机械密封特点

抗磨蚀泵用集装式机械密封结构特点
通过对固体颗粒和使用工况对机械密封危害的分析，介绍用于输送固体颗粒含量高的抗磨蚀泵用集装式机械密封结构型式及特点。

一、前言
随着现代工业的发展和环境保护要求的提高，许多苛刻的工况条件越来越需要能满足其使用要求的机械密封来防止泵的“跑、冒、滴、漏”现象。

目前按常规设计的机械密封，能解决密封材料的耐腐蚀和含固体颗粒10%以下的介质泄漏问题，而对于含固体颗粒10%以上，并带有一定腐蚀性的介质，普通结构机械密封则因其失效快、寿命短而不被采用。

对抗磨蚀泵而言，在通常状况下输送介质的固体颗粒含量（重量百分比）达20%--40%左右，这给普通结构机械密封在高浓度磨粒工况条件下使用提出了严重挑战。

因此，能满足固体颗粒含量高、带一定腐蚀性、便于安装使用的泵用集装式机械密封对脱硫、制铝、水泥、洗煤等行业显得尤为重要。

二、固体颗粒和使用工况对机械密封的危害
介质中的固体颗粒可能是输送液体本身含有固体物，也可能是随温度、浓度等工况条件变化而产生固体物。

当固体物浓度超过10%时，对机械密封易产生如下危害：（1）、在密封腔内产生沉积和冲刷而使机械密封失效。

（2）、密封面的润滑和散热效果差，并伴有密封面因碾磨、犁削作用而产生剧烈的磨损，同时伴随泄漏的产生。

（3）、密封元件及弹簧堵塞，使机械密封过早的丧失追随性而失效。

（4）、由于使用工况条件的不同，机械密封材料因磨粒磨损和腐蚀，导致机械密封的密封性丧失和使用寿命的降低。

因此，针对抗磨蚀泵不同使用工况条件的特点，应采用不同结构型式和不同材质来解决磨蚀介质对机械密封的危害，延长其使用寿命。

三、抗磨蚀泵用集装式机械密封结构特点
根据抗磨蚀泵使用要求，可将抗磨蚀泵用集装式机械密封结构分为：内冲洗集装式机械密封，外冷却集装式机械密封，无水型集装式机械密封和双端面机械密封。

1、内冲洗集装式机械密封结构特点内冲洗集装式机械密封如图一所示：其结构采用轴套夹紧固定在轴上的一种单端面平衡型集装式机械密封。

弹簧采用不与介质接触的保护式静止型结构；密封面材料采用硬质合金对硬质合金或SiC对SiC；密封端盖上设有一个能输送清洁阻封液的冲洗孔，并在密封端盖的周向上加工出多个均匀分布的浅槽与冲洗孔相通，使阻封液能均匀分布在密封面周围；密封腔体靠近叶轮端设置节流环，使机械密封在较好的工况条件下运行，并降低阻封液流量。

基体材质采用耐腐蚀的316L材质，此结构特点是：机械密封使用寿命长，但需有一套带压阻封液系统，并且阻封液会进入输送介质中，会增加处理成本。

2、外冷却集装式机械密封结构特点
外冷却集装式机械密封，其结构简单，浮动性好，弹簧采用抗堵塞、静止
型的大弹簧结构；密封面材料采用硬质合金对硬质合金，或SiC对SiC；冷却水不进入泵内介质中，不对工艺介质产生影响，并且冷却水压力低，一般在0.08MPa以下，流量小，用普通自来水即可；密封面附近的密封腔体制作成喇叭口形状，便于介质的流动和散热；动组件采用轴向挡圈，防止动环轴向移动脱落引起泄漏；采用结构简单的分半卡环式集装式结构；与输送介质接触的基体材质采用耐腐蚀很强的316L,其余采用较耐腐蚀的不锈钢。

此机械密封的结构特点使不需带压阻封系统，冷
却水资源丰富，管路连接简单方便；但机械密封的使用环境较内冲洗集装式机械密封差，骨架油封与轴套之间易磨损。

3、无水型集装式机械密封结构特点
无水型集装式机械密封其结构型式与外冷却集装式机械密封相似，取消
了冷却冲洗水和骨架油封；大量节约水资源和运行成本。

此机械密封的结构特点是完全靠输送介质（浆液）润滑密封面，介质含固体颗粒的浓度决定密封面的散热和磨损。

随着密封系统压力增加，为了减轻轴向载荷，除了保证必要的弹簧预加载荷外，采用平衡型机械密封结构以减少流体作用面积，也就是减少轴向载荷，即平衡比B（指流体作用面积AS与密封面积Af之比）。

因此，机械密封采用平衡型结构，减少密封面的端面比压和PV值，密封面尽可能靠近叶轮，避免介质淤积在密封面周围导致机械密封失效；密封面附近的密封腔体制作成喇叭口形状，便于介质的流动和散热。

此机械密封的结构特点：节约了宝贵的水资源。

由于机械密封的使用环境很差，因此，通过对机械密封采用低弹簧比压和密封面结构的特殊设计，以此满足机械密封的使用要求。

此结构机械密封的密封腔体在泵运行中绝不允许有抽空和没有介质情况下空运转。

4、双端面机械密封结构特点双端面机械密封如图四所示，此机械密封采用两组密封面背靠背安装，共用一个弹簧座；
采用滑移式通弹簧结构，便于密封腔体的轴向调整；密封装置上带有压力表，能方便地测出阻封水压力，避免因阻封水缺乏或不足而使机械密封过早失效；密封腔体上设有轴向卡圈，防止静环因输送介质压力大于阻封水压力使静环轴向移动，导致机械密封失效；与输送介质接触的基体材质采用耐腐蚀很强的316L,其余基体材质采用较耐腐蚀的不锈钢。

此结构机械密封要求阻封水压力应高于密封腔体压力0.05—0.1MPa，并且阻封水在泵运行期间必须保持压力的稳定和持续。

该结构机械密封运行稳定,可靠性强,使用周期长,深受广大用户特别是氧化铝用户的青睐。

但在使用过程中也出现一些问题：
第一,阻封水的压力达不到设计要求。

正常情况下,我们可以粗略估算阻封水压力=（扬程x介质比重）x2/3,即要求阻封水压力必须高于密封腔体处压力0.05MPa以上,一旦阻封水的压力低于密封腔体介质的压力0.05MPa以上,机械密封靠介质端的动环有向阻封水端移动的趋势,而介质端的静环被轴向卡圈固定,其密封面就有被打开的危险,导致浆液进入阻封水,从而堵塞弹簧导致机封整体失效,如果压差进一步加大,介质端动环O形圈有被挤出的危险,当阻封水压力恢复正常过后, 动环O形圈不能复位,就会出现常见机械密封内漏现象,而以上的现象产生是短暂的时间发生的,一旦发生就不可逆转,只有拆泵修复。

第二，安装过程中阻封水进出口接法不符合规范。

一般情况下，我们推荐压力表接在阻封水的出口端并安装节流阀，这样做的目的是使密封腔体阻封水的压力不卸压，出口端的压力表能真实的反映密封腔体阻封水的压力，但直接使用用户往往不能理解，习惯于把压力表安装在进口端，而出口端又没有安装节流阀，使阻封水的压力进入密封腔体后压力迅速泄压，达不到密封效果。

第三，使用过程中阻封水的开启和停泵不符合要求。

正常情况下，必须保证开泵前3--5分钟开通阻封水，停泵后3--5分钟关闭阻封水（建议有条件的地方阻封水一直
不关闭），机械密封在运转过程中切记不能出现阻封水断流现象，否则会使机封彻底失效。

四、结束语
抗磨蚀泵用集装式机械密封根据用户不同的工作条件和现场工艺要求，采用不同的结构形式，以上四种典型结构机械密封已广泛应用于国内外抗磨蚀泵上，使用效果满足用户使用要求。

现列举部分应用实例于后：
1、石家庄强大泵业的渣浆泵有沃曼泵(AH),ZGB泵等渣浆泵,其中沃曼泵为引进澳大利亚沃曼技术,ZGB泵为消化吸收的,共同点为叶轮为螺纹旋转夹紧式,轴径都为英制的,此类泵使用的机械密封结构分为内冲洗集装式和外冷却集装式.
2、石家庄工业泵厂渣浆泵主要以ZJ（D为单壳泵）型和ZJL型为主, ZJ(D)卧式渣浆泵主要以双端面机械密封（图四)为主,广泛用于氧化铝、电厂灰渣、洗煤、矿山等渣浆行业,以及有结晶析出的化工行业。

总体来看, 该结构机械密封运行稳定,可靠性强,使用周期长。

ZJ（D）卧式渣浆泵还部分使用单端面外冷却集装式机械密封（图二），同时在一些洗煤和电厂灰渣行业，ZJ(D)卧式渣浆泵也有用无冷却水单端面集装式机械密封（图三）。

3、山东华成泵业渣浆泵主要以ZJA泵型为主，机械密封主要以单端面外冷却式结构，最近开始进入脱硫市场，并取得初步成效。

总之，机械密封的使用好坏，不但与制作安装有关，而且与系统的运行和使用操作有关。

为克服机械密封在使用过程中容易出现的缺陷，我们一方面加强对使用者的培训工作，另一方面加强机械密封的改进工作，诸如设计低水压阻封水的机械密封和动环带槽式O型圈（防挤出）结构等，让机械密封能最大限度适应不同的工况和用户。