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》(CentrifugalPumpsforPetroleum,HeavyChemical,andGasIndustryServices)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攫泵进口压力，Pd攫泵出口压力，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攫轴径，m；n攫泵轴转速，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13～508mm18～305mm温度范围-268℃～232℃-268℃～427℃压力范围20.69MPa2.41MPa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2.平衡型和非平衡型密封(1)载荷系数K其计算公式如下：内装式密封：外装式密封：式中d2攫密封环带的外径；d1攫密封环带的内径；db攫密封的平衡直径，见图3，4，5。(2)端面比压Pc其计算公式如下：式中Ps攫弹簧比压；l鹁鸱囱瓜凳该芊舛嗣婕淞魈迥て骄沽m与密封流体压力P的比值。对于水，l?0.5。(3)平衡型和非平衡型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，密封为非平衡型密封，如图1。一般非平衡型只能用于低压。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，密封端面会很快损坏。非平衡型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，密封为平衡型密封，如图3，4。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。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，以抵销密封端面间液膜的开启力，如图5。平衡型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。借一般爆非平位衡型桑只能搏用于地低压积，但似对润蔬滑性弓能差蠢，低昏沸点盈，易餐汽化束介质佛及高浩速工沃况，却即使刻在低扎压下命，也线应选厨用平红衡型爹密封剧。因菌为对虽于非聋平衡用型密浴封，欺当奏密封屋腔压谱力上嘉升时智，会认将密历封端腊面间桑的液某膜挤气出，喷使密宁封面量很快宫损坏诱。榨平衡得型密伴封能烂用于炸各种仪压力全场合漆。A各PI贴68墙2中朱规定珍除无裤压双放重密为封的暑外侧重密封虎允许将采用椅非平闭衡型佩密封费外，谜其膜余都对应是垦平衡牧型密稿封。搞图3玻内天装式兆非平照衡型窑机械润密封换图4啦内粉装式伟平衡博型机幅械密屈封消图5扑外铃装式乞平衡溜型机杀械密输封拴3.鹅单班端面贝密封忘、无杨压双苍重密升封和纪有压乞双重之密封猎单端抢面密山封：惭只有著一对股摩擦刷副，裤结构轻简单典，制某造、剪拆装沸容易情，一老般只默需设郊置冲掏洗系辉统，路不需求要外授供封蛮液系税统。祖如图誓3，浑4，工5。驰有压膀双重渐密封忧(原堆称为圈双端乳面机蕉械密秩封)损：有毯两对陈摩擦竹副，米结构记复杂久，需利要外国供封虹液系埋统，灿密封垮腔内伍通入棵比介复质压菌力高脚0.召5~合1.倍5b抵ar促的隔萄离液耻，起太封堵挽、润刮滑等眯作用犯，隔躲离液拍对内泪侧密宗封起怒到润临滑作泛用。栽如图稿6。践无压瓣双重驻密封零(原沸称为严串联获密封杏)：逃有两召对摩蹲擦副辜，结晃构复眯杂，明需要友外供过封液库系统破，密斜封腔曲内的嫁缓冲上液不著加压报，工微艺介喂质对感内侧陵密封诸起到煤润滑拜作用盼。如披图7傍。叛一般涛情况茫下，葛应优闷先选忌用单旨端面哪密封凭，因京为单拥端面葛密封老结构删简单丘，使坟用方知便，惹价格片低。沉但在债以下姿场合央，优顶先选守用双怨重机锯械密河封。燥(1钥)胁有毒汇及有往危险就性介脏质。丝(2非)粉高浓乖度的斑H2贯S。养(3迷)搂易挥误发的帅低温武介质惜(如目液化流石油肢气等蜂)。简随着话社会袜对健县康、谷安全颜和环止境保袭护的蜻愈来爆愈重虚视，愿无压究双重例密封泰的使笨用量衰逐年董上升撒，该贼种密何封可迹广泛械用于潜氯乙节烯、蚕一氧图化碳腰、轻败烃等忍有毒篇、易达挥发错、危戴险的绑介质客。无精压双巾重密禁封的醒内侧稳密封冠(第连一道在密封孕)是灾主密捐封，甩相当科于一温个单孔端面熟内装阿式密旦封，娃其润指滑由僵被密晕封的吹介质过担当寨。密镇封腔呆内注仰满来朴至封牌液罐批的液碍体，皆未加队压。既内侧械密封渐一旦员失效掠，导等致密躺封腔烫的压赶力提拐高，梯即能努由封骗液罐铅的压览力表仪显示霉、记丛录或缘报警不。同恩时外罚侧密辆封就钱能在壳维修乘前起畅到密买封和裂容纳掏泄漏秩液体肚的作券用。奔对一挺些有炼毒、尺含颗每粒介负质(炉或腐是蚀性素相当四厉害飘的介竟质)仿，一盐般晌可考图虑以酷下方侵法：蛮(1灰)雹采用炕合适蹦的环壳境控喘制措食施，墓如外折冲洗春＋带扭旋风涌分离犹器的驻管路览冲洗建系统扶。渡(2个)枯采用裳有压蹈双重塑密封巾。虹有压赚双重泡密封猪隔离省液的都压力疼高于亡介质卖压力毁，因匙而泵鉴送介款质不浩会进凯入密扑封腔银。内甩侧密忽封起刮到阻捆止隔珠离液跳进入虫泵腔解的作化用。色因此与当输敲送诸属如粘银性、寒磨蚀断性及企高温拳介质索时，零内侧投密封瞒由于铃没有铸暴露喇在介壳质中吗，因耽此可帖以不厘用昂肺贵的窜合金察制作局。外浆侧密蛮封仅病仅起壮到不扩使隔狱离液亩漏入蕉大气孟的作闯用。临图6惯有寸压双舟重机阴械密振封挂图7团无志压双巾重机猜械密唤封萌4.喂内奥装式奶和外变装式崭密封尿内装壶式密奉封：抄指机政械密奖封安望装在乏密封众腔内筐，如豪图3渴，4摊。题外装发式密栏封：劣指机吩械密闯封安注装在罪密封身腔外河，如突图5卫。嘴由于钥内装纯式密串封的截受力顿情况丘好，伙比压谣随介底质压跃力的苦增加淡而增铸加，垂其泄见漏方馆向与励离心路力方袭向相城反，垫因此睛一般关情况演均选甜用内怪装式妈机械勇密封娇。桶AP弟I6旁82稼中明呀确标矮准型斯的机敬械密泪封为勒内装逢式密迎封。忌只有馋当介灵质腐放蚀性摊极强诸时，念且又颜不想贯考虑黎用有萄压双污重密雕封时坟，才供考虑史选用犬外装押式机灿械密偏封。拼5.件旋腐转式这和静忘止式京机械边密封蔬旋转挑式机穴械密属封指棚补偿字环随瓶轴一离起转柱动的小机械误密封挠。命静止酷式机晌械密督封指旺补偿饥环不佣随轴扩一起皮转动敌的机堆械密久封。凉貌一般健情况滴下均沸选用妖旋转卸式机孔械密水封，影但在未轴径盒较大勤，转戴速较括高(敌密封舅圆周苗速度民/?尽5m导/s枣)，斯由于泥弹簧肺及其捎它旋歼转元博件产刺生的线离心本力较弓大，兆动平躺衡要善求高严，消喘耗的浊搅拌薄功率载也大妈，应清选用森静止传式机抬械密瞧封。赴此外逐如果输介质恩受强姻烈搅关动易爹结晶肆时，嘴也推竖荐采乓用静刷止式尝机械受密封跨。携6.升单已弹簧潮和多状弹簧违机械闻密封佳单弹切簧机扮械密慌封，条结构冷简单塞，弹常簧可昌兼起先传动周作用叹，但喊端面插比压跌不均举匀，赔不适者用于幼高速抄运转赵。割多弹键簧机隶械密镇封，秋结构岸复杂粘，弹染簧不臣能兼丢起传患动作详用，惩但端磨面比猎压均露匀，宾适用否于高福速运晶转。劣一般驶情况灾下，揪推荐疏选用哈多弹狠簧机顿械密都封。团如执A螺PI胳68卖2中叔明确绵推压抓型的侮标准狠密封灯为多雪弹簧粥结构确。奸四、锐密封候管路熊系统信的选厦择虏单端富面机上械密磁封，背无压骗双重级密封考的内投侧密电封的渡密封港管路搅系统于的选拖择见茎表3天，节戒流衬裹套、栏辅助蒜密封榜装置厨和双晋重密雪封的套管路泳系统斩的选鼠择见辫表4岁。弄表3时单遵端面踏机械照密封俗，无仰压双市重密隆封的辩主密昌封(秒内侧抵密封工)的绿管路淋系统仆警AP溪I方傍案取说劳明症Pl陵an售1炮从借泵的罗出口随引出英，至作密封第的内帐部循陶环。萌只推邀荐用滔于清驾洁液贼体，筒必需统保证恭充足轻的循般环量刮以维吃持密追封面我的条这件。炉不推话荐用照于立元式泵嫩。未Pl溪an促2姐无业冲洗弱液循直环的别封死姑的密雄封腔泼。不衰推荐堵用于宫立式限泵。惰贼Pl贼an雾1锹1续从泵京出口再引出灰，经主孔板践至密羽封，蔬冲洗透密封灯端面老后进剧入泵虏腔。腐不推抄荐用纠于立筋式泵逃。冈Pl星an率1垃2醒从泵监出口绳引出竖，经撒过滤眼器和约孔板粮至密翅封，室冲洗误密封货端面跳后进应入泵刃腔。玩不推竭荐用奴于立吃式泵左。热Pl郑an肥1负3它从密途封腔邮引出狼，经痒过孔导板至吊泵进定口。尾脊Pl陪an屿2荐1内从泵撇出口非引出天，经论孔板样和冷狮却器强至密柳封，结冲洗研密封惭端面垦后进雀入泵问腔。腾长Pl箭an烤2婆2坏从泵逃出口塘引出订，经芹过滤生器、壮孔板凤和冷饱却器渴至密春封，兽冲洗趋密封楚端面脊后进补入泵长腔。出恰Pl氏an夸2肺3租循环哈液通忌过一幕泵送艇环从侍密封奸腔引智出，页经冷石却器宜返回榨密封驴腔。陵巡Pl昏an存3猛1衰从泵拳出口杠引出术，经仍旋液替分离铅器，和清洁龙液自斧上部辅流出各，进贝入密末封腔诸；含美有颗次粒的玉液体指从下呢部流傍出，稀返回副泵进徐口。福蚁Pl食an的3村2崭外供绢冲洗粗液注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