机械密封结构型式的选择对机械密封的性能将产生直接影响,正确的选型是机械密封使用的前提,应根据不同的使用条件,分别选用普通、耐高温、耐高压、耐颗粒以及适应易汽化的烃类介质等不同的结构型式,并选择适合介质特性的材料,以达到最佳使用效果。机械密封选型要考虑密封腔内的压力水平,以确定应当采用何种机械密封型式;例如是否为平衡型机械密封,此外还可以选择单端面机械密封或双端面机械密封。
机械密封的选型还可以根据工作速度来确定,可选择的机械密封型式主要有旋转式机械密封、静止式机械密封、流体动压式机械密封和非接触式机械密封几种。在确定工作速度后,可以按照需要选择合适的类型。机械密封的安装有效空间则决定了机械密封时应当采取的安装型式,例如内装式或外装式。同时,安装有效空间还决定了机械密封的弹簧性质,如多弹簧、单弹簧和波形弹簧。机械密封
的工作流体特性决定了机械密封的摩擦副等部件的材质及机械密封安装方式。
若使机械密封的性能达到最佳状态,必须按照使用的工况条件正确选型。每种密封都有其使用范围,若选材不当或超越了使用范围,则密封的性能明显降低,使用寿命缩短。
机械密封结构型式的选择是选型中的重要步骤,选型前必须先对以下内容进行调查:
1)工作参数:使用压力p(MPa)、使用温度T(℃)、工作转速v(m/s)、密封轴径d(mm)。
2)介质特性:浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维杂质、是否易汽化或结晶等。
3)主机工作特点与环境条件——连续或间歇操作。
4)主机对密封的允许泄漏量、泄漏方向(内漏或外漏)要求、寿命及可靠性要求。
5)主机对密封结构尺寸的限制。
p是指密封腔处的介质压力,根据p值的大小可以初步确定是否选择平衡式的结构以及平衡程度。对于介质粘度高、润滑性好的,p≤0.8MPa,或低粘度、润滑性较差的介质,p≤0.5MPa时,通常选用非平衡式结构。p值超过上述范围时,应考虑选用平衡式结构。当p>5.0MPa时,一般单端面平衡式结构很难达到密封要求,此时可选用串联式、双端面或多端面密封。
v是指密封面平均直径的圆周速度,根据v值的大小确定弹性元件是否随轴旋转,即采用旋转式或静止式结构,一般v<25m/s的可采用旋转式,速度更高的条件下,由于旋转件的不平衡质量易引起强烈振动,最好采用静止式结构。若p和v的值都高时,可考虑选用流体动压式结构。
T是指密封腔内的介质温度,根据T的大小确定辅助密封圈的材质、密封面的冷却方法及其辅助系统。温度:-50℃≤T<150℃,根据介质腐蚀性强弱,可选用氟橡胶、硅橡胶或聚四氟乙烯成型填料密封圈;温度:T<-50℃或T≥150℃时,橡胶和聚四氟乙烯会产生低温脆裂或高温老化,此时可采用金属波纹管密封;介质温度高于80℃时,在密封领域中通常就要按高温来考虑,此时必须采取相应的冷却措施。
腐蚀性较弱的介质,通常选用内置式机械密封,其端面受力状态和介质泄漏方向都比外装式结构合理。对于强腐蚀性介质,由于弹簧选材较困难,可选用外置式或聚四氟乙烯波纹管式机械密封,但一般只适用p≤0.3MPa的范围内。
易结晶、易凝固和高粘度的介质,应采用大弹簧旋转式结构,因为小弹簧容易被固体物堵塞,高粘度介质会使小弹簧轴向补偿移动受阻。
易燃、易爆、有毒介质,为了保证介质不外漏,应该采用有封液(隔离液)的双端面结构。按上述工作参数和介质特性选定的结构往往只是一个初步方案,最终确定还必须考虑主机的特征和对密封的某些特殊要求。
1)确认介质——选择材料。
2)确认工作参数——选择密封结构型式及密封辅助系统。
3)确认密封使用条件-—检查密封结构及选材。
4)确认密封尺寸--检查主机密封及安装尺寸。
5)密封选型——选型确认。
图1 机械密封选型步骤
选型时可按JB/T 4127.2—1999《机械密封 分类方法》选择密封类型,根据美国石油学会标准API 682 《离心泵及回转泵轴封系统》的规定选用密封的标准冲洗方案和辅助设备。机械密封的初步选型见表1。
表1机械密封的初步选型
表1 的选型内容仅考虑单一工况条件,实际工作中遇到的情况比较复杂。因此,选型时必须逐一研究各项参数并综合考虑,以达到选用既能满足使用条件又比较经济的密封产品。
对于以下几种特殊的使用条件,应事先与密封制造厂商进行沟通,以便采取特殊的结构设计满足使用要求。
1)温度:T>120℃或T≤-20℃ 的场合。
2)使用压力:p>3.0MPa的场合。
3)端面线速度:v>25m/s的场合。
4)介质易结晶或含有颗粒、纤维等的场合。
5)介质是易燃、易爆、易汽化、有毒的场合。
机械密封结构型式的选择是设计环节中的重要步骤,必须先调查以下项目,以便选取适合的机械密封产品。
1)工作参数——介质压力、温度、轴径和转速。
2)介质特性——浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维杂质,是否易汽化或结晶等。3)主机工作特点与环境条件——连续或间歇操作,主机安装在室内或露天,周围气氛性质及气温变化等。
4)主机对密封的允许泄漏量、泄漏方向(内漏或外漏)要求,寿命及可靠性要求。
6)操作及生产工艺的稳定性。
7)按照图1机械密封的选型步骤,进行选型确认。