机械密封的辅助设备

• 机械密封为什么要用辅助设施

在流体机械中(如泵、压缩机、搅拌釜和离心机等)，工作条件最苛刻的部件要算机械密封。像推力轴承那样承受轴向力;像换热器那样把产生的热量导出。在高温、高压、易腐蚀等部位实现静密封已经比较困难，要求在高速旋转中，在几毫米宽的密封端面上实现动密封就更加困难了。为了解决这个棘手的问题，经过一系列长期的实践，我们找到了两个途径:一是从密封的结构和材料入手，使其适应苛刻的工作条件。这种做法花费的代价较高，尽管如此，仍不能从根本上解决问题。一旦密封失效，后果严重。另一途径是通过辅助设施改善工作环境。目前，实际工作中不用任何辅助设施的机械密封实属罕见。如高压使用的串联机械密封以及高温泵的机械密封等都必须采用相应的辅助设施。通过辅助设施，将某些苛刻的工作环境改变为密封能接受的，使机械密封的效果大大提高，使用范围更加宽广。机械密封工作中产生的摩擦热，使密封端面温度升高，如不采取相应的设施，会产生许多不良后果。

1. 温度升高使密封端面间液膜汽化，磨损加剧，使密封失效；
2. 温度升高使动静环产生热变形，泄漏增大、磨损加剧；
3. 温度升高也加剧了介质对机械密封的腐蚀；
4. 温度升高使辅助密封圈老化、变质而失效；
5. 温度升高，浸渍合成树脂的石墨，因树脂碳化而性能下降，浸金属的石墨环，因金属熔化而泄漏。

由此可见，不允许的温升是机械密封的大敌。辅助设施的目的在于减少这种人们不希望的温升，保持密封端面间的良好润滑状态，使机械密封各零件良好、正常地工作。在易汽化介质中，保证密封腔中的压力，使之不汽化;在低温泵的密封中可起到保温和供热的作用；对于有固体颗粒出现的结晶和强腐蚀介质的密封，还能保持密封不受损害。因此，有的国家把辅助系统称为保护系统。1983年中国石化总公司组织了对七大石化企业的机泵密封调查认为:“国外引进的离心泵和压缩机的轴封，根据不同条件都带有不同的辅助设施。实践证明，往往结构合理，材料良好而忽视了辅助设施，造成困难的工作条件，导致密封早期失效。反之，有些场合的结构和材料还不足以满足工作条件的要求，采用有效的辅助设施，结果促使密封满足了工作条件的要求，顺利地运转”。
有的机械密封工作温度、压力和速度等不太高，不用辅助设施也可以工作。但是，从密封的稳定性和使用寿命的观点考虑，采用辅助设施是有利的。因此，应当把辅助设施看成是机械密封的组成部分，根据不同的工作条件，采用不同的辅助设施。国际上通用的美国石油学会标准(离心泵API610)，对此都做了具体的规定。正确、合理地选用辅助设施，不仅对密封的稳定性而且对延长使用寿命都有重要意义：对安全生产以及对减少漏损、减少维修工作量和降低生产成本有一定的作用，必须给予足够的重视。
辅助设施也称为密封循环保护系统，或简称为密封系统或保护系统。

• 机械密封的辅助设施包括哪些内容

机械密封的辅助设施是许多元件的统称。由过滤器、旋液分离器、限流孔板、冷却器、压力罐、增压罐、各种监测仪表、管路和管件等组成。实际工作中，可用一种或几种，根据具体条件选定。通过冲洗、冷却、过滤和分离等方式，实现对机械密封的润滑、冷却或调温、冲洗、净化、稀释和冲掉泄漏介质，改善密封的工作环境。
所有辅助设施中最主要的工作方式是冲洗。所谓冲洗是将密封流体注入到密封腔内，完成润滑、冷却、净化等功能，将不利的环境改变为密封能接受的工作环境。冲洗的种类很多，按冲洗方式和密封流体的不同可分为自冲洗、循环冲洗和注入式冲洗。自冲洗是用泵本身产生的压差或密封腔内的泵送装置产生的压差，使被密封介质通过密封腔形成闭合回路实现冲洗；循环冲洗是通过产生压差的设施(例如泵送环等)使外加的密封流体(有人称隔离液)进行循环，达到冲洗的目的；注入式冲洗是被密封介质不宜做密封流体时，从外部注入另一种液体到密封腔内，改善密封工作条件的一种方法。
温度调节设施：用温度适宜的流体，对密封腔、静环及其它零部件进行冷却或保温(或加热)，达到提高密封稳定性和延长使用寿命的目的。这些设施不与被密封流体接触(或混合)。需要指出的是冲洗兼有温度调节设施的功能，可直接冷却密封件。
过滤和分离：在进行冲洗时用过滤器和旋液分离器将密封流体中的杂质滤掉，保证密封端面不受损伤。
辅助设施除上述外，还有实现上述功能用的换热器、孔板、储压罐及仪表等，所有这些构成了密封系统。

• 循环冲洗用于什么工作条件

循环冲洗是通过一个泵送装置使外加的密封流体进行循环(图62)。这里有两点需引起注意，一是“泵送装置”，可以是外加的油站和密封腔形成闭合回路进行循环，也可在密封腔中装设一个泵，或者是用热虹吸的原理使流体循环。另一点要注意的是“外加的密封流体”。这种冲洗方式用在双端面或多端面密封上，在单端面密封上不采用。

 

循环冲洗也有人称为“外循环”。

• 注入式冲洗用在什么场合

对于内装单端面密封，当被密封介质不宜作密封流体时，比如被密封介质含固体颗粒(如炼油厂催化裂化装置中的油浆泵)或温度高、粘度大(如炼油厂常减压装置中的塔底泵)，需从外部引入密封流体(炼油厂常用蜡油和柴油馏分)，注入到密封腔中，改善密封的工作环境。对于采用单端面密封的高温泵、易结晶或含固体颗粒以及腐蚀介质泵，均可采用注入式冲洗。
注入式冲洗有人简称为“冲洗”。

• 冲洗液进入密封腔的方式有几种

冲洗液进入密封腔的方式有两种：单点冲洗和多点冲洗。
单点冲洗：冲洗液由一个流出口冲洗密封，又可分为径向、轴向和切向三种方式(图63)。

 

径向冲洗：密封流体沿径向垂直冲洗摩擦副(图63a)，结构简单，是应用较多的一种方式。但冲洗量不可过大，以防止将石墨环冲出缺口。
轴向冲洗(图63c)：密封流体沿轴向进入密封腔，避免了对石墨环的冲蚀作用，可用于腐蚀介质的泵中。
切向冲洗(图63b)：冲洗液沿切线方向冲洗摩擦副，是单点冲洗中较好的方式。
单点冲洗结构简单，但密封周围温度分布不均匀。为了避免冲蚀石墨环，径向冲洗液流入密封腔的流速不要高于3m/s，冲洗孔的直径不要小于5mrn。为此都要控制冲洗量。切向冲洗使密封面圆周的温度趋于均匀，也减少了对石墨环的冲蚀，是值得推荐的方法。
多点冲洗(图64)：冲洗液沿圆周多个小孔同时进入密封腔，并起冲洗作用。多点冲洗克服了单点冲洗的缺点，使摩擦副周围的温度分布更均匀。但结构较为复杂，需增加一个冲洗环，内设6~8个小孔，孔径3~4mm。多点冲洗用在易汽化的介质中，也可用在产生摩擦热较多的高pv值场合。
冲洗孔位置应尽量开设在摩擦副处，以便更好地把热量导走。单点冲洗不能直接对准石墨环(静环)，也不能远离摩擦副，使冲洗作用减弱。

 

 

• 冲洗量是怎样确定的

理论上讲冲洗量是按密封装置的热平衡原理计算确定。产生的热量中有摩擦副的摩擦热、密封旋转产生的搅拌热、泵内流体传到密封处的热量等。散失热量的方式有压盖急冷、密封腔夹套冷却和自然冷却。产生的热量减去散失的热量，两者的差值应是冲洗带走的热量。该计算麻烦，有很多数据是选取的，计算f结果没有多大的意义。根据长期的实践和经验，冲洗量在3~30L/ min，可根据密封规格(直径)和介质的种类选取(见表32)。

 

根据选取的冲洗量，对易挥发介质或温度较高的介质冲洗量要适当大一些。

• 怎样控制冲洗量

冲洗量可以用节流阀来改变，也可以用限流孔板来控制。由于节流阀没有量的概念，所以现在大多用限流孔板。按需要的冲洗量和孔板前后的压差来确定孔板的直径。换言之，孔径确定后，孔板前后的压差一定，冲洗量就确定了，无法调节。可用计算的方法近似地按孔板流量公式计算孔板的孔径，但是由于孔板结构不同，计算结果需通过实验进行修正。既然如此，直接用实验结果更为方便。所以，冲洗量大都用实验图表查得。
目前用的孔板有两种结构。一种是法兰联接的，另一种是螺纹联接的。法兰联接的孔板结构简单(图65)，拆装方便。厚度为4~6mm的圆板带有一“尾巴”，以便于安装，上面打钢印，表示孔径的数值。通常用不锈钢板制造。这种结构的孔板，流量、孔径和压差的关系见(图66)。

 

对于不用做冷却的冲洗量控制不是很严，对于冷却后再用做冲洗的，量则要求较为准确，这涉及到冷却水量和冷却后的温度。如果冲洗量很少，孔板直径又不能太小(太小了容易堵塞)，这时可以采用孔板串联的方法。采用自冲洗时，泵出口装一孔板，经冷却器后再装一孔板，通过两个串联孔板的流量约等于一个孔板流量的70%。
螺纹连接孔板见(图67)。它相当于一个喷嘴，与前者的不同在于孔板较长。