离心泵基础：内部冲洗与外部冲洗机械密封

前言无论您是安装还是设计液体循环暖通空调（HVAC）系统，您可能都知道泵密封对泵的运行和用户满意度起着至关重要的作用。除非您有机会近距离接触一台拆卸下来的泵，否则密封的功能和材料可能仍然是一个谜。今天，我们将为您揭开这些组件的神秘面纱，并解释暖通空调离心泵中通常使用的密封（冲洗）类型之间的差异。从填料密封到机械密封的演变泵叶轮安装在穿过泵壳体或蜗壳的泵轴上。如果没有泵密封，轴进入蜗壳的中空“潮湿”部分处就会成为持续泄漏的源头。一百多年前，大多数泵都依靠填料来防止泵泄漏，同时允许轴自由旋转。这种类型的填料或填料密封最初是在泵内形成一个区域，被称为填料函，将填料推入或塞入其中。这些老技术的泵被称为“填料函结构”。50年前，这项技术得到了改进，填料密封由几圈编织纱线和石墨填料组成，这些填料环绕着轴，并位于老的“填料函”中。这些填料由填料压盖牢牢压紧，以防止系统水从泵壳体中渗出。由于填料和轴之间的摩擦产生了大量热量，因此填料密封需要大量润滑。这种润滑是通过系统水进行的，系统水从泵的出口侧流出，冲洗过填料，然后排出泵外。这就形成了一个“开放式”系统，即一个定期使用并泄漏冲洗水的系统。水的“泄漏”是必需的，并以大约每秒一滴的速度从泵中滴出。当然，这些水必须用补充水代替，这就意味着向系统引入更多的空气，从而增加腐蚀。此外，填料密封必须通过手动拧紧压盖来定期调整，以保持正确的润滑量，这就造成了部件的过度磨损。几十年前，这种类型的密封是大多数工业泵的标准配置，如今在某些工业应用中仍在使用。如今，机械密封已成为HVAC泵的标准配置。机械密封不存在任何类型的泄漏，而是一体式弹簧提供抵靠两个高度抛光的密封面的压力，从而密封泵。即使是B&G泵的竞争对手，其老式泵蜗壳设计有外部填料函，也被改装为采用机械密封。这就是为什么如今在HVAC系统中，有两种类型的泵机械密封-一种是为带有外部冲洗管路的老式泵设计的密封，另一种是模仿B&G设计的内部冲洗式密封。外部冲洗的机械密封及其应避免的原因外部冲洗密封的工作原理与其它机械密封类似，但其设计目的是安装在泵壳体/蜗壳的干燥空间中，就像老式填料密封一样。因此，它们需要外部润滑，以防止轴与旋转和静止密封部件之间的摩擦导致过热。这种润滑是由毛细管型管提供的，毛细管型管将水从泵的出口输送到机械密封，从而使系统与外部润滑的填料密封相比成为封闭系统。这种设计有三个缺点。首先要考虑的是冲洗管道的尺寸。这些管道通常是1/4英寸或3/8英寸的铜管。如果水质开始在管路中积聚沉淀物或管路出现现场损坏，就会限制冲洗流量。与制造商设计的流量相比，降低流量会缩短密封的使用寿命。第二个问题同样与水质有关。密封面是高度抛光的表面。密封面之间的任何砂砾（固体颗粒）都会腐蚀密封面，轻则导致过早失效，重则造成密封泄漏。第三个问题是冲洗密封的水量，以减少摩擦引起的热量积聚。流量大小取决于入口和出口之间的压力差以及管道摩擦损失。制造商设计的管道尺寸和流量与泵所需的相匹配。当我们在泵上安装变速驱动器时会发生什么？封闭系统中的吸入压力保持相当恒定，但排出压力会下降。流量随着压力差的平方根而变化，冲洗流量也随之下降。这在冷冻水系统中可能不是什么大问题，但在供热系统中可能会导致密封寿命缩短。下面的剖面图显示了这些管道位于典型的外置机械密封（中开双吸泵）的两侧。请注意，它们直接进入装有密封的填料函。内部冲洗机械密封及其优越性与外部冲洗式机械密封一样，内部冲洗式机械密封也能防止水从泵壳体中流出，同时允许泵轴自由旋转。不过，内部冲洗机械密封的设计更复杂、更可靠。内部机械密封的位置更靠近泵的叶轮，在启动时会充满水。因此，它们基本上浸没在系统水中，暴露在大约25%的泵流体中。这一点很有价值，因为：1）不需要任何外部润滑和管道；2）密封周围的水流速度较高，可提供更好的冲洗效果，从而延长密封的使用寿命。

在外部冲洗密封中，管道以非常高的流速将所需的全部冲洗液直接作用于密封。而内部冲洗密封实质上是浸没在一个充满水的浴缸里。为什么这会延长密封的使用寿命？想象一下，你正在水槽中清洗祖母的一件精美瓷器，而用来清洗的水质非常糟糕-水中有大量的沙子。你会使用高速喷淋来清洗它、还是将它浸泡在水槽中，然后用毛巾轻轻地在它周围打转？就像瓷器一样，离心机械密封的更换费用也很高，而且经常暴露在含有大量颗粒的水中。

虽然目前仍有采用外