熱水泵機械密封的選擇與使用

王永健 魏迎來

（天津戴瑞米克隔板有限公司 天津）

一、水溫和雜質對熱水泵機械密封的影響

1.常溫下，水泵機械密封面之間冷水膜的厚度約為1 μm，在大多數情況下能夠保持密封面分開，起到潤滑作用。當水溫升高時，水膜厚度隨溫度的變化減小到原來的1/3～1/5 μm，水膜厚度不足以分開密封的滑動面。

2.水在達到一定溫度時將蒸發、膨脹，可能打開重疊的密封面，造成以下后果：

（1）石墨密封環外表的缺失和損壞。持續蒸發伴隨著冷卻使密封面發生振動、引起沖撞，密封驅動凸臺（或銷）被磨損，金屬波紋管破裂、密封面破裂。

（2）在有固體溶解物懸浮于水中的情況下，水蒸發時在兩個密封面之間將留下固體物質，它們會嵌入到軟的密封面中，引起嚴重磨損，在石墨密封面上形成研磨痕跡。如果有大等級顆粒或任何外界物質在密封面之間掠過，密封將開始失效。

3.發生滑動粘附。兩個密封面之間因缺少潤滑而瞬時粘在一起。粘附和滑動的交替作用將產生振動，造成石墨密封環破裂，波紋管或造成凸臺（或銷）驅動面破裂。安裝一些振動阻尼能夠減少和避免這種情況的發生。

4.氧化鐵（Fe3O4）作為抗腐蝕遮蓋物在管道的內表面形成，這些氧化鐵經常從管道內壁破裂脫落并積聚到密封元件上。氧化鐵顆粒對密封的影響如下：

（1）作為研磨材料滲透到密封中，將機械性地研磨密封的滑動彈性體，這將引起“瞬間失效”直至最終的泄漏。

（2）磨損滑動彈性體的密封面。

（3）新水系統中存在松散的氧化鐵是正常的，但系統使用大約1年后，鐵的氧化物會形成穩定的層。

5.熱水能閃蒸為蒸汽，因此泄漏會不可見。如果熱水是冷凝物中一部分，就必須在真空的條件下被密封。

二、熱水泵密封材料的選擇

（1）密封的結合面應是沒有填充物的石墨與固體碳化硅或碳化鎢匹配運行。在這些應用中不應使用鍍層和涂面。近年來，一種由石墨滲入碳化硅的新型密封面材料因具有更好的熱傳導性得到廣泛的應用。

（2）彈性體。乙丙烯橡膠的使用溫度可達135℃。如果有更高溫度的密封要求，可以使用杜邦公司的全氟醚橡膠或具有同等功能的材料。一般情況下，應該盡量使用冷卻水來延長密封面的壽命。不要在乙丙烯橡膠上涂抹石油基潤滑脂，所有石油產品都會破壞乙丙烯橡膠(EPR)。

（3）金屬元件中，316級不銹鋼是首選。但為避免氯化物侵蝕問題，金屬波紋管和彈簧不選用不銹鋼材料，選用哈司特鑷合金“C”。

三、熱水泵機械密封的選擇

（1）如果應用環境在負壓和正壓之間變化，使用平衡型O形圈密封。O形圈密封能夠提供兩個方向的密封。

（2）為了安裝方便和使用敞開葉輪泵時，允許隨著運行和環境溫度的周期變化對葉輪進行調整，選用筒式密封，見圖1。除非它們具有某些類型的自調整特性，否則不要把筒部分作為靜密封安裝。

（3）如果泵安裝有襯套或巴士合金軸承，應選用特定的移動密封，這種密封方式多應用于鍋爐用的多級密封供給泵。

（4）如果密封腔的壓力（不是泵的排放壓力）＞2.4 MPa（350 PSI），應 選用高壓密封。高壓密封具有更穩定的結構，能防止面的變形和彈性體被擠出。

（5）當密封腔的壓力在正壓和負壓之間變化時，分離密封的使用需要改進。軸襯安裝在分離密封旁對葉輪調整有幫助。在負壓的應用環境下，密封可以反向安裝，或安裝排放再循環管線來保持填料箱內維持正壓。一般情況下，熱水的工作環境推薦使用雙密封。

（6）如果使用靜金屬波紋管密封，沖洗流動或循環連接使密封面存在溫度梯度能引起重疊密封面的扭曲變形。

四、密封熱水所需的環境控制

（1）為了延長密封使用壽命，密封處的水應盡可能的冷卻到環境溫度，水溫越低越能更好地潤滑密封面。

（2）在填料箱中安裝石墨軸襯來屏蔽熱量，或在泵上使用帶套填料箱來冷卻填料箱液體，確保沒有再循環和沖洗管線進入或連出到填料箱。

圖1 筒式密封結構圖

（3）確保冷卻襯套發揮功能。如果工作系統水中的鈣在套的表面結垢而干擾熱傳遞，必須定期清潔套或用替代的冷凝物作為冷卻介質。冷卻襯套的同時防止熱量傳遞到軸承箱，軸承箱油溫每升高10℃，油的使用壽命將減少為原來的一半。

（4）如果不能實現冷卻，替代的方法是使填料箱的壓力高于水汽化壓力至少一個大氣壓。可以安裝壓力控制裝置到填料箱的底部，使用泵排放口再循環管線的液體來加壓填料箱，使用中注意裝置的泄漏。在一些高壓鍋爐供水泵或鍋爐循環泵的應用中，根據涉及到的壓力，一般使用特殊的高壓密封裝置。

許多泵在運行中，當熱量傳導到軸承潤滑油時，可以利用軸承油冷卻器來提供必須的冷卻，采購前與制造商確認是否包含這個附件。在95℃以下，沒有污染的油至少能夠使用3個月。實際應用中，即使溫度被嚴格控制，唇式或脂式的密封通常也只有3個月的壽命，因此，這兩種密封應該用迷宮式或正面密封代替。

（5）雖然在泵的排放口與填料箱之間安裝冷卻器能提供充足的冷卻，但在大多數情況下，管線或裝置都可能發生泄漏，當溫度升高時非常危險。

（6）選用有急冷功能的A.P.I類型壓蓋。在密封情況下，當冷水被快速打到熱的表面時將蒸發，熱表面有固體物質生成，這將限制密封移動并且侵蝕密封套和其他元件，對彈簧在密封液體之外的設計，會導致彈簧被阻塞，工作中過多的冷水能通過脂式或唇形密封泄漏到軸承。