淺談雙端面機械密封

趙 輝

（克拉瑪依市恒和設備維修技術服務有限責任公司，新疆　克拉瑪依　833699）

·潤滑與密封·

淺談雙端面機械密封

趙 輝

（克拉瑪依市恒和設備維修技術服務有限責任公司，新疆克拉瑪依833699）

摘要：在石化行業(yè)流體離心泵密封以機械密封應用最為廣泛。在對密封要求較高的場合，雙端面機械密封更受青睞。本文以單端面機械密封為基礎，對雙端面機械密封的原理、結構及日常維護加以分析與論述。

關鍵詞：雙端面機械密封；原理；結構；維護

一、前言

與單端面機械密封相比，雙端面機械密封的密封性能較好，適用于強腐蝕、高溫、帶懸浮顆粒及纖維介質、氣體介質、易燃易爆、易揮發(fā)低黏度介質，高真空度工況的密封，具有高性能保險作用。在密封高壓介質時，可以合理的分配每個密封的兩端壓差，提高密封的工作壓力范圍。對一些自潤滑性差、易凝結、汽化介質，通過在密封腔體注入密封液改善密封的工況，大大提高密封的效率和使用壽命。

二、密封原理

雙端面機械密封原理與單端面機械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉軸線的端面（摩擦副）在流體壓力和補償機構彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。雙端面機械密封結構如圖1所示。

圖1　雙端面機械密封簡圖

工作時，在由流體壓力（介質壓力）和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環(huán)的端面上產生一個適當?shù)谋葔海▔壕o力），使兩個接觸端面（動環(huán)、靜環(huán)端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的。雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄漏。一般雙端面密封都需要外供密封液系統(tǒng)，向密封腔內引入封液進行堵封、潤滑和冷卻，且多為循環(huán)冷卻使用。密封液不僅可以沖洗摩擦副改善機械密封工作環(huán)境，還可以作為一級密封面是否失效的重要檢測手段。

三、結構

與單端面機械密封相比，雙端面機械密封多一個摩擦副。兩摩擦副可分別由兩動環(huán)兩靜環(huán)組成，也可由兩動環(huán)共用一靜環(huán)或者兩靜環(huán)共用一動環(huán)組成。雙端面機械密封有多種分類方法。

1.根據(jù)密封液系統(tǒng)壓力可分為有壓雙封和無壓雙封

有壓雙封密封液系統(tǒng)的壓力一般要比一級密封前的壓力高0.01～0.03MPa。這樣一級密封泄漏時，密封液會進入泵內，確保了泵內介質不會泄漏到外界。由于密封液進入泵內，密封液系統(tǒng)壓力、液位降低，可以實現(xiàn)密封的泄漏監(jiān)測和報警。

無壓雙封密封系統(tǒng)內的壓力一般為常壓或微壓，低于一級密封前的密封腔壓力。當一級密封泄漏時，泵內介質會進入密封液系統(tǒng)，導致密封液系統(tǒng)的壓力和液位升高，可以通過壓力開關或液位開關實現(xiàn)泄漏監(jiān)測和報警。通過密封液系統(tǒng)來監(jiān)測雙端面機械密封失效與否，也是其區(qū)別于單端面機械密封最主要的形式之一。

2.按摩擦副布置形式分為徑向式、面對面、背對背及串聯(lián)式4類（如圖2所示）

徑向雙端面機械密封包括有一對相互配合的動環(huán)和靜環(huán)，其主技術結構特征在于，在動環(huán)和靜環(huán)配合端面上對應開設有圓環(huán)凹槽形成徑向兩個配合摩擦副，在靜環(huán)上開設有泄流孔，從而形成徑向雙端面機械密封。其整體結構簡單緊湊，結構空間小，安裝使用方便，特別適用于徑向安裝尺寸受限的場合使用。

面對面雙端面機械密封有靜環(huán)面對面和動環(huán)面對面兩種形式。靜環(huán)面對面是一整體動環(huán)，動環(huán)面對面是一整體靜環(huán)。但是由于加工精度、機械密封失效后更換成本等問題，面對面式雙封在流體泵用機械密封中使用較少，一般應用于密封腔尺寸較小的場合。背靠背或串聯(lián)機械密封已經完全可以覆蓋面對面機械密封的適用工況。輕烴、黏性、聚合流體、有害氣體采用干氣密封，非接觸設計可以采用面對面機械密封。面對面機械密封要求封液壓力大于介質壓力，屬于有壓雙封，否則內側機械密封動靜環(huán)受力不合理。面對面結構多用于集裝式結構，既可以做單端面，又可加封液做成雙端面。

圖2　雙端面機械密封結構圖

背對背式雙端面機械密封亦可做成集裝式，拆裝方便，檢修容易，因此使用較多。硫磺裝置雙端面機械密封為背對背式。背對背式雙封分別有兩動環(huán)和兩靜環(huán)，一級密封為外流式。因其適用工況寬，應用廣泛，狹義上的雙端面機械密封專指背對背式雙端面機械密封。背對背式雙封屬于有壓雙封，當一級密封失效后密封液系統(tǒng)的壓力和液位都會降低。密封液循環(huán)的動力由內置泵效環(huán)提供。

串聯(lián)機械密封是兩組或兩組以上同向布置的單端面機械密封組成串聯(lián)機械密封，兩組單端面機械密封組成串聯(lián)雙端面機械密封。這種密封方式使密封腔的壓力逐級降低，介質不至外漏。串聯(lián)雙端面密封由于其結構緊湊，可適用于軸徑尺寸不大，軸向尺寸小，且轉速較大的中等載荷的場合。內端為平衡型機械密封，外端為非平衡型帶泵效環(huán)機械密封。串聯(lián)式雙端面機械密封可做成有壓雙封，也可做成無壓雙封，以無壓雙封最常見。封液提供密封面的冷卻潤滑，靠內置泵效環(huán)循環(huán)。

3.泵送還的分類及原理

根據(jù)密封腔內能利用的空間不同，而選用不同結構的泵送環(huán)。當密封腔徑向空間較大而軸向空間較小時，選用離心式泵送環(huán)；當密封腔軸向空間較大而徑向空間較小，則選用螺旋式泵送環(huán)；如果密封腔有足夠的空間，則兩種泵送環(huán)可任意選。常用的泵送環(huán)有離心式和螺旋式兩種結構，離心式泵送環(huán)有開口槽式、斜孔式和半圓槽式等樣式，斜孔式是為了增大密封液流量,減少流體阻力而設計的,對軸旋向有要求。螺旋式有內外螺旋配合式和只有外螺紋旋轉等樣式，后一種較常用,螺紋式泵送環(huán)有螺紋旋向要求。

離心式泵送環(huán)是在金屬環(huán)的一側加工出液槽(或孔)利用泵送環(huán)高速旋轉時產生的離心力將出液槽(或孔)內的密封液甩出，使泵送環(huán)外側的密封液形成一定的壓力，將泵送環(huán)外側的密封液導流出去，同時泵送環(huán)內側的密封液不斷補充到出液槽(或孔)中，形成持續(xù)泵送效應，工作狀況類似離心泵。離心式泵送環(huán)要求由離心力作用甩出的流體對著出口；螺旋式泵送環(huán)是在旋轉套的外表面加工出多頭螺紋,與套在旋轉套外面靜止件的內表面配合使用，當泵送環(huán)旋轉時，螺紋將帶動螺紋槽內介質旋轉。由于慣性作用螺紋槽內介質與螺紋槽產生相對運動，促使密封液向一側運動，使泵送環(huán)兩側產生壓差。此壓差將高壓側的密封液通過出口流道引出到外部管路，經過換熱器或儲罐后回流到密封腔形成循環(huán)。

四、失效分析

轉動設備故障中，因機械密封泄漏而停機的約占維修設備總量的50%。雙端面機械密封失效機理與單端面機械密封失效機理基本相同，主要是密封面的失效。在機泵運行過程中，由于摩擦和攪拌產生的熱量會使密封面溫度升高，加之介質的影響，就會出現(xiàn)密封面介質的氣化、密封環(huán)變形、熱磨損，甚至出現(xiàn)熱裂。有的介質在溫度變化時會加劇固化、聚合、結晶、結焦和腐蝕。種種非正常的工況將加劇或者短期內直接導致密封失效。

密封失效的原因為操作問題（沖洗液中斷等）；機械方面問題（安裝誤差、間隙不當、調整不當）；流體回路高等錯誤（負壓不足、沖洗液不足、泵特性不適當）；密封元件選擇不當（材料或基本結構錯誤）；其他原因。

密封失效的主要原因為操作問題。分析故障時，要對其整個過程，包括拆卸前的泄漏狀態(tài)、泄漏量、拆卸中的檢查、密封部件檢測等深入研究，找到故障發(fā)生的泄漏點和真實原因，進而采取相應措施。

五、日常維護

首先，啟動前檢查輔助裝置是否正常，保證密封液系統(tǒng)液位、壓力在操作范圍之內，各處密封良好。按轉動方向盤車通過雙端面機封泵效環(huán)將機封內充滿液體。

其次，不要使泵抽空避免密封端面發(fā)生干摩擦。

第三，經常檢查輔助裝置是否正常工作：

一是注意密封液液面的位置，油位降低要經常補充，壓力降低要補氣保壓。

二是定期排放泄漏液。

三是經常檢查冷卻水管、沖洗管等，杜絕發(fā)生堵塞，防止突然停水而使冷卻、沖洗效果不好，造成密封失效。

第四，防止機器本身振動、發(fā)熱等對密封的影響。

一是注意異常聲響，振動可造成防轉銷等松開、脫出。

二是注意異常發(fā)熱并作合理調整。

六、結語

雙端面機械密封泄漏與工藝操作及安裝檢修有直接關系。在日常生產中應規(guī)范操作，加強管理，對故障做總結分析，是保證和提高密封效率及壽命的必要措施。

參考文獻：

[1]董曉明.雙端面機械密封泄漏原因及對策[J].潤滑與密封，1998，NO.7.

[2]王顯偉，宋巍.機械密封失效原因分析及預防[J].遼寧化工，2004，第33卷第8期.

[3]周原，王天普等．機泵維修鉗工[M]．北京：中國石化出版社，2009:129-143.

中圖分類號：TH311

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）01-0074-03

收稿日期：（2015-11-04）