機(jī)械密封及其應(yīng)用簡介
機(jī)械密封是一種精密的動(dòng)態(tài)裝置，用于密封工藝流體以防止其向環(huán)境中泄漏，泵和其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備用戶使用這種裝置已有近100年的歷史。如今，同樣的四個(gè)基本組件和基本原理適用于所有機(jī)械密封，但該技術(shù)在過去100年中不斷發(fā)展，因此密封用戶有多種選擇，以滿足其特定的技術(shù)、商業(yè)和可靠性需求。
本文的目的是為用戶提供機(jī)械密封技術(shù)的基本背景知識，使他們能夠就當(dāng)今應(yīng)用中的不同類型和配置做出明智的決定。不過，首先我們需要了解機(jī)械密封的工作原理。
要了解機(jī)械密封的工作原理，我們需要了解構(gòu)成機(jī)械密封剖面結(jié)構(gòu)的基本組件。圖1顯示了兩種不同類型的機(jī)械密封的剖面圖，它們顯示了相同的四個(gè)基本組件。
圖 1：兩種不同類型的機(jī)械密封的剖面圖，顯示了相同的四個(gè)基本組件（圖片由 A.W. Chesterton公司提供）
機(jī)械密封的組成部分包括：密封面副、輔助密封、彈簧和加載機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)部件和五金件、定位夾。
1. 密封面副
密封面副形成主要密封界面，在機(jī)械密封內(nèi)提供旋轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)密封。根據(jù)密封配置的不同，有的只有一對密封面副，稱為單密封；有的有兩對密封面副，稱為雙密封。有些機(jī)械密封可能有更多的密封面副，但這些密封是為特定應(yīng)用而定制設(shè)計(jì)的。密封面副由各種碳/石墨材料以及碳化硅、碳化鎢或氧化鋁陶瓷等硬質(zhì)陶瓷材料制成。每種材料都能為機(jī)械密封提供不同的工作特性和能力。
2. 輔助密封
每個(gè)機(jī)械密封都有各種輔助密封，用于防止機(jī)械密封內(nèi)的其它接口泄漏。這些輔助密封大多是靜態(tài)的，但有一個(gè)是動(dòng)態(tài)的，以便在設(shè)備運(yùn)行時(shí)密封面能動(dòng)態(tài)地相互跟蹤。如果密封面副失去動(dòng)態(tài)跟蹤，機(jī)械密封就會(huì)出現(xiàn)過度泄漏。
如圖 2 所示，輔助密封有各種不同形式的彈性材料，包括O形圈、墊圈或金屬/彈性波紋管。
圖2：顯示各種輔助密封的機(jī)械密封，包括O形圈和墊圈
3. 彈簧和加載機(jī)構(gòu)
機(jī)械密封的第三個(gè)主要部件是彈簧或其它加載機(jī)構(gòu)，用于在靜態(tài)、非旋轉(zhuǎn)時(shí)間和運(yùn)行期間的動(dòng)態(tài)跟蹤中保持密封面接觸。
這些彈簧和加載機(jī)構(gòu)可以是大直徑的單個(gè)彈簧、多個(gè)較小直徑的彈簧、板簧、波形彈簧、金屬或彈性波紋管。這些加載機(jī)構(gòu)的適當(dāng)功能對于機(jī)械密封的泄漏控制都至關(guān)重要。圖3顯示了一些可以使用的不同加載機(jī)構(gòu)。
圖3：不同類型的加載機(jī)構(gòu)
4. 結(jié)構(gòu)部件和五金件
第四個(gè)主要部件是金屬部件和五金件。這些部件包括壓蓋、軸套、鎖環(huán)和機(jī)械密封中使用的各種五金件。
壓蓋通常使用不銹鋼合金，但根據(jù)應(yīng)用要求，也可使用其它幾種合金，包括合金20、雙相或超級雙相不銹鋼、鈦、哈氏合金或鉻鎳鐵合金。五金和緊固件包括銷釘、凸耳（銷）和螺釘，用于組裝和固定密封組件。
5. 定位夾
另外還有一個(gè)部件是密封定心裝置或定位夾。這些裝置有兩個(gè)關(guān)鍵功能：首先，它們有助于機(jī)械密封的裝運(yùn)，以確保不會(huì)損壞密封面或其它內(nèi)部部件出現(xiàn)相對移動(dòng)；其次，同樣重要的是，這些對中裝置可設(shè)定預(yù)定的彈簧壓縮量，以確保最佳的密封狀態(tài)和可靠性。圖4顯示了典型集裝式密封的結(jié)構(gòu)部件和五金件的剖面圖。
圖4：典型集裝式密封（結(jié)構(gòu)部件和五金件）的剖面圖
所有機(jī)械密封共有的第二個(gè)方面是不同制造商提供的配置。所提供的密封配置取決于應(yīng)用要求。既有通用配置，也有滿足特定行業(yè)需求的特定應(yīng)用配置。大多數(shù)密封制造商都提供多種配置。
組件密封（非集裝式密封）
組件密封是指旋轉(zhuǎn)組件和固定組件是兩個(gè)獨(dú)立的單元，必須在泵組裝過程中進(jìn)行裝配。這種結(jié)構(gòu)可以追溯到市場上最早的機(jī)械密封。這種結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但通常不具備其它結(jié)構(gòu)的性能。
集裝式密封
集裝式密封的設(shè)計(jì)理念是將密封元件組裝成一個(gè)集裝單元。這種配置大大簡化了安裝過程，縮短了所需時(shí)間，因此可靠性更高。集裝式密封有單、雙或串聯(lián)配置，以滿足特定的應(yīng)用要求，并提供更高的運(yùn)行能力。圖5顯示了各種可用的集裝式配置。
圖 5：各種集裝式配置
分體式機(jī)械密封
分體式機(jī)械密封在過去的40年里一直都有現(xiàn)貨供應(yīng)。顧名思義，它們是完全分開的，當(dāng)密封泄漏過多時(shí)，無需昂貴地拆除旋轉(zhuǎn)設(shè)備即可進(jìn)行拆卸、安裝和維修。在過去的40年里，這種技術(shù)經(jīng)歷了多次演變，在安裝簡便性和密封性方面都有所改進(jìn)，接近更高性能的集裝式密封件。圖6顯示了典型的配置。
圖6：典型的分體式機(jī)械密封
特定的密封設(shè)計(jì)
最后，有許多設(shè)備或應(yīng)用特定的密封設(shè)計(jì)，為具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用提供了優(yōu)化的解決方案。例如，渣漿密封技術(shù)提供的密封表面設(shè)計(jì)可以限制顆粒進(jìn)入密封面的可能性，并且設(shè)計(jì)得比標(biāo)準(zhǔn)密封更堅(jiān)固，可以處理許多渣漿泵應(yīng)用中遇到的運(yùn)動(dòng)和沖擊。圖7顯示了渣漿密封設(shè)計(jì)的剖面圖。
圖7：渣漿泵密封設(shè)計(jì)的剖面圖
氣體密封技術(shù)是另一種適用于特定應(yīng)用的技術(shù)，在這些應(yīng)用中，由于應(yīng)用要求，需要惰性氣體隔離。這種密封以壓縮氣體密封技術(shù)為基礎(chǔ)，但專門適用于泵。這種密封設(shè)計(jì)不依賴液體為密封提供所需的潤滑和冷卻，而是使用氮?dú)獾榷栊郧鍧?干燥隔離氣體。在氣體密封設(shè)計(jì)中，其中一個(gè)密封面具有有助于在運(yùn)行時(shí)分離密封面的表面特征，這被稱為流體動(dòng)力提升。有些設(shè)計(jì)還包括一定程度的靜壓提升，這意味著密封面在密封旋轉(zhuǎn)開始之前就開始分離。圖片8顯示了專門用于泵的氣體密封設(shè)計(jì)的剖面圖。
圖8：泵的氣體密封設(shè)計(jì)剖面圖
如今，工廠有多種設(shè)計(jì)和配置可供選擇。確定使用哪一種有時(shí)會(huì)很困難。這時(shí)，訓(xùn)練有素的密封設(shè)備專家就能在密封選擇過程中提供幫助。在下一篇文章中，我們將探討機(jī)械密封是如何“密封”的，以及根據(jù)應(yīng)用的具體要求應(yīng)具備哪些功能。
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