机械密封与管道的选择

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机械密封及其管路系统的选用

机械密封及其管路系统的选用

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一、概述

随着环境保护和人类健康要求的提高，对机器的泄漏要求也不断提高。由于机械密封泄漏量很小，密封可靠。因此自1885年，英国产生第一个机械密封以来，机械密封被广泛应用于化工、石化和医药装置中。目前70～80％的工业用泵配备机械密封。

API610《石油、重化学和天然气工业用离心泵 》(Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Chemical, and Gas Industry Services)要求泵的连续运转周期至少为3年。这就要求机械密封的连续运转周期也需达到3年以上。

虽然近年来机械密封技术发展很快，集装式机械密封的不断完善及新材料的不断应用，使密封寿命大大延长，泄漏量也大大减少。但要满足这一条仍相当困难。

据统计，密封引起的故障占全部机器故障的40％以上。 造成这一现象的原因，一是作为泵机组中的动密封，其本身所处的工作条件、所起的作用所决定。二是许多国内设计单位以及工程公司(包括用户)认为密封选用是泵厂和密封厂的事情，往往对机械密封的选用参数、类型、结构和原理以及管路系统了解不深，难以参与机械密封的选用工作，造成密封的选型不当。

本文从选用的角度，介绍机械密封的选型参数、类型、结构、标准和试验，并通过选用举例作进一步的阐述。

二、机械密封选型参数

机械密封的选型参数如下：

1． 输送介质的物理化学性质，如腐蚀性、固体颗粒含量和大小、密度、粘度、汽化压力，介质中的气体含量，以及介质是否易结晶等。

2． 安装密封的有效空间(D与L)等。

3． 工艺参数

(1) 密封腔压力P

密封腔压力指密封腔内的流体压力，该参数是密封选用的主要参数。确定密封腔压力时，除需要知道泵进口和出口压力外，还需了解泵的类型和结构。对新采购的泵，最方便、可靠的办法是向泵制造厂了解密封腔的压力数据；对现场在役设备，确认密封腔压力最简单的办法是在密封腔上装设压力表。

为方便密封选用，表1给出了供参考的密封腔压力值Pm。

表1 不同类型泵的密封腔压力值Pm(供参考)

泵的类型  估算公式

后盖板带背叶片、耐磨环  Pm=Ps+0.25(Pd-Ps)，式中， Ps泵进口压力，Pd泵出口压力，下同。

后盖板带平衡孔  Pm=Ps+0.10(Pd-Ps)

带背叶片和平衡孔  Pm=Ps

后盖板有耐磨环，无平衡孔  Pm=Ps+1.8bar

开式叶轮，无后盖板和平衡孔  Pm=Ps+C(Pd-Ps)注：C=0.1(最大叶轮直径), C=0.3(最小叶轮直径)

后盖板无耐磨环，无平衡孔  Pm=Ps（大部分立式泵均如此）

双吸泵  Pm=Ps

多级泵

根据平衡管、平衡盘和平衡鼓的布置来分析，密封腔压力有时等于进口压力，有时是某一中间级出口压力，有时是泵的出口压力

(2) 流体温度T 指密封腔内的流体温度。

(3) 密封圆周速度V 指密封处轴的周向速度，按下式计算。

   V=πnd/60

式中 d轴径，m；

n泵轴转速，r/min。

三、机械密封型式的确定

1. 推压型和非推压型密封

推压型密封：指辅助密封沿轴或轴套机械推压来补偿密封面磨损的机械密封，通常就是指弹簧压紧式密封，如图1。

非推压型密封：辅助密封固定在轴上的机械密封，通常为波纹管密封，如图2。

图1 推压型机械密封 图2 非推压型机械密封

推压型密封和非推压型密封特点的比较见表2。

表2 推压型密封和非推压型密封特点的比较

推压型密封  非推压型密封  

压缩单元  单弹簧或多弹簧  金属波纹管或橡胶波纹管  

轴的辅助密封  动态 静态  

商业用尺寸范围  13～508mm   18～305mm  

温度范围  -268℃～232℃  -268℃～427℃  

压力范围  20.69MPa 2.41MPa  

特点  尺寸范围大

高压

适宜于特殊设计

适宜于采用特殊金属   零部件少

固有的平衡型结构

静环磨损后，动环能自由前移

高温  

价格  一般较低 一般较高