浅析化工机泵机械密封
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摘要：机械密封是一种动力机械和流体机械中非常重要的零件， 它又称之为端面密封。机械密封可以对化工企业中的流体具有非常好的密封效果。当前机械密封在化工泵类产品中的应用非常广泛，由于其使用周期长，不易泄漏，其应用前景较为广阔。
关键词：化工用泵 机械密封 泄漏
【分类号】：TQ051.21
械密封（又称端面密封）是流体机械和动力机械中不可缺少的零件，它对整台机器设备、整套装置、甚至对整个工厂的安全生产影响都很大，特别是在石油化工企业中，对设备可靠运转、装置连续生产具有重大意义。化工企业处理的流体多数具有腐蚀性、可燃性、易爆性及毒性，一旦密封失效，介质泄漏，不仅污染环境，影响人体健康和产品质量，而且还可能导致火灾、爆炸和人身伤亡等重大事故。近几十年来，机械密封技术有了很大的发展，由于端面密封具有工作可靠、泄漏量少、使用寿命长、适用范围广等优点，故在化工机泵中获得了广泛的应用。
一、了解机械密封的结构形式，夯实化工机泵机械密封的应用基础
了解机械密封的结构形式，夯实化工机泵机械密封的应用基础一般而言，机械密封结构主要有以下6种：一是单端面、双端面及多端面密封；二是内装式和外装式密封；三是平衡型和非平衡型密封；四是单大弹簧与多小弹簧密封；五是静止式和旋转式密封；六是内流型和外流型密封。各种同结构形式的机械密封适应于不同的场合。例如，作为某型尿素泵而言，其机械密封是内装单端面大弹簧平衡型。这种机械密封的结构比较简单，易于生产制造，便于安装，它适用的场合主要有：一是腐蚀性介质；二是勃度较大的介质；三是含有颗粒的介质。此种密封技术在化工厂中得到了广泛， 它的使用情况是：一般适用于压力比较低的情况或介质危险等级较低的情况。在进行冲洗液选择时，应该根据实际需要确定，一般可以选用自冲洗的冲洗液和外部冲洗的冲洗液。对于高参数的机械密封体来说，它非常适用于压力等级高、转速快、温度高的运行环境。例如某厂使用的某高速离心泵，就有非常大的出口压力和极快的转速。在这样极为苛刻的条件下， 机械密封被设计成内流型、静止式、单端面和多弹簧型。一是在这种设计中，在静环的一侧放置弹簧，可以避免受到离心力的影响，因此非常符合高速运转的需要。二是采用内流型的设计，当介质发生泄漏时，其泄露方向刚好与离心力的方向相反， 也非常适用于高压力的环境。三是该泵机机械密封分为两级， 其中二级机械密封是将两列相同机械密封进行串联的方式，密封压力被平均分配到两列机械密封上。由于采取的这些措施得法， 因此，确保了该型泵的机械密封的平稳运行。
随着社会的发展，密封技术也得到了迅速的发展， 机械密封得到了更加广泛的应用，其应用的实效性越来越佳，尤其是一些新型密封技术的诞生，给机械密封带来了极大的发展空间。如控制平衡比技术、弹性伸缩的波纹管密封技术等。当生产的介质是剧毒性、易燃易爆性时，必须严格控制介质的泄漏量。以某化工厂的氨泵为例， 该泵采用的是两级机封串联的方式， 其一级结构是波纹管密封式， 是不锈钢焊接式弹性体结构， 动环是端面镶嵌石墨，其二级是BW气体机封， 该气体机封采用的技术是密封面改形。将深槽刻在动环的密封面上，其平面的外缘则是16个锥形体。它的工作原理就是：利用热变形产生的波浪面来形成锥形块的轴承， 其更多流体则能够到达锥形块的前缘。因为出口的区域相对要小，从后缘可离开的流体比较少， 于是，在静止面与旋转面之间就形成了流体压力。这种流体可以有效地使两者分开，从而达到了密封之目的。在动环（静环）与同外部轴承进行连接的地方具有很深的环形槽， 可以使轴承和密封部位得到有效的隔离，从而不会因受到因温度变化而带来的影响。
二、机械密封的泄漏现象及原因
1、由于压力产生的泄漏
负压状态下运行造成的机械密封泄漏泵在启动及停用的过程中，由于泵进口充满流体，输送介质中含有气体成分等原因，有可能使密封腔出现负压状态，密封腔内若是负压，会引起密封端面干摩察，使端面磨损严重，随着摩擦加剧，造成内装式机械密封产生泄漏现象。负压密封与正压密封的不同点，在于密封对象的方向性差异，而且机械密封也有其某一方向的适应性。高压和压力波动造成的机械密封泄漏，由于弹簧比压及总比压设计过大和密封内的压力超过3MPa时，会使密封端面比压过大，液膜难以形成，密封端面磨损严重，造成密封泄漏。
2、周期性泄漏
转子失去平衡，轴承损坏，这种情况会缩短机械密封的使用寿命并产生泄漏。泵转子轴向窜量大，动静环磨损后易出现掉快或裂纹现象。
3、其他问题引起的机械密封泄漏
安装动环密封圈的轴或轴套端面及安装静环密封圈的密封压盖或壳体的端面应倒角并抛光，以免装配时拉伤动静环密封圈。动静环密封圈应选择适用泵介质的材料，避免因耐受不住介质的性能而使密封圈过早变形而出现泄漏。
三、探析泵用机封材料的应用，提高化工机泵机械密封的应用水平
机械密封依靠密封副超微的高精度密封端面组合和相互滑动摩擦，形成密封面。要确保和维持密封面的精度，在很大程度上依赖于构成密封面材料的特性。一般机封的摩擦副是由软硬两种材料构成。
1、密封面硬材料
在实际应用中，密封面硬材料有以下4种。（1）金属材料：铸铁和模具钢、轴承钢管，这类材料通常用于低负荷、油类液体，现在已很少使用。（2）工程陶瓷：氧化铝（Alzq）整体和氧化铬（Crzq）覆层，中等负荷、药液、海水等密封使用较多。它的硬度高，耐腐蚀性好，但是耐热冲击能力很低，工业陶瓷在机械密封中使用以来，逐渐被高性能的碳化硅所代替。例如某些酸泵就使用了这种材料作为密封面，收到了良好的效果。（3）硬质合金：硬质合金一直是机械密封中常用的密封面硬材料，因为韧性和刚性特别大，而且耐腐蚀性很好，现代企业大多数机械密封选用硬质合金作为密封材料。（4）新型陶瓷：碳化硅（SIC）和氮化硅（53从）等称为新型陶瓷。碳化硅的硬度接近金刚石，具有突出的耐腐蚀性，除高温下熔融强碱和强氧化气体外，对全浓度硫酸和沸点接近的苛性碱也具有稳定的耐腐蚀性，特别是在很大的温度范围内能保持耐腐蚀性和耐磨性。
2、密封面软材料
密封面软材料中应用最普遍的是石墨，因为它本身具有良好的自性、化学惰性且成本较低。一般为了改善它的性能， 在制造过程中对石墨浸渍热固性树脂如酚醛树脂或金属如锑、铜、铅或巴氏合金， 以适应不同场合的需要。
3、辅助密封
合成橡胶橡胶辅助密封圈是使用最广的一种辅助密封圈。常用的橡胶密封圈材料有丁睛橡胶、氟橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶管。聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能非常优良，几乎能耐所有介质在常温下的腐蚀，有较大的使用温度范围一一℃，具有极低的摩擦系数和自性。
结语：
机械密封在化工行业，尤其是机泵上的使用越来越广泛，随着新工艺、新材料的不断出现，在很多苛刻条件下，机械密封都得到了很好的应用，不管是结构形式，还是材料材质，正确选择显得尤为重要。只有正确使用先进技术和优质材料，才能更好地为生产服务。
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