機械密封原理與設計
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機械密封原理與設計范文第1篇
中圖分類號TH45 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）55-0064-02
高密度聚乙烯裝置的低壓溶劑回收壓縮機K-5001為立式四列往復式迷宮型壓縮機，規(guī)格為ZW-71.43/0.23~16，由XXX設計院設計， XXX壓縮機制造廠制造，屬于國產(chǎn)攻關(guān)的第一臺壓縮機。此設備為裝置的核心設備，一旦壓縮機停機，提供反應環(huán)境的溶劑異丁烷物資將不能正?；厥眨瑢е抡麄€裝置停車，更嚴重的將影響上游裝置的停車，直接影響裝置乃至公司的經(jīng)濟效益。
1 機械密封結(jié)構(gòu)與原理
1.1 機械密封結(jié)構(gòu)
圖1為此壓縮機機械密封結(jié)構(gòu)圖，與其他機械密封類似，都是由動環(huán)、靜環(huán)、彈簧、彈簧座、緊定螺釘、防轉(zhuǎn)銷、傳動銷組成的，從圖上可以看出，機械密封泄漏的途徑主要有六處；
泄漏一：墊片（序號7）作為機身與靜環(huán)（序號1）之間的密封，此處密封為靜密封，發(fā)生泄漏的可能性較小，墊片材質(zhì)、尺寸滿足要求，正常安裝即可；
泄漏二：動環(huán)（序號2）與靜環(huán)（序號1）之間：此處密封為動密封，發(fā)生泄漏的可能性最大。動、靜環(huán)摩擦副是一對相對加工精度要求較高的產(chǎn)品，設備運行時，動靜環(huán)之間形成油膜，摩擦副表面出現(xiàn)的任何微小的變化都會導致機械密封的泄漏；
泄漏三：O型圈（序號4）與曲軸之間，此O型圈防止油沿軸向泄漏。一旦O型圈出現(xiàn)故障，油將沿著軸向外泄漏，其中兩次導致機械密封的泄漏都是由于此處的O 型圈發(fā)生斷裂造成的，第一次O型圈備件采用瞬干膠粘結(jié)，長時間在油的浸泡作用下，瞬干膠溶解導致O型圈斷裂，第二次新加工制作的O型圈不能滿足耐油要求，最終變形斷裂。
泄漏四：O型圈與軸之間，同泄漏三相同；
泄漏五：同泄漏點二，端蓋側(cè)動環(huán)與靜環(huán)之間；
泄漏六：同泄漏點一，是靜環(huán)與外側(cè)端蓋之間的密封。
1.2 機械密封的工作原理
機械密封工作時，由密封流體的壓力和彈性元件的彈力等引起的軸向力使動環(huán)和靜環(huán)互相貼合并相對運動，由于兩個密封端面的緊密配合，使密封端面之間的交界（密封界面）形成一個微小間隙，當有壓介質(zhì)通過此間隙時，形成極薄的液膜，產(chǎn)生阻力，阻止介質(zhì)泄漏，同時液膜又使得端面得以，獲得長期密封效果。
2 機械密封失效原因分析
2.1 機械密封失效經(jīng)過
高密度聚乙烯裝置在2010年9月22日停車檢修過程中，發(fā)生了五次機械密封泄漏現(xiàn)象。
第一次，在啟動回收壓縮機數(shù)小時后，機械密封大量泄漏，打開檢查，發(fā)現(xiàn)機械密封動環(huán)斷裂，檢修人員更換新機械密封。
第二次，壓縮機啟動幾分鐘后，機械密封又發(fā)生了泄漏。打開檢查，發(fā)現(xiàn)機械密封外側(cè)動環(huán)和靜環(huán)均發(fā)生斷裂。
第三次，在廠家技術(shù)人員指導下，進行第二套機械密封的安裝。在壓縮機啟動幾分鐘后，機械密封就發(fā)生泄漏，打開檢查，發(fā)現(xiàn)外側(cè)動環(huán)和靜環(huán)斷裂，外側(cè)軸瓦局部發(fā)生脫落。此次對軸瓦進行了更換，并且對機械密封系統(tǒng)進行了改造，從供油總管與機械密封腔內(nèi)增加管線，保證機械密封腔內(nèi)供油充足，重新更換了機械密封。啟動壓縮機，運行正常，裝置按照程序開車。
第四次，在壓縮機正常運行兩個星期后，機械密封發(fā)生泄漏，打開檢查發(fā)現(xiàn)O型圈斷裂（此O型圈為安裝前粘接），機械密封動靜環(huán)只是發(fā)生了偏磨，并無斷裂破損現(xiàn)象，重新更換新的機械密封和O型圈，啟動壓縮機，正常運行。
第五次，壓縮機運行一星期后，機械密封發(fā)生了泄漏，打開檢查發(fā)現(xiàn)機械密封動靜環(huán)完好，但新加工的O型圈嚴重變形并且斷裂，發(fā)現(xiàn)此種O型圈不滿足耐油的要求。更換原廠新O型圈，壓縮機運行正常。
2.2 原因分析及改進措施
2.2.1 機械密封失效原因
此次機械密封失效主要原因如下：
1）備件質(zhì)量，元件制造精度不能滿足要求，從第一套機械密封來看，圓柱銷加工粗糙，不能保證動環(huán)在彈簧力的作用下及時補償變形量，雖然在安裝前對其進行了打磨，但是其精度不能保證。第四次更換的O型圈不是整體加工，而是粘接的，造成機械密封在更換不久就發(fā)生O型圈在粘結(jié)處斷裂；
2）設計缺陷，在壓縮機機械密封設計過程中，也存在問題，此機械密封為雙端面機械密封，外側(cè)的動靜環(huán)在長周期運行過程中，機組內(nèi)部不能為其提供充足的，也是導致機械密封損壞的原因；
3）工藝條件，密封圈加工未考慮工藝條件，廠家制造的靜密封O型圈在加工過程中未考慮現(xiàn)場實際工況，造成了機械密封的泄漏。
2.2.2 機械密封失效解決措施
1）從設備本身講，首先，對原廠采購的機械密封備件嚴格把關(guān)，將上述不足之處反饋給機械密封制造廠家，以便對其進行改進；其次，對設備進行改進，從供油總管上向外側(cè)動靜環(huán)腔內(nèi)加引油管，連續(xù)向動靜環(huán)摩擦副供油，給摩擦副提供沖洗、冷卻和的條件，并且將軸承座的回油孔減小，保證密封腔內(nèi)有一定的壓力。此外，廠家在加工過程中必須按照現(xiàn)場實際工況加工備件；
2）從工藝操作方面講，在啟動前按照啟動步驟對設備進行盤車，設備運行過程中，盡量減小生產(chǎn)的波動，設備振動越小對機械密封長周期運行越有利；
3）從現(xiàn)場安裝方面講，首先檢查機械密封各組件是否齊全；其次，密封表面粗糙度達到設計要求；第三，保證軸套表面光滑；第四，保證機械密封的壓縮量；最后每次盡量更換靜密封圈[1]。
3 結(jié)論
通過以上分析，我們了解了機械密封失效的原因。通過改進，壓縮機恢復了正常運行。在以后的工作中，多總結(jié)經(jīng)驗以保證設備的正常運行。
機械密封原理與設計范文第2篇
【關(guān)鍵詞】 機械密封 密封點
機械密封是輸油泵密封的關(guān)鍵部件，機械密封性能的優(yōu)劣不僅決定著泵運行過程中對輸送介質(zhì)的密封性能，其安裝的作業(yè)水平也直接影響著泵體的運行工況及機械密封使用壽命。
1 機械密的特性及工作原理
機械密封，是一種常見的泵體軸封裝置，其主要工作原理是通過一對或數(shù)對垂直于泵軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏。機械密封與軟填料密封比較，有如下優(yōu)點：（1）密封更為可靠，在長周期的運行中，機械密封狀態(tài)相對穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；（2）使用壽命長，在油、水類介質(zhì)中一般可達1～2年或更長時間；（3）摩擦功率消耗小，泵軸轉(zhuǎn)動時機械密封對泵軸的摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%；（4）軸或軸套基本上不會因為密封受摩損；（5）維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經(jīng)常性的維修；（6）抗振性好 對旋轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；（7）適用范圍廣，機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉(zhuǎn)速，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)等的密封。
但其缺點有：（1）結(jié)構(gòu)較復雜，對制造加工要求高，一次性投資高；（2）安裝與更換比較麻煩，并要求作業(yè)人員有一定的安裝技術(shù)水平；（3）發(fā)生偶然性事故時，處理較困難。
常用機械密封結(jié)構(gòu)如圖所示。由靜止環(huán)（靜環(huán)）1、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈6靜止環(huán)輔助密封圈8等元件組成，防轉(zhuǎn)銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環(huán)或非補償環(huán)。
機械密封中流體可能泄漏的途徑有四種，如圖中A、B、C、D四點所示（如圖1）。
C、D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封（沒有相對運動）。B通道是旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）與軸之間的密封，在機封實際安裝過程中，旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）與軸緊密結(jié)合，其相對運動可忽略不計，因此，B通道仍然是一個相對靜密封。由于密封面沒有相對運動，靜密封通道相對來說比較容易封堵，一般使用橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈等靜密封元件即可實現(xiàn)有效密封。
A通道則是旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關(guān)鍵。因此，密封端面的加工精度要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的液膜（液膜常為輸送介質(zhì)），必須嚴格腔制端面上的單位面積壓力。如果壓力過大，不易形成穩(wěn)定的液膜，會加速端面的磨損，壓力過小，則密封端面間隙過大，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當?shù)姆秶?，對安裝的技術(shù)水平要求較高。
2 庫鄯輸油管道庫爾勒原油站主泵機械密封技術(shù)分析
庫爾勒原油站主泵為德國梯森系列輸油泵，其機械密封為福斯廠生產(chǎn)產(chǎn)品，型號為UC 4000 HP，規(guī)格為5×4U，其設計精巧、加工精度高、密封性能優(yōu)良（如圖2、表1）。
福斯機械密封結(jié)構(gòu)特點為：
（1）密封各部件配合精度高；在機械密封的維修更換過程中，我們發(fā)現(xiàn)，福斯廠生產(chǎn)的機械密封靜環(huán)凸緣（S11）與泵體口環(huán)處的配合、動環(huán)軸套（S1）與泵軸的配合均十分精密，其精度均在毫米級，其中，動環(huán)軸套（S1）與泵軸的配合間隙僅為0.25毫米。雖然高精度的機械配合大大提升了機封性能及使用壽命，但也為安裝作業(yè)提出了較高的要求。
（2）機械密封動靜環(huán)加工精細，材料先進，質(zhì)量過硬，密封本身性能優(yōu)良；通過對福斯機械密封的實物分析，我們發(fā)現(xiàn)相對其他品牌機械密封，福斯廠密封柔性件使用了材質(zhì)較為先進的氟橡膠材料，大大提升了設備使用壽命，在動靜環(huán)（S14/S15）與軸套（S1）及凸緣（S11）的結(jié)合上也采用了較為先進的設計理念，其獨特的動環(huán)軸向補償彈簧（S16）為一體式，有效規(guī)避了多彈簧推力不均導致密封面受力不均的問題，大幅提高了動密封的密封性能及壽命，另外，彈簧座（S17）與動環(huán)（S15）間的接觸采用了唇形密封圈（S4）進行緩沖，既提高了靜密封效率，也有效緩解了動環(huán)做軸向補償時彈簧彈力的沖擊。
機械密封原理與設計范文第3篇
關(guān)鍵詞：巴西坎迪奧塔1×350MW火電機組、60HZ、凝結(jié)水泵機械密封、泄漏
Abstract: Brazil Candy Horta 1 ×350MW units in condensate system design with 2 sets of condensate pump, during the normal operation of a preparation; according to the Shanghai KSB manufacturers design, condensate pump cylinder body is a vacuum sealing water system design, use of mechanical seal.
Key words: Brazil Candy Horta is 1 × 350MW, 60HZ thermal power unit, condensate pump, mechanical seal leakage
中圖分類號：TM3 文獻標識碼：A 文章編號：
機械密封各個接口功能說明如下表：
凝結(jié)水泵機械密封密封水系統(tǒng)主要流程特點及密封原理介紹：
1、為保證可靠性，進水管路有兩路水源，一路是凝泵出口母管，另一路是電廠的除鹽水母管。
2、除鹽水母管供水管路有兩個作用，一是機組啟動前，由于凝結(jié)水母管沒有壓力，用除鹽水母管水源作為啟動用水；二是當機組運行中，運行凝泵如果突然跳閘，凝結(jié)水母管壓力下跌，此時作為事故用水3、根據(jù)廠家設計，進水壓力控制在0.2-0.6MPa左右，壓力過高，超過機械密封的密封壓力，將使軸封向外漏水。
凝結(jié)水泵機械密封現(xiàn)狀：1、機組運行1年后，密封水進、出水壓力表現(xiàn)異常，具體運行情況如下： 1.1、機組真空建立前，通過調(diào)節(jié)機械密封入口密封水手動閥門，可以保證運行凝泵和備用凝泵的密封水入口壓力在0.2-0.6MPa、出口壓力在0.1-0.15MPa，符合設計要求； 1.2、機組真空建立后，運行、備用凝泵機械密封的密封水進出口壓力降至0，經(jīng)多次調(diào)節(jié)密封水進出口閥門，運行凝泵機械密封進口密封式壓力最高達到0.1MPa，而其余壓力均為0，不符合設計要求的壓力范圍。
1.3、運行凝泵機械密封漏水、備用凝泵機械密封漏氣，嚴重影響凝結(jié)水泵的出口流量和壓力參數(shù)，造成泵出力不足，尤其是當負荷在280MW以上時，不得不投運2臺凝泵。
密封水壓力表現(xiàn)異常原因分析因Q、D接口僅作為沖洗水，與密封水壓力沒有直接關(guān)系，在此撇開不予討論。密封水進出水壓力低甚至降至0，必然是因為在機組真空建立后、密封水需求流量增大造成的。為此需要分析，廠家設計的密封水系統(tǒng)還有哪些可改進之處，可以降低密封水的需求量，以達到機械密封處密封水進出口壓力平衡。
通過查看凝泵圖紙，并對照現(xiàn)場情況，發(fā)現(xiàn)機械密封上除了Q、D、F、F'的四個接口，還有兩個不明接口與水泵本體有連接，
結(jié)構(gòu)多出的兩個接口，根據(jù)凝結(jié)水泵總圖和工作原理分析，A接口使密封水腔室與次級葉輪出口相連，作用是使運行泵的軸封水由自身供給；B接口使環(huán)形回水腔室與泵入口側(cè)（即負壓區(qū)）相連。
改進方案1、接口B口徑為DN32，雖然在軸封盒內(nèi)部有回水節(jié)流孔（如上圖所示），但經(jīng)計算，節(jié)流孔總通流面積已大于DN25的通流面積，無法起到節(jié)流作用。如在接口B處進一步節(jié)流，將明顯降低密封水用量。節(jié)流方式通常有加裝節(jié)流孔板，或加裝閥門調(diào)節(jié)，為方便起見，此處加裝一只DN32球閥進行節(jié)流。2、根據(jù)實際運行密封水壓力低甚至降為零的情況，密封水從接口B流入泵內(nèi)，通流量已經(jīng)偏大，因此，再設置接口F'作為第二個密封水回水通道顯得多余，因此取消F'出水管路，將此接口僅作為測量軸封盒腔室內(nèi)部壓力檢測用。此出水管路取消，進一步簡化了密封出水回收問題。3、接口A是泵利用自身次級葉輪出口供密封水，由于密封水從接口B處流入泵內(nèi)的流量已考慮用閥門進行有效控制，因此密封水供水量不足已不再成為問題，為便于密封水壓力調(diào)節(jié)，此管路也加裝DN32球閥以方便平衡。
為方便監(jiān)視機械密封進出口密封水管道壓力，需在密封水進、出口管道閥門后分別安裝量程為1MPa和0.6MPa的壓力表。
運行情況及調(diào)整要點 密封水系統(tǒng)管道改進后，密封壓力能滿足廠家技術(shù)要求，消除了運行隱患。根據(jù)運行調(diào)整過程中的壓力變化特征，提出如下運行調(diào)整原則和重點注意事項： 1、運行凝泵應以監(jiān)視控制密封水出口壓力為主，控制在0.1-0.15MPa范圍內(nèi)。接口F'是距離密封水進水接口F最遠的部位，因此也是軸封盒腔室內(nèi)部壓力最低的部位。此處壓力控制在0.1MPa以上，則表明軸封盒腔室各處均已處于正壓，這樣，就杜絕了凝泵軸封處向內(nèi)漏空氣的可能。 2、運行凝泵機械密封入口密封壓力僅作為觀察參考，注意不宜過高即可，控制在0.2-0.6MPa。密封水進口壓力越高，機械密封向外漏水的可能性就越大。此外，壓力過高還會使泵組向下的軸向推力增大，導致泵組推力瓦溫升高。 3、運行凝泵停止轉(zhuǎn)備用后，如局部結(jié)構(gòu)示意圖所示，節(jié)流套處由正壓變?yōu)樨搲海⑷胼S封盒的密封水將有一部分從節(jié)流套與節(jié)流襯套間隙處進入泵內(nèi)，使密封水供水量減少、泄水量增大，因此密封水出口壓力會從0.1-0.2MPa變?yōu)樨搲?。為了使軸封盒腔室壓力恢復到正壓，勢必要開大密封水進口閥門，或關(guān)小B接口至泵入口管道閥門，由于閥門開度發(fā)生變化，這樣到下一次泵啟動時，密封水進口管道壓力會超出設計值0.2-0.6MPa較多，有可能會超過壓力表量程導致壓力表損壞。因此運行泵轉(zhuǎn)備用后，不必使密封水出口壓力恢復到設計值0.1-0.15MPa，根據(jù)經(jīng)驗，恢復到0-0.1MPa即可（具體視機械密封的嚴密程度而定，以保證凝水溶氧不明顯上升為原則）。 4、運行人員對機械密封沖洗水路（接口Q、D）的結(jié)構(gòu)原理要有正確認識，不要將其視為“第二道水封”，其水封作用是很有限的，應對沖洗水量加以控制，有少量滴出即可，開大了會造成無謂的浪費。
結(jié)論
對于抽送負壓介質(zhì)的泵，只要相關(guān)密封水輔助系統(tǒng)配置得當，采用機械密封完全可以保證密封可靠，避免影響溶氧指標和泵出力不足的隱患。
凝結(jié)水泵軸封結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、采用機械密封的做法是成功的，解決了凝結(jié)水泵軸封泄漏問題，提高了設備可靠性和技術(shù)裝備水平。
與填料密封結(jié)構(gòu)的凝泵相比，機械密封結(jié)構(gòu)的凝泵幾乎沒有除鹽水損耗，按每臺泵減小軸封泄漏量1.25t/h、年運行8000小時計算，每臺機組年節(jié)約除鹽水量20000噸，十分可觀。另外機械密封的磨擦阻力損失比填料密封小得多，使得泵浦效率得到一定的提高，因此也有一定的節(jié)電效應。
參考文獻
（1）巴西項目凝結(jié)水泵設備供貨合同CCE-013
機械密封原理與設計范文第4篇
關(guān)鍵詞：機械密封 潛水泥漿泵 端面開槽 CFD
1前言
礦用潛水泥漿泵是水下輸送磨蝕性固液混合物離心泵的一種，是泥漿泵和潛水電機技術(shù)相結(jié)合的機電一體化產(chǎn)品，廣泛地應用于礦山、冶金、電廠等各個領(lǐng)域，礦山泥漿砂石泵送是各種介質(zhì)泵送工況要求最為惡劣，過流件磨損快，腐蝕性強，頻繁地故障會影響生產(chǎn)而造成的經(jīng)濟損失非常嚴重。近年來，國內(nèi)礦山行業(yè)迅速發(fā)展，響應環(huán)境保護的迫切需要，綠色礦山建設成為未來發(fā)展的一種趨勢。礦山生產(chǎn)、生活污水沉淀處理是礦山環(huán)境保護的重要項目之一，而潛水泥漿泵作為輸送清理泥漿設備，根據(jù)國內(nèi)外專家意見，這種泵型在提高泵送效率、降低能耗以及改善環(huán)境保護的最有發(fā)展前途和最進步的方向之一。
潛水泥漿泵作為沉淀泥漿泵送的主要設備，不僅要求其高耐磨、穩(wěn)定高效，機械密封也更是其關(guān)鍵，它是水泵的心臟，必須可靠性高，保證無故障長期運行。潛水泥漿泵是在水下工作，一旦失效，外部介質(zhì)或油室中的油便會進入電機腔，引起潛水電機故障，甚至影響人身安全。此新型機械密封應用在礦用潛水泥漿泵在使用的安全性、運行可靠性以及提高無故障運行時間，有必要對其機械密封進行結(jié)構(gòu)分析，研究其技術(shù)的先進性。
2 機械密封的結(jié)構(gòu)及其原理
2.1機械密封的結(jié)構(gòu)
在礦用潛水泥漿泵中使用的是整體式機械密封，將內(nèi)機封和外機封裝配成為一個單元，主要由靜密封環(huán)、動密封環(huán)、密封圈、支架、彈簧、等構(gòu)成。機械密封在潛水泥漿泵中分為上下兩個端面密封：上密封在油室與電機之間，下密封在泵殼與油室之間，都由一個靜環(huán)和一個旋轉(zhuǎn)的動環(huán)組成，上下兩個密封的分界面由彈簧系統(tǒng)和支架相連接，圖1為機械密封結(jié)構(gòu)示意圖。
2.2機械密封的原理：
機械密封旋轉(zhuǎn)工作時，由密封室內(nèi)流體的壓力和彈性元件的彈力等引起的軸向力使動環(huán)和靜環(huán)互相貼合并相對運動，由于兩個密封端面的緊密配合，使密封端面之間的交界（密封界面）形成一微小間隙，當有壓介質(zhì)通過此間隙時，形成極薄的液膜，產(chǎn)生阻力，阻止介質(zhì)泄漏，同時液膜又使得端面得以充分，獲得更長期密封效果。
多年以來，從現(xiàn)場采集整理地使用情況來看，這種新型的機械密封相對于同類泵型的機械密封有著更明顯的性能優(yōu)勢：
（1）適用范圍更廣。機械密封可以在高溫、低溫、高壓、強磨蝕的環(huán)境下工作。
（2） 密封性更好。機械密封在正常工作使用中，端面處可以達到“零泄露”，比其他密封狀態(tài)更穩(wěn)定。
（3）壽命長。機械密封設計使用壽命3年以上，常規(guī)機械機械密封的使用壽命一般1到2年。
2.3機械密封的材質(zhì)
泵送介質(zhì)中含有大量固體顆粒，密封面的材質(zhì)需要極好的抗腐蝕性和耐磨性，動、靜環(huán)端面材料選用碳化鎢，它具有高硬度、摩擦系數(shù)小、強度高、耐腐蝕等等優(yōu)良的綜合性能，如下3機械密封的密封面
傳統(tǒng)的機械密封的端面為兩個平行的光滑平面，端面開槽技術(shù)就是通過在密封端面上開出各種形式的凹槽來改善端面間的和密封狀況，從而改善機械密封的密封狀態(tài)。礦用潛水泥漿泵中使用的機械密封端面開有螺旋流槽，圖2為密封端面示意圖。若動環(huán)外徑側(cè)為油室被密封液體，內(nèi)徑側(cè)為低壓流體，當動環(huán)以圖示方向旋轉(zhuǎn)時，在螺旋槽流體動壓效應的作用下， 動靜環(huán)端面之間產(chǎn)生一層厚度極薄的流體膜（ 圖3中h1，h2） ， 使動靜環(huán)端面保持分離即非接觸狀態(tài)。端面開設的螺旋槽既可以產(chǎn)生泵送效應，又可以抵抗壓力梯度，在外徑與內(nèi)徑壓力差的作用下，被密封液體產(chǎn)生方向由外到內(nèi)的壓差流，而螺旋槽的流體動壓效應所產(chǎn)生的粘性剪切流的方向由內(nèi)徑指向外徑，兩者的方向相反，最終得以平衡。
3.1機械密封端面性能參數(shù)
機械密封端面按著一元流動進行計算，一元流動的雷若方程：
根據(jù)上式，如果設h為常數(shù)，粘度也為常數(shù)，在內(nèi)徑側(cè)，膜厚h==常數(shù)；在外徑側(cè)，膜厚h==常數(shù)，對上式積分，壓力梯度也為常量，即壓力按三角形分布，最大壓力位于轉(zhuǎn)折處，顯然這兩個區(qū)域的壓力梯度為：
和
當密封假設為無限寬時，無軸向流動，其各處的流量必定不變，在單位時間寬度內(nèi)的流量為：
將前式的壓力梯度代入上式，經(jīng)整理后可得：
設K=，可得到最大壓力為：
在單位寬度內(nèi)的承載能力就是三角形面積之和
經(jīng)整理得：
3.2 機械密封端面仿真研究
FLUENT是目前運用最廣泛地CFD仿真軟件之一，具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法和強大的前后處理功能，對密封端面進行動力學可視化分析，仿真了密封端面壓力分布云圖，顏色的變化展示了密封面壓力的變化，如圖4：
4 機械密封發(fā)展趨勢：
（1）工業(yè)技術(shù)不斷創(chuàng)新 新技術(shù)、新理論、新材料、新工藝不斷創(chuàng)新發(fā)展，失效機理、失效分析和失效監(jiān)控更加深入地研究和應用，要求使之快速轉(zhuǎn)換成實用性、高性能、高參數(shù)的密封產(chǎn)品。
（2）密封系統(tǒng)完善 從以往地單一密封零部件，發(fā)展到整個密封系統(tǒng)，并制定了新的密封系統(tǒng)標準。
（3）高效安全和環(huán)保性 隨著工業(yè)技術(shù)不斷地發(fā)展，環(huán)境保護地日益關(guān)注，人們對機械密封安全高效要求更加嚴格，過去從只注意眼睛可視的“泄露”，不注意易揮發(fā)物的“逸出”，發(fā)展到現(xiàn)今控制逸出零，從“零泄漏”到要求“零逸出”。
參考文獻：
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機械密封原理與設計范文第5篇
【關(guān)鍵詞】 泵 雙重機械密封 干氣密封 對比
在煤制油化工裝置中，存在許多有毒、有害、易燃、易爆介質(zhì)，如甲醇、乙烯、硫化氫一氧化碳、輕烴等。機泵輸送此類介質(zhì)對密封要求較高，按照現(xiàn)代的管理要求，不允許泄露。目前，使用技術(shù)一般有三類，采用無泄漏泵如屏蔽泵、磁力泵、隔膜泵等，對于必須使用離心泵時，采用雙重機械密封或干氣密封?；旧洗蟛糠诌m用雙封的場合都可以使用干氣密封，在技術(shù)上來講都是可行的。那么雙重密封與干氣密封，哪個更好，常常困擾許多使用者。本文以神華某煤化工項目凈化裝置煤化工凈化裝置主洗泵為例，對雙重密封和干氣密封進行一下簡單的對比，希望能為更多在此領(lǐng)域的用戶提供選擇的參考。
1 機械密封
1.1 機械密封原理
機械密封的基本概念。
機械密封是指由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(gòu)彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。
機械密封主要有以下四類部件組成。主要密封件：1靜環(huán)、2動環(huán)；輔助密封件：6旋轉(zhuǎn)輔助密封圈、8靜止輔助密封圈；壓緊件：3彈簧；傳動件：4彈箕座及5鍵或固定螺釘，7防轉(zhuǎn)銷、9壓蓋。
機械密封中流體可能泄漏的途徑有如圖1中的A、B、C、D四個通道。C、D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封。B通道是旋轉(zhuǎn)環(huán)與軸之間的密封，當端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環(huán)沿軸向作微量的移動，實際上仍然是一個相對靜密封。因此，這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時采用兼?zhèn)鋸椥栽δ艿南鹉z、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結(jié)構(gòu).A通道則是旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關(guān)鍵。
如圖2所示機械密封工作時，由密封流體的壓力和彈性元件的彈力等引起的軸向力使動環(huán)和靜環(huán)互相貼合并相對運動，由于兩個密封端面的緊密配合，使密封端面之間的交界（密封界面）形成一微小間隙，當有壓介質(zhì)通過此間隙時，形成極薄的液膜，產(chǎn)生阻力，阻止介質(zhì)泄漏，同時液膜又使得端面得以，獲得長期密封效果。
1.2 雙重機械密封
有毒有害介質(zhì)時為了取得更好的密封效果，采用雙重密封，根據(jù)密封液系統(tǒng)壓力可分為有壓雙封（雙端面機械密封）和無壓雙封（串聯(lián)式機械密封）。
有壓雙封密封液系統(tǒng)的壓力一般要比一級密封前的壓力高0.01-0.03MPa。這樣一級密封泄漏時，密封液會進入泵內(nèi)，確保了泵內(nèi)介質(zhì)不會泄漏到外界。由于密封液進入泵內(nèi)，密封液系統(tǒng)壓力、液位降低，可以實現(xiàn)密封的泄漏監(jiān)測和報警。
無壓雙封密封系統(tǒng)內(nèi)的壓力一般為常壓或微壓，低于一級密封前的密封腔壓力。當一級密封泄漏時，泵內(nèi)介質(zhì)會進入密封液系統(tǒng)，導致密封液系統(tǒng)的壓力和液位升高，可以通過壓力開關(guān)或液位開關(guān)實現(xiàn)泄露監(jiān)測和報警。通過密封液系統(tǒng)來監(jiān)測雙端面機械密封失效與否，也是其區(qū)別于單端面機械密封最主要的形式之一。
有壓雙封（雙端面機械密封）原理與單端面機械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面（摩擦副）在流體壓力和補償機構(gòu)彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。雙端面機械密封結(jié)構(gòu)如圖3所示。
雙端面機械密封不僅僅是單端面機械密封的重復，在化工一些重點場合，可有效地防止危險、有毒、易燃、易爆物質(zhì)的泄漏，具有高性能保險作用。在密封高壓介質(zhì)時，可以合理的分配每個密封的兩端壓差，提高密封的工作壓力范圍。對一些自性差、易凝結(jié)、汽化介質(zhì)，通過在密封腔體注入密封液改善密封的工況，大大提高密封的效率和使用壽命。工作時，由流體壓力（介質(zhì)壓力）和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環(huán)的端面上產(chǎn)生一個適當?shù)谋葔海▔壕o力），使兩個接觸端面（動環(huán)、靜環(huán)端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的。雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄露。一般雙端面密封都需要外供密封液系統(tǒng)，向密封腔內(nèi)引入封液進行堵封、和冷卻，且多為循環(huán)冷卻使用。密封液不僅可以沖洗摩擦副改善機械密封工作環(huán)境，還可以作為一級密封面是否失效的重要檢測手段。
與單端面機械密封相比，雙端面機械密封多一個摩擦副?？煞譃槊鎸γ?、背對背兩種形式。
面對面雙端面機械密封有靜環(huán)面對面和動環(huán)面對面兩種形式。靜環(huán)面對面是一整體動環(huán)，動環(huán)面對面一整體靜環(huán)。但是由于加工精度、機械密封失效后更換成本等問題面對面式雙封在流體泵用機械密封中使用較少，一般應用于密封腔尺寸較小的場合。背靠背或串聯(lián)機械密封已經(jīng)完全可以覆蓋面對面機械密封的適用工況。輕烴、黏性、聚合流體、有害氣體采用干氣密封、非接觸設計可以采用面對面機械密封。面對面機械密封要求封液壓力大于介質(zhì)壓力，屬于有壓雙封，不然內(nèi)側(cè)機械密封動靜環(huán)受力不合理。面對面結(jié)構(gòu)多用于集裝式結(jié)構(gòu)，既可以做單端面，又可加封液做成雙端面。
背對背式雙端面機械密封亦可做成集裝性，拆裝方便，檢修容易，因此使用較多。背對背式雙封分別有兩動環(huán)和兩靜環(huán)，一級密封為外流式。因其適用工況寬，應用廣泛，狹義上的雙端面機械密封專指背對背式雙端面機械密封。背對背式雙封屬于有壓雙封，當一級密封失效后密封液系統(tǒng)的壓力和液位都會降低。密封液循環(huán)的動力由內(nèi)置泵效環(huán)提供。
圖6所示為無壓雙封（串聯(lián)機械密封）是兩組單端面機械密封組成串聯(lián)雙端面機械密封兩套密封延同一方向布置，密封腔壓力逐級降低，介質(zhì)不至外漏。串聯(lián)雙端面密封由于其結(jié)構(gòu)緊湊，可適用于軸徑尺寸不大，軸向尺寸小，且轉(zhuǎn)速較大的中等載荷的場合。內(nèi)端為平衡型機械密封，外端為非平衡型帶泵效環(huán)機械密封。封液提供密封面的冷卻，靠內(nèi)置泵效環(huán)循環(huán)。
2 干氣密封
2.1 干氣密封原理簡述
一般來講，典型的干氣密封包含了靜環(huán)、動環(huán)組件（旋轉(zhuǎn)環(huán)）、副密封O形圈、靜密封、彈簧和彈簧座（腔體）等。靜環(huán)位于不銹鋼彈簧座內(nèi)，用副密封O形圈密封。彈簧在密封無負荷狀態(tài)下使靜環(huán)與固定在軸上的旋轉(zhuǎn)環(huán)——動環(huán)組件配合，如圖7所示。
在動環(huán)組件和靜環(huán)配合表面處的氣體徑向密封有其先進獨特的方法。配合表面平面度和光潔度很高，動環(huán)組件配合表面上有一系列的螺旋槽，如圖8所示。隨著轉(zhuǎn)動，氣體被向內(nèi)泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段無槽區(qū)稱為密封壩。密封壩對氣體流動產(chǎn)生阻力作用，增加氣體膜壓力。配合表面間的壓力使靜環(huán)表面與動環(huán)組件脫離，保持一個很小的間隙，一般為3微米左右。當由氣體壓力和彈簧力產(chǎn)生的閉合壓力與氣體膜的開啟壓力相等時，便建立了穩(wěn)定的平衡間隙。
在動力平衡條件下，作用在密封上的力如圖9所示。
閉合力Fc，是氣體壓力和彈簧力的總和。開啟力Fo是由端面間的壓力分布對端面面積積分而形成的。在平衡條件下Fc=Fo，運行間隙大約為3微米。
如果由于某種干擾使密封間隙減小，則端面間的壓力就會升高，這時，開啟力Fo大于閉合力Fc，端面間隙自動加大，直至平衡為止。如圖10所示。
類似的，如果擾動使密封間隙增大，端面間的壓力就會降低，閉合力Fc大于開啟力Fo，端面間隙自動減小，密封會很快達到新的平衡狀態(tài)，見圖11。
這種機制將在靜環(huán)和動環(huán)組件之間產(chǎn)生一層穩(wěn)定性相當高的氣體薄膜，使得在一般的動力運行條件下端面能保持分離、不接觸、不易磨損，延長了使用壽命。
離心泵輸送的介質(zhì)為液體。根據(jù)不同工況條件，可采用雙端面干氣密封和串聯(lián)干氣密封。
2.2 雙端面干氣密封
雙端面干氣密封可以用在絕大多數(shù)離心泵的軸封上，它具有以下特點：用“氣體阻塞”替代傳統(tǒng)的“液體阻塞”原理，即用帶壓密封氣替代帶壓密封液，保證工藝介質(zhì)實現(xiàn)“零逸出”；整套密封非接觸運行，其功率消耗僅為傳統(tǒng)雙端面密封的5%，使用壽命比傳統(tǒng)密封長5倍以上；結(jié)構(gòu)簡單的輔助系統(tǒng)，保證工藝介質(zhì)不受污染及工藝介質(zhì)不向大氣泄漏，徹底擺脫了傳統(tǒng)雙端面機械密封對油系統(tǒng)的依賴。密封氣采用工業(yè)氮氣或工業(yè)儀表風，其壓力高于介質(zhì)0.15—0.2MPa。
泵用雙端面干氣密封的不足之處是：需要一定壓力的氣源，氣源壓力至少高于介質(zhì)壓力0.2MPa；有微量氣體進入工藝流程。
2.3 串聯(lián)式干氣密封
泵用串聯(lián)式干氣密封具有如下特點：干氣密封與接觸式機械密封串聯(lián)使用，機械密封為主密封，干氣密封為次密封；干氣密封與主密封間通入氮氣，保證主密封具有一定背壓，極大地延長主密封的使用壽命；主密封泄漏的工藝介質(zhì)隨密封氣排入火炬，保證工藝介質(zhì)不向大氣泄漏，是一種環(huán)保型密封；主密封失效后，干氣密封短時間內(nèi)起到主密封作用，防止工藝介質(zhì)向大氣大量泄漏。該類密封使用壽命取決于機械密封的使用壽命，一般在2—3年左右。該密封主要用于易揮發(fā)介質(zhì)的場合，如液態(tài)烴類介質(zhì)；對密封氣壓力要求不高。
泵用串聯(lián)干氣密封的不足之處是：該密封還不是完全意義上的干氣密封，其總體性能介于機械密封和干氣密封之間。該密封適用于易揮發(fā)介質(zhì)的場合，使用范圍較窄。
3 神華煤化工項目凈化裝置煤化工凈化裝置主洗泵密封選型比較
3.1 主洗泵工藝參數(shù)
介質(zhì)：甲醇
入口壓力：0.447MPa（a）
出口壓力：7.05MPa（a）
流量：322m3/h
揚程：691.1m
入口溫度：-64℃
3.2 雙重機械密封選型
（1）甲醇為有毒有害介質(zhì)，不允許泄露到大氣中。
（2）此工況情況下，由于介質(zhì)溫度較低，密封在運轉(zhuǎn)中，會吸收大量熱量，導致密封面外側(cè)極易結(jié)冰，致使密封面磨損；
（3）工藝要求介質(zhì)不允許受到污染。
基于此以上原因，推薦選用APIPLAN沖洗方案為PLAN11+52+62
PLAN11：介質(zhì)從泵的吐出口經(jīng)過流量控制孔板（如果必要的話）到密封，液體進入鄰近機械密封端面的密封室沖洗端面，液體經(jīng)過密封返回泵中，保持密封端面產(chǎn)生的摩擦熱及時帶走，從而改善密封工作環(huán)境。
PLAN52：利用壓力小于工藝流體壓力但不低于大氣壓力的緩沖液，注入密封室中。由于緩沖液壓力小于工藝流體壓力，少量工藝流體泄漏至緩沖液中，即在外側(cè)密封室中，循環(huán)至密封系統(tǒng)或放空系統(tǒng)中進行處理，從而避免工藝流體的直接排放大氣和環(huán)境的污染。本泵使用工業(yè)白油作為緩沖液。如圖13。
PLAN62：采用外供急冷液沖洗密封面大氣側(cè)。急冷液可使用蒸汽、氮氣或清潔水，本泵考慮介質(zhì)的低溫性，使用0.2～0.7Bar低壓氮氣進行吹掃，防止外側(cè)密封運轉(zhuǎn)時吸收周圍熱量結(jié)冰，導致密封面破損。如圖14。
如圖15該泵密封系統(tǒng)需配置兩個緩沖罐，其上設有溫度、壓力、液位開關(guān)，并且外側(cè)密封需要配置低壓氮氣吹掃。一旦主密封泄露時，外側(cè)密封液位上升，壓力增高，使得壓力或者液位進行報警，從而判斷密封泄露進行檢修。
3.3 干氣密封選型
甲醇為碳氫化合物，在低溫下極易氣化，并且如采用接觸式密封產(chǎn)生的摩擦熱會加劇密封面間液膜不穩(wěn)定狀態(tài)，因此推薦采用雙端面干氣密封。
本泵選用雙端面干氣密封。沖洗方案PLAN74
PLAN74：由外部提供隔離氣-氮氣，通常氮氣壓力應高于主密封腔介質(zhì)壓力，標準規(guī)定隔離氣應高1.75-2bara（25psi-30psi），隔離氣由有過濾器，調(diào)壓筏，流量計，單向伐，壓力表和壓力開關(guān)組成的控制板提供，隔離氣的泄露方向一是通過主密封面向主密封腔泄露，另一是通過外側(cè)非接觸干氣密封向大氣側(cè)正常泄露，同樣實現(xiàn)介質(zhì)的零泄露。
需配過濾器、調(diào)壓閥、流量指示劑、壓力表、壓力開關(guān)等，還需配給0.8MPa（a）的穩(wěn)定潔凈氮氣。
4 主洗泵選用串聯(lián)機械密封與干氣密封的比較
（1）密封效果：串聯(lián)機械機械密封與干氣密封均可做到介質(zhì)絕不泄露；
（2）使用壽命：串聯(lián)機械密封使用壽命為1年；干氣密封使用壽命為3年；
（3）操作簡便性：串聯(lián)機械密封需加緩沖液及配置氮氣吹掃；干氣密封需采用氮氣加壓系統(tǒng)，兩者基本相當；
（4）一次投入價格：串聯(lián)機械密封價格相當于干氣密封價格的60%；輔助系統(tǒng)價格相當；
（5）外部條件依賴性：串聯(lián)密封對公用工程條件要求不高，干氣密封需要壓力穩(wěn)定、潔凈的氮氣源；
（6）易損壞度：串聯(lián)式機械密封為接觸式密封，由于介質(zhì)溫度較低，密封產(chǎn)生的摩擦熱會加劇密封面間液膜不穩(wěn)定狀態(tài)，長期運轉(zhuǎn)能力明顯弱于干氣密封；干氣密封必須達到一定轉(zhuǎn)速才能形成氣膜，開啟密封面，在泵啟動停車時密封面容易磨損，如頻繁啟停泵則極易損壞；
（7）檢修復雜性：串聯(lián)式機械密封與干氣密封均為集裝式密封，整體更換，對用戶來講區(qū)別不大；
（8）維護成本：串聯(lián)式機械密封價格低但壽命短，如以三年為計算期，理想狀態(tài)下干氣密封更換費用為串聯(lián)密封的55%。
5 結(jié)語
通過凈化裝置主洗泵干氣密封與串聯(lián)式機械密封選型的綜合比較，兩者均沒有絕對的優(yōu)勢。干氣密封在公用工程條件穩(wěn)定，裝置運行穩(wěn)定的場合，具有維護成本低、使用壽命長、穩(wěn)定可靠地優(yōu)勢，因此，在能夠穩(wěn)定運行的裝置，可優(yōu)先考慮使用干氣密封。在新建、改建項目，由于裝置在開工初期工藝操作穩(wěn)定性較差，公用工程條件的穩(wěn)定性也不好保證，雙重機械密封則具有投資低、對公用工程依賴性低、更換成本較低等優(yōu)勢，因此在新建、改建項目建議優(yōu)先考慮串聯(lián)式機械密封。
在目前技術(shù)條件下，泵用雙重機械密封與干氣密封各有優(yōu)勢，進行選型時還需從投資能力、外部條件、裝置穩(wěn)定性、工藝要求等方面綜合考慮。
參考文獻：
[1]李繼和.機械密封技術(shù).化學工業(yè)出版社，1988.
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