机械密封的选型问题

机械密封(mechanical seal)是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。 弹力加载机构与辅助密封是金属性纹管的机械密封我们称为金属波纹管密封。在轻型密封中，还有使用橡胶波纹管作辅助密封的，橡胶波纹管弹力有限，一般需要辅以弹簧来满足加载弹力。 “机械密封”通常被人们简称为“机封”。 机械密封是一种旋转机械的轴封装置。比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。由于传动轴贯穿在设备内外，这样，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄漏，如果设备内压力低于大气压，则空气向设备内泄漏，因此必须有一个阻止泄漏的轴封装置。轴封的种类很多，由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以世界上机械密封是在这些设备最主要的轴密封方式。机械密封又叫端面密封，在国家有关标准中是这样定义的：“由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。” 机械密封按工作条件和介质性质的不同，有耐高温、耐低温机械密封，耐高压、耐腐蚀机械密封，耐颗粒介质机械密封和适应易汽化的轻质烃介质的机械密封等，应根据不同的用处选取不同结构型式和材料的机械密封。 选型的主要参数有：密封腔体压力(MPA)、流体温度(℃)、工作速度(M/S)、流体的特性以及安装密封的有效空间等。 机械密封的种类及其特点分析 1、 推压型机械密封和非推压型机械密封 　　推压型机械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机械密封。 　　非推压型机械密封用于辅助密封固定在轴上的机械密封，通常为波纹管机械密封。 　　推压型机械密封和非推压型机械密封特点的比较见下表。 表 推压型机械密封和非推压型机械密封特点 2、单端面机械密封、无压双重机械密封和有压双重机械密封 　　单端面机械密封是只有一对摩擦副，结构简单，制造、拆装容易，一般只需设置冲洗系统，不需要外供封液系统。 　　有压双重机械密封(原称为双端面机械密封)指有两对摩擦副，结构复杂，需要外供封液系统，有压双重机械密封密封腔内通入比介质压力高0.5~1.5bar的隔离液，起封堵、润滑等作用，隔离液对内侧密封起到润滑作用。无压双重密封(原称为串联密封)指有两对摩擦副，结构复杂，需要外供封液系统，无压双重密封密封腔内的缓冲液不加压，工艺介质对内侧密封起到润滑作用。 　　一般情况下，应优先选用单端面机械密封，因为单端面机械密封结构简单，使用方便，价格低。但在以下场合，优先选用双重机械密封。 　　(1) 有毒及有危险性介质。 　　(2) 高浓度的H2S。 　　(3) 易挥发的低温介质(如液化石油气等)。 　　随着社会对健康、安全和环境保护的愈来愈重视，无压双重机械密封的使用量逐年上升，该无压双重机械密封密封可广泛用于氯乙烯、一氧化碳、轻烃等有毒、易挥发、危险的介质。无压双重机械密封的内侧密封(第一道密封)是主密封，相当于一个单端面内装式机械密封，单端面机械密封润滑由被密封的介质担当。密封腔内注满来至封液罐的液体，未加压。无压双重机械密封内侧密封一旦失效，导致密封腔的压力提高，即能由封液罐的压力表显示、记录或报警。同时无压双重机械密封外侧密封就能在维修前起到密封和容纳泄漏液体的作用。 　　对一些有毒、含颗粒介质(或腐蚀性相当厉害的介质)，一般可考虑以下方法： 　　(1) 采用合适的环境控制措施，如外冲洗+带旋风分离器的管路冲洗系统。 　　(2) 采用有压双重机械密封。 　　有压双重机械密封隔离液的压力高于介质压力，因而泵送介质不会进入密封腔。有压双重机械密封内侧密封起到阻止隔离液进入泵腔的作用。因此当输送诸如粘性、磨蚀性及高温介质时，有压双重机械密封内侧密封由于没有暴露在介质中，因此可以不用昂贵的合金制作。有压双重机械密封外侧密封仅仅起到不使隔离液漏入大气的作用。 3、平衡型机械密封和非平衡型机械密封 　　机械密封密封腔中的压力作用在动环上形成了闭合力，端面间的液膜形成开启力。载荷系数K>1，密封为非平衡型机械密封。一般非平衡型机械密封只能用于低压。当压力大于一定的限度，密封面间的液膜就会被挤出。在丧失液膜润滑及高负荷的作用下，机械密封的密封端面会很快损坏。非平衡型机械密封不能平衡液体对端面的作用，端面比压随流体压力的上升而上升。 　　载荷系数K<1，密封为平衡型机械密封。平衡型机械密封内装式密封轴上的台阶使密封端面延径向内移但不减少密封面的宽度。密封的开启力不变，但由于动环有较大的面积暴露在液体中，因此，闭合力被平衡了相当一部分。平衡型机械密封外装式密封的平衡方法除作用力方向恰好相反外，其余与内装式机械密封相同。在这种情况下，要增加闭合力中的液压的份额，以抵销机械密封端面间液膜的开启力。平衡型机械密封能部分平衡液体对端面的作用，端面比压随流体压力的上升而缓慢上升。一般非平衡型机械密封只能用于低压，但对润滑性能差，低沸点，易汽化介质及高速工况，即使在低压下，也应选用平衡型机械密封。因为对于非平衡型机械密封， 当机械密封腔压力上升时，会将密封端面间的液膜挤出，使机械密封的密封面很快损坏。平衡型机械密封能用于各种压力场合。 4、内装式机械密封和外装式机械密封 　　内装式机械密封：指机械密封安装在密封腔内。 　　外装式机械密封：指机械密封安装在密封腔外。 　　由于内装式机械密封的受力情况好，比压随介质压力的增加而增加，内装式机械密封的泄漏方向与离心力方向相反，因此一般情况均选用内装式机械密封。只有当介质腐蚀性极强时，且又不想考虑用有压双重机械密封时，才考虑选用外装式机械密封。 5、旋转式机械密封和静止式机械密封 　　旋转式机械密封指补偿环随轴一起转动的机械密封。 　　静止式机械密封指补偿环不随轴一起转动的机械密封。 　　一般情况下均选用旋转式机械密封，但在轴径较大，转速较高(密封圆周速度?25m/s)，由于弹簧及其它旋转元件产生的离心力较大，动平衡要求高，消耗的搅拌功率也大，应选用静止式机械密封。此外如果介质受强烈搅动易结晶时，也推荐采用静止式机械密封。 6、单弹簧机械密封和多弹簧机械密封 　　单弹簧机械密封，结构简单，弹簧可兼起传动作用，但端面比压不均匀，不适用于高速运转。 　　多弹簧机械密封，结构复杂，弹簧不能兼起传动作用，但端面比压均匀，适用于高速运转。 　　一般情况下，推荐选用多弹簧机械密封。