適用于高速運轉。多彈簧機械密封，結構復雜，彈簧不能兼起傳動作用，但端面比壓均勻，適用于高速運轉。一般情況下，推薦選用多彈簧機械密封。

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械推壓來補償密封面磨損的機械密封，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械密封，通常為波紋管密封。

以上只是對機械密封的基本工作原理以及常用型式的作了介紹，選用時還應了解機械密封的選用參數以及材料、標準等，同時密切與設計單位（包括用戶）、泵廠和密封廠三方的聯系，相互配合，以保證密封及其系統的正確選用，保證泵密封裝置長期穩定、可靠地運轉。

參考文獻

[1]胡國楨，石流，閻家賓.化工密封技術[M].北京:化學工業出版社，1999

[2]崔繼哲，陳留栓.化工機械檢修技術問答[M].北京:化學工業出版社，2001

（作者單位：江蘇省惠山中等專業學校）