隨著工業(yè)的發(fā)展，用泵輸送含雜質(zhì)的介質(zhì)日益增多。傳統(tǒng)上這類泵習(xí)慣用填料密封。近幾年來，由于其泄漏量大，導(dǎo)致能耗與維修費(fèi)不斷升高，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，因而采用機(jī)械密封的趨勢增強(qiáng)。顯然，這是因為經(jīng)特殊設(shè)計的機(jī)械密封可以滿足泄漏量小、能耗低、壽命長，以及合適的價格等要求。
一、分類
雜質(zhì)介質(zhì)可以大致分類如下：
1. 按物理性質(zhì)分類
(1) 溶解性顆粒介質(zhì)，如各種鹽溶液、熔融尿素、糖溶液、染色體、藥液等。這類介質(zhì)會因溫度變化而析出結(jié)晶或生成凝固物。
(2) 非溶解性顆粒介質(zhì)，如礦渣液、含砂石的水、煤漿、鉆井漿等。
(3) 纖維漿料介質(zhì)，如糞便、紙漿液、纖維漿液等。其纖維質(zhì)量輕，在液體中多呈懸浮狀態(tài)。
2. 按流變學(xué)分類
(1) 賓厄姆流體如油漆、瀝青、粘土泥等。
(2) 假塑膠流體如高分子物的溶液及熔融液、淀粉漿、纖維酯、玻璃溶液等。
(3) 膨脹流體如淀粉加水、云母加水的物質(zhì)，適當(dāng)比例的泥砂和水的混合物等。
二、機(jī)械密封設(shè)計要點(diǎn)
對含雜質(zhì)介質(zhì)，選用普通單端面機(jī)械密封會出現(xiàn)下列問題：
(1) 摩擦副端面早期磨損。
(2) 造成滑動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)堵塞，不能作軸向位移。
(3) 堵塞加載機(jī)構(gòu)，使彈性元件失效。
(4) 造成旋轉(zhuǎn)組件的磨損。
為解決上述問題，需要詳細(xì)了解被密封介質(zhì)的特性和操作條件，并進(jìn)行專門設(shè)計，從設(shè)計上確保其結(jié)構(gòu)、材料或密封系統(tǒng)都能符合要求。
1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在設(shè)計時，應(yīng)采用防止雜質(zhì)顆粒堵塞的結(jié)構(gòu)，如外裝式機(jī)械密封;采用內(nèi)裝密封時，應(yīng)將彈簧與介質(zhì)隔離。
一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用單端面機(jī)械密封，因為它費(fèi)用低，占用空間位置小。但在以下場合必須采用雙端面機(jī)械密封：
(1) 固體含量超過10wt%.
(2) 高度濃縮的介質(zhì)。
(3) 有危險性及有毒介質(zhì)
(4) 為避免在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中使用昂貴的材料等。
2. 摩擦副材料當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和循環(huán)系統(tǒng)不能*提供對密封的保護(hù)時，所選用的摩擦副材料的硬度必須高于磨粒的硬度。通常選用抗磨粒磨損性能好的材料組隊，如硬質(zhì)合金對硬質(zhì)合金，碳化硅對硬質(zhì)合金，碳化硼對硬質(zhì)合金。采用雙端面機(jī)械密封時，大氣側(cè)的端面材料可與普通機(jī)械密封所用材料相同。
3. 密封系統(tǒng)采用單端面機(jī)械密封時，為了避免顆粒雜質(zhì)的危害，須根據(jù)不同情況分別采取沖洗、過濾、分離、隔離、保溫和加熱等措施。
采用雙端面機(jī)械密封時，要求封液在密封腔內(nèi)建立壓力，進(jìn)行封堵、潤滑和冷卻循環(huán)。
三、 各類雜質(zhì)介質(zhì)用典型機(jī)械密封裝置
以下從結(jié)構(gòu)、摩擦副和密封系統(tǒng)三方面對國內(nèi)外典型機(jī)械密封裝置進(jìn)行介紹與分析。
1.渣漿泵和泥漿泵用密封在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，渣漿泵和泥漿泵的使用條件都非?？量獭Ｃ芊庋b置所遇到的突出問題是磨損與堵塞以及腐蝕問題。介質(zhì)中固體顆粒越硬，棱角越尖，顆粒越細(xì)，溫度或壓力越高，其危害性也越大。密封的可靠性與壽命取決于工況環(huán)境，而環(huán)境是可以通過密封系統(tǒng)技術(shù)加以改變的，因此，應(yīng)因地制宜改善密封運(yùn)行條件。其措施包括固體物的隔離、分離，溫度調(diào)節(jié)以及采用清潔的沖洗液注入密封界面。以下用實例加以說明。
(1)單端面密封一般簡單的單端面密封裝置都有清潔的沖洗液體作用在密封的界面上。沖洗液的可靠性和質(zhì)量是密封成敗的關(guān)鍵。若從外部注入清潔沖洗液，密封的工作環(huán)境可得到改善，但必須損耗沖洗液，而且，其先決條件是所輸送的液體允許被沖洗液微量稀釋。
圖5-12和圖5-13為兩種結(jié)構(gòu)基本近似的隔離、沖洗系統(tǒng)。從圖5-12中可以看出，在正常操作條件下，當(dāng)沖洗液進(jìn)入密封腔時，橡膠、金屬擋板阻擋沖洗液進(jìn)入工藝介質(zhì)中。
圖5-13采用了唇形密封和一個橡膠節(jié)流套。采用這兩種措施后，密封腔內(nèi)均不受漿料的侵襲?？刂茮_洗液的流量十分重要。泵送液不允許過量稀釋，因為漿料趨于采用低轉(zhuǎn)速，通常沖洗液流量不超過2L/min便可滿足密封的需要。圖中的流量計是用來顯示在沒有過量泄漏情況下流入密封腔的實際流量，以免過大的消耗沖洗液。
如果偶然發(fā)生沖洗液不足或中斷的現(xiàn)象，單向閥會自動關(guān)閉。圖5-12中所示摩擦環(huán)便承載介質(zhì)端流體的負(fù)荷，從而切斷了被密封介質(zhì)進(jìn)入密封腔，因此可為密封提供保護(hù)。
圖5-13所示密封裝置的工作方式與上述類似。在正常的工作條件下，T形的唇形密封被壓向機(jī)械密封的一側(cè)，當(dāng)內(nèi)唇口(與噴涂陶瓷軸套)產(chǎn)生磨損后，則唇形圈的端部貼向軸套臺肩端面，其作用猶如止逆閥一樣。
上述兩實例中，沖洗液被存于密封腔中，以阻止介質(zhì)進(jìn)入腔內(nèi)。如果系統(tǒng)中安裝有壓力開關(guān)與報警器(聲或光報警器)，一旦密封腔內(nèi)沖洗液壓力下降，或輸送的顆粒介質(zhì)進(jìn)入封腔時，可迅速停滯運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械密封將不會受到損壞。
沖洗液一般是用水，但也可以根據(jù)不同的需要，進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。對于高濃度的礦物渣漿液來說，理想的沖洗液當(dāng)然是潔凈的水。當(dāng)不可能獲得清潔液時，可用旋液分離器將泵送的流體通過離心分離處理，如圖5-14所示。泵的出口和旋液分離器間有聯(lián)接管線，清潔液管線從分離器的頂部連接密封腔，污液管從分離器的底部連接泵的吸入口回到泵內(nèi)。旋液分離器的捕集性能很好，對3μm的粒子，85%可被捕集;對20μm的粒子，幾何100%被捕集，而不存在堵塞的危險。
圖5-15所示密封裝置是專為提水灌溉工程用TGB1400-32/2490貫流泵潛水電機(jī)(潛水深度5.4～8.4m)專門設(shè)計的。它安裝在電機(jī)軸承和葉輪中間軸上，以防止長江水進(jìn)入電機(jī)軸承，保證貫流泵的正常運(yùn)行。其技術(shù)數(shù)據(jù)為：
葉輪直徑：φ2.3m
軸徑：φ371㎜
轉(zhuǎn)速：187.5r/min
揚(yáng)程：5.5m
流量：21m3/s
介質(zhì)：長江水(含泥沙)
壓力：85KPa
壽命：一年(按每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12h計算，累計時間為4000h)
該密封裝置由機(jī)械密封和停機(jī)密封以及循環(huán)控制系統(tǒng)所組成。
機(jī)械密封為一徑向雙端面機(jī)械密封。摩擦副由硬質(zhì)合金作非補(bǔ)償環(huán)與加固橡膠(533橡膠)補(bǔ)償環(huán)組隊;封液通過非補(bǔ)償環(huán)上的孔進(jìn)入旋轉(zhuǎn)環(huán)的環(huán)形溝槽而形成密封腔;加載機(jī)構(gòu)由彈簧和橡膠波紋管共同組成。
事故停車密封為一橡膠氣胎密封，當(dāng)機(jī)械密封失效泄漏則被自動充氣，將停止轉(zhuǎn)動的主軸抱住，這樣就能防止江水漏入電機(jī)。從而避免電機(jī)損壞。
封液循環(huán)的氣源控制系統(tǒng)流程如圖5-16所示，控制程序見框圖5-17.封液壓力為0.15MPa,停車密封壓力<0.2MPa，當(dāng)氣胎內(nèi)壓達(dá)到0.25MPa時，便自動停止充氣。
5-18所示為法國AlnminumPechiney工廠試驗部針對鋁土礦、*懸浮液設(shè)計的GPA型機(jī)械密封。它廣泛用于制鋁業(yè)、粉末冶金業(yè)及污水工程、采礦等領(lǐng)域。
GPA密封的主要特點(diǎn)是不需要沖洗。輔助密封圈由合成橡膠或聚四氟乙烯包覆金屬膜片構(gòu)成，能補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)環(huán)的磨損和調(diào)節(jié)與軸的垂直度偏差。彈簧比壓可以由軸套尾部的緊固螺母通過螺紋任意調(diào)節(jié)。密封腔流道很寬，與介質(zhì)接觸的密封元件無狹小間隙，不會產(chǎn)生阻塞故障。摩擦環(huán)采用硬質(zhì)合金組隊，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。
圖5-19所示為荷蘭IHC(荷蘭礦物技術(shù)學(xué)會)研究開發(fā)的吸揚(yáng)式挖泥船高壓夾壁泥漿泵用密封。
吸揚(yáng)式挖泥船挖掘zui大深度為26m.夾壁泥漿漿液的壓力可高達(dá)2.5MPa。泵送介質(zhì)是帶沙石泥漿水，具有腐蝕性。在如此苛刻條件下工作的機(jī)械密封仍具有較高的線速度(軸徑為240㎜)
該密封裝置由旋轉(zhuǎn)式、平衡型機(jī)械密封和唇形密封構(gòu)成。設(shè)有沖洗潤滑系統(tǒng)及陰極防腐蝕裝置。唇形密封用以隔離沖洗流體與被密封介質(zhì)。該機(jī)械密封的載荷系數(shù)為0.7，沖洗流量為3m3/h。
(2)雙端面密封
雙端面密封可靠性高，雖然安裝費(fèi)用較高，但可從使用壽命長中得到補(bǔ)償。
采用兩套單端面密封相背布置，如圖5-20所示。在兩組密封之間形成密封腔，腔內(nèi)注入流體，流體的壓力應(yīng)比被密封介質(zhì)的壓力高0.1MPa以上。圖中的封液循環(huán)是利用熱虹吸現(xiàn)象來實現(xiàn)的。熱虹吸系統(tǒng)的設(shè)計，廣泛用于雙端面機(jī)械密封。熱虹吸容器必須按壓力容器規(guī)范制造與檢驗。該容器用作封液的儲存并進(jìn)行冷卻，以及利用氣體對封液加壓。有帶冷卻盤管和不帶冷卻盤管兩種設(shè)計。
圖5-21所示的串聯(lián)機(jī)械由兩套同向不致的單端面密封組成。隔離流體的壓力一般不高于介質(zhì)壓力，這樣即可使介質(zhì)側(cè)的*道密封形成合理的壓差，又可使大氣側(cè)的第二道密封的負(fù)荷降低。若采用較高的壓力，勢必使位于介質(zhì)側(cè)的密封受一推開力，顆粒有可能趁機(jī)進(jìn)入隔離流體，同時又使大氣側(cè)第二道密封的壓力載荷上升。因此，在串聯(lián)式雙端面密封中，隔離流體壓力高于被密封的介質(zhì)壓力是有害無益的。介質(zhì)壓力大于隔離流體壓力可使密封面緊貼，防止密封介質(zhì)入侵。由圖可見，當(dāng)*套密封失效時，位于大氣側(cè)的密封還能維持一定時間的密封作用，直到機(jī)泵安全停車。
大多數(shù)雙端面密封組隊材料的選擇易標(biāo)準(zhǔn)化。在實際使用中，位于介質(zhì)端的摩擦副使用硬質(zhì)合金組隊，或碳化硅組隊;位于大氣端的選用碳石墨與鎳鎘鋼組隊。
3. 造紙廠泵用密封抽送紙漿的泵有柱塞泵、離心泵和轉(zhuǎn)子泵等。多年來，離心泵已取代了大多數(shù)柱塞泵。柱塞泵僅在小排量、高壓下使用。
過去，在紙漿和造紙生產(chǎn)中，都是采用傳統(tǒng)的填料密封來限制或盡量減少泵的泄漏。使用填料密封較方便，但是泄漏量大，運(yùn)行費(fèi)用高，其中包括密封成本、水費(fèi)、維修費(fèi)、熱損失費(fèi)、冷凝水損失費(fèi)，電費(fèi)等。后五項費(fèi)用是填料密封不經(jīng)濟(jì)的主要原因。目前，機(jī)械密封已被許多造紙廠家所接受，越來越多地用以替換原有的填料密封。實踐證明其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。但造紙工業(yè)應(yīng)用機(jī)械密封的進(jìn)展仍較慢，其主要原因是造紙工藝的條件惡劣，所涉及的磨蝕介質(zhì)有泥漿、白水、黑液、腐蝕劑和紙漿料等。機(jī)械密封用于上述場合并非一切都很理想，必須對機(jī)械密封進(jìn)行特殊設(shè)計或正確的選用才能達(dá)到預(yù)期效果。
以下對裝備有完整漂白設(shè)備的造紙廠用機(jī)械密封加以敘述。
(1)紙漿泵密封稀濃度紙漿泵(濃度在0.15%以下)可采用圖5-22所示的密封裝置，該密封的主要特點(diǎn)是：
1)橡膠波紋管式機(jī)械密封對纖維的積聚不敏感;密封面磨損后可通過流體壓力和彈簧載荷作用于波紋管的位移來補(bǔ)償;與軸無摩擦接觸，是一個自由的撓性元件。
2)采用單個大彈簧，旋轉(zhuǎn)時能產(chǎn)生附加渦流，不易被阻塞。
3)大氣端采用兩個柔性石墨填料密封圈來阻止隔離冷卻沖洗水向大氣端泄漏。
4)葉輪背后附近的密封腔是敞開的，因而密封件可以靈活的拆卸。
中等濃度的紙漿泵可采用圖5-23所示的雙端面機(jī)械密封。封液在雙端面之間進(jìn)行循環(huán)、冷卻。內(nèi)側(cè)密封可看成是一套外裝單端面密封，它阻止泵送介質(zhì)向密封腔泄漏。外側(cè)密封可看成是一套內(nèi)裝單端面密封，它阻止封液向大氣側(cè)泄漏。封液有較高的壓力是為內(nèi)側(cè)密封界面上提供潔凈液膜所必須的。這類密封還可有效地運(yùn)用于污水、硫酸鹽和白液泵中。高濃度紙漿泵可采用圖5-24所示的組合密封裝置。該密封裝置在密封腔喉部設(shè)置一個聚四氟乙烯唇形密封。大氣端裝以內(nèi)裝式機(jī)械密封。唇形密封用意阻止纖維、雜質(zhì)進(jìn)入密封腔。腔內(nèi)的冷卻沖洗液為低壓低流速的水。
(2)黑液泵密封在硫酸鹽化學(xué)紙漿工藝中所用的大量化學(xué)藥品需要回收重復(fù)使用。所謂黑液是從褐色原料洗滌器內(nèi)的漿液分離出來的廢硫酸鹽煮液。淡的黑液中含有15%～25%的固體顆粒、纖維和已溶解的化學(xué)物質(zhì)，PH值大約為10.這種液體在多效蒸發(fā)器內(nèi)濃縮，并且zui終在再生爐內(nèi)燃燒，用以產(chǎn)生蒸汽，作為工廠的動力。由再生爐底收集的化學(xué)品再用于煮液中。
當(dāng)?shù)暮谝涸诙嘈д舭l(fā)器中濃縮，固體含量增高時，液體具有較高的粘度。從zui后一效蒸發(fā)器內(nèi)得到的液體含有近50%的固體，液體粘度將增大到(15～37)×10-3Pa.s.在蒸發(fā)時，操作溫度為93～104℃.
在蒸發(fā)器內(nèi)的水蒸發(fā)后，液體中的固體含量增加，可達(dá)50%，因此，應(yīng)避免填料密封或普通機(jī)械密封所必須的沖洗水進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，從而大大提高蒸發(fā)效率。
圖5-25所示為具有旁路沖洗的單端面內(nèi)內(nèi)裝式機(jī)械密封及系統(tǒng)。它適用于含固體顆粒纖維濃度不大于25%的場合。
該密封不用沖洗水，而是利用泵送介質(zhì)引入蒸汽管線進(jìn)行沖洗循環(huán)，排除了沖洗水通過泵進(jìn)入蒸發(fā)器系統(tǒng)稀釋液體的可能性。密封為平衡型，采用單端面，彈簧被封閉，以防止阻塞。摩擦副用硬質(zhì)合金組隊。如圖5-25所示，其非補(bǔ)償環(huán)可以利用填料壓蓋夾持，便于將填料密封改為機(jī)械密封。
在圖5-25密封腔底部的徑向間隙至少加大到5㎜，且旁通管與密封壓蓋連接處的連接管內(nèi)徑不小于12㎜，以保證液體介質(zhì)正常流入密封腔。
來自貯槽的黑液含有50%的固體，尚未濃縮到足以在再燒爐內(nèi)燃燒的程度。因此需要 更多的直聯(lián)蒸發(fā)器或階式蒸發(fā)器加以濃縮。燃燒段的zui終產(chǎn)物是固體含量在70%以上的黑液，并且在加入硫酸鈉后，其粘度能達(dá)14×10-1Pa.s，液體溫度必須保持在110℃左右才能保證流動和維持再生爐的*燃燒狀態(tài)。如果出現(xiàn)冷卻，則燃燒段的黑液將會凝結(jié)。
濃黑液中的高含量固體給機(jī)械密封在循環(huán)泵上的使用帶來了很大的困難。但采用圖5-26所示具有蒸汽沖洗的外裝式單端面機(jī)械密封能解決其軸封問題。
適量蒸汽沖洗密封所形成的冷凝液對增加泵的負(fù)荷是很小的。它的優(yōu)點(diǎn)是增加液體的熱量而不冷卻降溫。在絕大多數(shù)工廠中，低壓蒸汽來源充足，且易于控制壓力和流量。注入的蒸汽應(yīng)比介質(zhì)壓力高出0.05～0.1MPa。密封腔內(nèi)用一金屬套以減少腔體的容積和增強(qiáng)蒸汽的沖洗作用。循環(huán)冷卻說通過壓蓋到達(dá)密封的界面上，以便冷凝密封面間的蒸汽，為滑動面提供潤滑。端面材料使用硬質(zhì)合金與硬質(zhì)碳石墨組隊。
(4) 白液泵密封在漂白過程中，漂白劑在纖維素纖維的處理和漂白中起著特殊的作用。如果漂白劑中注入沖洗水，會使漂白劑的濃度降低，化學(xué)成分發(fā)生變化，這不僅會影響工藝流程的正常進(jìn)行，還將對管道和設(shè)備產(chǎn)生很強(qiáng)的腐蝕。
漂白劑泵用機(jī)械密封的關(guān)鍵之一是材料的選擇。例如，在Na2CO3溶液中，若材料選用不當(dāng)會導(dǎo)致密封件因腐蝕而失效。與壽命有關(guān)的另一個關(guān)鍵因素是，當(dāng)溫度不穩(wěn)定時，其中某種漂白劑溶液會產(chǎn)生鹽析結(jié)晶。這種結(jié)晶沉淀物腐蝕性*，對密封端面的危害很大，而且還容易使密封產(chǎn)生阻塞故障。
圖5-27所示為用于漂白劑泵的單端面機(jī)械密封。其特點(diǎn)是：多彈簧置于密封腔外，不受堵塞、腐蝕的影響;當(dāng)密封端面磨損時，補(bǔ)償環(huán)相對于輔助密封圈朝潔凈的密封區(qū)位移;補(bǔ)償環(huán)與軸不接觸，無磨損卡滯故障。補(bǔ)償環(huán)之間的密封圈為以特制的聚四氟乙烯唇形圈包覆橡膠O形圈。其優(yōu)點(diǎn)是，既具有聚四氟乙烯優(yōu)良的耐腐蝕性，又具有橡膠圈原有的柔性和彈性。聚四氟乙烯摩擦阻力小，橡膠圈的高彈力特性用以克服聚四氟乙烯的蠕變。
圖5-28是在上述單端面機(jī)械密封基礎(chǔ)上發(fā)展起來的雙端面機(jī)械密封，使用效果很好。其特點(diǎn)在于：密封介質(zhì)或隔離流體壓力發(fā)生變化時，端面比壓卻變化不大。圖5-29為該密封的受力分析圖。圖5-29A、B中，F(xiàn)2是介質(zhì)作用在補(bǔ)償環(huán)有效面積上的力;由有效面積A2可決定F2的大小;F1則為介質(zhì)壓力F2產(chǎn)生的液膜反力，通常設(shè)計成F2略大于F1。圖5-29C中，f3是隔離流體作用于A3面積上產(chǎn)生的力，使密封緊密貼合;f3是隔離流體作用于A3面積上產(chǎn)生的力，使密封緊密貼合;f1是f3產(chǎn)生的反力。面積A1、A2、A3決定了密封面的比壓。通常設(shè)計時應(yīng)使f3略大于f1.
這種雙端面機(jī)械密封的浮動性*。圖5-30表示在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的狀態(tài)，盡管泵軸產(chǎn)生了大撓曲，其密封端面仍能緊密貼合而不會咬死和泄漏。
以上介紹的白液泵所用機(jī)械密封還可廣泛地用于其它化工流程泵。
4. 污水泵用密封城市或工業(yè)區(qū)的廢水常用污水泵排入污水池中進(jìn)行凈化消毒，泵送介質(zhì)的組成相當(dāng)復(fù)雜，如含有泥沙、不溶的無機(jī)鹽、酸或堿、膠狀物、脂肪渣和纖維等。污水泵用機(jī)械密封必須可靠、耐腐蝕、并具有抗堵塞與抗磨損的功能。一般采用清水沖洗密封是有效的。但在下水道用污水泵中，若不具備水沖洗條件時，可采用機(jī)油供油潤滑的密封裝置，如圖5-31、圖5-32所示。在設(shè)計時應(yīng)注意下列問題：
(1) 為保證循環(huán)管線的暢通，循環(huán)管線的管徑應(yīng)盡可能大，內(nèi)徑不得小于19㎜(3/4〝),同時盡量減少彎頭，中間不應(yīng)裝過濾器和閥門。
(2) 循環(huán)管線的位置設(shè)在葉輪背面的機(jī)殼處，以便利用葉輪的離心力作用排除大量的固體沉淀物。
(3) 密封腔內(nèi)不應(yīng)有其它阻礙物，若泵上安裝有節(jié)流套，應(yīng)拆除。
(4) 就立式泵而言，須在密封腔的適當(dāng)位置上設(shè)排氣孔，以確保密封面處于液相介質(zhì)中。
(5) 對于供油的固定油箱，應(yīng)裝在機(jī)械密封的大氣端，并配置唇形油封。
(6) 要優(yōu)先采用防阻塞性能好的橡膠波紋管機(jī)械密封。
(7) 密封與密封腔內(nèi)徑之間應(yīng)有足夠間隙。這樣，循環(huán)液有自由流動的通道，可保障密封不受沖蝕。
根據(jù)下水道設(shè)施所使用的泵和處理介質(zhì)的不同，將各種典型機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)特征介紹如下：
(1) 大型斜流泵、軸流泵用機(jī)械密封為保護(hù)浸沒式軸承(指水中軸承)需設(shè)置的密封密封，分油潤滑式和水潤滑式兩種。
圖5-33、圖5-34分別為斜流泵與軸流泵所用的具有代表性的機(jī)械密封。其主要結(jié)構(gòu)特征如下：
1) 滑動端面的外側(cè)裝防護(hù)罩，防止水中纖維狀雜質(zhì)影響轉(zhuǎn)動部件運(yùn)行，
2) 多彈簧全部安裝在清潔的潤滑液中，同時設(shè)置唇形密封圈以防止污物進(jìn)入其間，避免彈簧內(nèi)積污和影響密封的浮動、追隨性。
3) 滑動端面采用抗磨粒磨損的硬質(zhì)合金組隊，或用硬質(zhì)合金與銅合金組隊。
4) 旋轉(zhuǎn)環(huán)和補(bǔ)償環(huán)采用合成橡膠作輔助密封圈。圖5-34是采用合成橡膠制成的U形圈作補(bǔ)償環(huán)的保護(hù)和限位機(jī)構(gòu)。這種三重緩沖機(jī)構(gòu)的緩沖機(jī)能很好。當(dāng)泵抽吸含有較大固體物的污水而發(fā)生振動時，對滑動端面的沖擊趨于緩和。
5) 采用靜止型結(jié)構(gòu)能保持穩(wěn)定的密封性能，特別是大軸徑的泵。多彈簧可使端面預(yù)載荷均勻分布。
圖5-35和圖5-36所示分別為大型軸流泵和大型雙吸式離心泵用剖分式機(jī)械密封。盡管采用了剖分式結(jié)構(gòu)，經(jīng)特殊設(shè)計，精密的加工，其泄漏量能控制在整體結(jié)構(gòu)相近的程度。其主要特征如下：
1) 補(bǔ)償環(huán)端面開有溝槽，槽內(nèi)注入清潔水后形成一個具有壓差的貯水槽，可起到封堵作用，確保密封端面在負(fù)壓工況呀也不會出現(xiàn)干摩擦。
2) 彈簧等組件安裝在泵殼之外，因此不會發(fā)生堵塞故障。
3) 從外部可以直接觀察到滑動端面的磨損情況。
4) 不磨損泵軸，更換極為方便。對原來使用壓蓋填料密封的泵特別適用。
5. 潛水、潛油泵用密封潛水泵是30年代發(fā)展起來的一種機(jī)泵合一的提水機(jī)械。近年來，隨著地下水資源大規(guī)模的開發(fā)利用，造成地下水位普遍下降，使?jié)撍姳孟蛏罹较虬l(fā)展。
潛油泵是應(yīng)油田開發(fā)而發(fā)展起來的，主要用于油田開采后期的強(qiáng)采。
潛水、潛油泵和電機(jī)都是裝在機(jī)殼內(nèi)的貫穿軸上，其軸封的作用是防止提升的液體浸入軸承箱及電機(jī)。機(jī)械密封由于技術(shù)的發(fā)展，采用了合理的設(shè)計，獲得了優(yōu)異的性能。目前潛水、潛油泵的密封已廣泛采用機(jī)械密封
(1) 潛水泵用機(jī)械密封圖5-37為YQSY系列充油式潛水電泵的總體結(jié)構(gòu)。充油式潛水泵的主要特點(diǎn)是機(jī)內(nèi)充滿油(25﹟變壓器油)，它即可作電機(jī)內(nèi)部絕緣，又可起密封、潤滑和冷卻作用，并保護(hù)電機(jī)內(nèi)部不受水的侵蝕。因為電機(jī)潛入水中工作，所以對密封要求特別嚴(yán)格。通常各部位的靜密封能做到“零泄漏”。而旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械密封則成為充油式潛水電泵的技術(shù)關(guān)鍵。對它的要求是：
1) 堅固可靠、耐用，以便長期使用。
2) 提升的水絕不能侵入。為了保證潛水泵長年在井下運(yùn)轉(zhuǎn)，避免損壞軸承，燒毀電機(jī)，潤滑液的消耗應(yīng)極少，泄漏量通常限制在0.1mL/h以下。
3) 不僅要適合連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和間隙運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，而且還要適合長期停機(jī)，偶而開動，或一年只運(yùn)轉(zhuǎn)十幾次的情況。
4) 應(yīng)適應(yīng)高速、低速和重載工況條件;抗泥沙磨損，抗腐蝕。
圖5-38為 YQSY150A潛水泵用808型機(jī)械密封，圖5-39為YQSY200B、YQSY250B潛水泵用782型機(jī)械密封。這兩種結(jié)構(gòu)型式的密封具有下述共同的特征：
1) 摩擦副由硬質(zhì)材料組隊(用鎳基硬質(zhì)合金與鎳基硬質(zhì)合金組對)，抗泥沙磨損，抗鹽鹵腐蝕，并采用了端面變形小的結(jié)構(gòu)。
2) 808型為橡膠波紋管密封。而782型采用橡膠O形圈作輔助密封圈，并增加了防震橡膠O形圈，密封的緩沖性能特別優(yōu)異。其材料為氟橡膠。泵送地下熱水時，輔助密封圈不易老化失效。
3) 機(jī)械密封外部裝有橡膠防砂環(huán)，以免砂粒侵入密封。
4) 電機(jī)下部裝有保壓補(bǔ)油和貧油信號保護(hù)裝置。保壓裝置由油缸、橡皮一油囊、彈簧和托盤等組成。其作用是，依靠油囊和彈簧壓力來維持電機(jī)內(nèi)部油壓大于外部水壓0.02～0.03MPa，防止井水侵入，而且腔內(nèi)壓差與電泵下潛的深度無關(guān)(因為水壓將傳遞給油囊)，始終保持電機(jī)內(nèi)部油壓略高于水壓，以保證泄漏的方向從油到水，并不斷地自動補(bǔ)油。這樣既有利于密封面間的潤滑，又可起到吸熱作用，因為電機(jī)、密封在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)熱，機(jī)內(nèi)的油必然要產(chǎn)生熱膨脹。在電機(jī)工作中，若內(nèi)部進(jìn)水或油量消耗到規(guī)定界*，貧油信號裝置會給出指令自動切斷電源，保護(hù)電機(jī)。貧油保護(hù)結(jié)構(gòu)原理如圖5-40所示。
(2)潛油泵密封 潛油泵是近幾年來出現(xiàn)的新型采油設(shè)備。它適用于大排量(8000m3/d)、特深井(3000m)和海上油田的斜井等場合。
潛油泵機(jī)械密封是從油井套管中潛入上千米的油層，以密封油、水、氣三相混合物。由于下井、提井一次的費(fèi)用高達(dá)萬余元，并影響采油，因此要求有可靠的壽命和密封性能：泄漏量不大于0.11mL/h，壽命1.以上。
其運(yùn)行工況大致為：密封介質(zhì)含硫化氫和其它腐蝕性組分(PH8.5～9)和泥沙粒子的油、水、氣壓力0.7～1.20MPa(絕壓);溫度50～120℃;轉(zhuǎn)速2950r/min.
潛油泵所用典型的機(jī)械密封(圖5-41)為三級橡膠波紋管型機(jī)械密封，其上部為單端面機(jī)械密封，下部為雙端面機(jī)械密封，見圖5-42，圖5-43，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是通過輔助裝置把油井壓力通過中間介質(zhì)傳遞到各腔。*腔內(nèi)為油井壓力，油井壓力首先傳遞給U形腔中的惰性氟油，再通過氟油把壓力傳給潤滑腔(第二、第三腔和電機(jī)與軸承的第四腔)。這樣便形成了一個互相隔開的連通器，為處于高壓腔中的波紋管機(jī)械密封創(chuàng)造了有利于運(yùn)轉(zhuǎn)條件，使密封端面內(nèi)外的壓差△p幾乎為零。當(dāng)密封出現(xiàn)微量污液泄漏時，由于各腔都與U形腔氟油相通，因此污液將無法穿過高密度的氟油進(jìn)入清潔的潤滑油腔;盡管可能進(jìn)入大于氟油密封的顆粒，也只能沉積于U形腔下部，不會進(jìn)入潤滑油各腔。
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