机械密封及其应用简介
机械密封是一种精密的动态装置，用于密封工艺流体以防止其向环境中泄漏，泵和其它旋转设备用户使用这种装置已有近100年的历史。如今，同样的四个基本组件和基本原理适用于所有机械密封，但该技术在过去100年中不断发展，因此密封用户有多种选择，以满足其特定的技术、商业和可靠性需求。
本文的目的是为用户提供机械密封技术的基本背景知识，使他们能够就当今应用中的不同类型和配置做出明智的决定。不过，首先我们需要了解机械密封的工作原理。
要了解机械密封的工作原理，我们需要了解构成机械密封剖面结构的基本组件。图1显示了两种不同类型的机械密封的剖面图，它们显示了相同的四个基本组件。
图 1：两种不同类型的机械密封的剖面图，显示了相同的四个基本组件（图片由 A.W. Chesterton公司提供）
机械密封的组成部分包括：密封面副、辅助密封、弹簧和加载机构、结构部件和五金件、定位夹。
1. 密封面副
密封面副形成主要密封界面，在机械密封内提供旋转的动态密封。根据密封配置的不同，有的只有一对密封面副，称为单密封；有的有两对密封面副，称为双密封。有些机械密封可能有更多的密封面副，但这些密封是为特定应用而定制设计的。密封面副由各种碳/石墨材料以及碳化硅、碳化钨或氧化铝陶瓷等硬质陶瓷材料制成。每种材料都能为机械密封提供不同的工作特性和能力。
2. 辅助密封
每个机械密封都有各种辅助密封，用于防止机械密封内的其它接口泄漏。这些辅助密封大多是静态的，但有一个是动态的，以便在设备运行时密封面能动态地相互跟踪。如果密封面副失去动态跟踪，机械密封就会出现过度泄漏。
如图 2 所示，辅助密封有各种不同形式的弹性材料，包括O形圈、垫圈或金属/弹性波纹管。
图2：显示各种辅助密封的机械密封，包括O形圈和垫圈
3. 弹簧和加载机构
机械密封的第三个主要部件是弹簧或其它加载机构，用于在静态、非旋转时间和运行期间的动态跟踪中保持密封面接触。
这些弹簧和加载机构可以是大直径的单个弹簧、多个较小直径的弹簧、板簧、波形弹簧、金属或弹性波纹管。这些加载机构的适当功能对于机械密封的泄漏控制都至关重要。图3显示了一些可以使用的不同加载机构。
图3：不同类型的加载机构
4. 结构部件和五金件
第四个主要部件是金属部件和五金件。这些部件包括压盖、轴套、锁环和机械密封中使用的各种五金件。
压盖通常使用不锈钢合金，但根据应用要求，也可使用其它几种合金，包括合金20、双相或超级双相不锈钢、钛、哈氏合金或铬镍铁合金。五金和紧固件包括销钉、凸耳（销）和螺钉，用于组装和固定密封组件。
5. 定位夹
另外还有一个部件是密封定心装置或定位夹。这些装置有两个关键功能：首先，它们有助于机械密封的装运，以确保不会损坏密封面或其它内部部件出现相对移动；其次，同样重要的是，这些对中装置可设定预定的弹簧压缩量，以确保最佳的密封状态和可靠性。图4显示了典型集装式密封的结构部件和五金件的剖面图。
图4：典型集装式密封（结构部件和五金件）的剖面图
所有机械密封共有的第二个方面是不同制造商提供的配置。所提供的密封配置取决于应用要求。既有通用配置，也有满足特定行业需求的特定应用配置。大多数密封制造商都提供多种配置。
组件密封（非集装式密封）
组件密封是指旋转组件和固定组件是两个独立的单元，必须在泵组装过程中进行装配。这种结构可以追溯到市场上最早的机械密封。这种结构简单、成本低，但通常不具备其它结构的性能。
集装式密封
集装式密封的设计理念是将密封元件组装成一个集装单元。这种配置大大简化了安装过程，缩短了所需时间，因此可靠性更高。集装式密封有单、双或串联配置，以满足特定的应用要求，并提供更高的运行能力。图5显示了各种可用的集装式配置。
图 5：各种集装式配置
分体式机械密封
分体式机械密封在过去的40年里一直都有现货供应。顾名思义，它们是完全分开的，当密封泄漏过多时，无需昂贵地拆除旋转设备即可进行拆卸、安装和维修。在过去的40年里，这种技术经历了多次演变，在安装简便性和密封性方面都有所改进，接近更高性能的集装式密封件。图6显示了典型的配置。
图6：典型的分体式机械密封
特定的密封设计
最后，有许多设备或应用特定的密封设计，为具有挑战性的应用提供了优化的解决方案。例如，渣浆密封技术提供的密封表面设计可以限制颗粒进入密封面的可能性，并且设计得比标准密封更坚固，可以处理许多渣浆泵应用中遇到的运动和冲击。图7显示了渣浆密封设计的剖面图。
图7：渣浆泵密封设计的剖面图
气体密封技术是另一种适用于特定应用的技术，在这些应用中，由于应用要求，需要惰性气体隔离。这种密封以压缩气体密封技术为基础，但专门适用于泵。这种密封设计不依赖液体为密封提供所需的润滑和冷却，而是使用氮气等惰性清洁/干燥隔离气体。在气体密封设计中，其中一个密封面具有有助于在运行时分离密封面的表面特征，这被称为流体动力提升。有些设计还包括一定程度的静压提升，这意味着密封面在密封旋转开始之前就开始分离。图片8显示了专门用于泵的气体密封设计的剖面图。
图8：泵的气体密封设计剖面图
如今，工厂有多种设计和配置可供选择。确定使用哪一种有时会很困难。这时，训练有素的密封设备专家就能在密封选择过程中提供帮助。在下一篇文章中，我们将探讨机械密封是如何“密封”的，以及根据应用的具体要求应具备哪些功能。
-江苏海珐机械制造有限公司，化工泵，皮托管泵，旋喷泵，零汽蚀余量泵，江苏利工，江苏海珐机械
