祁德路　王小冬　钟肖　仲光华

（海洋石油工程股份有限公司设计公司，山东青岛　266555）

　　摘　要：主要结合填料密封及机械密封的原理，对离心泵密封方式的选择进行了简单介绍与讨论。

　　关键词：离心泵；填料密封；机械密封

　　0　引言

　　离心泵的密封对整个设备的正常运行有着非常重要的作用，其密封系统一旦出现泄漏，将会对设备正常运转造成严重影响，这就要求我们切实做好离心泵的密封工作。

　　1　填料密封

　　填料密封指用填料来填塞泄漏通道，以阻止和解决泄漏的一种密封方式。一般来讲，填料密封的结构相对简单，不仅装拆维修十分方便，而且成本也较为低廉，所以被广泛应用到离心泵等设备上。离心泵所选用的填料密封既是静密封也是动密封，而且所选择的填料多是油浸石棉盘根软填料。

　　1.1填料密封的机理

　　离心泵填料密封并不是靠固体填料与旋转轴套之间进行紧密贴合而阻止其内部流体泄出，而是利用填料与设备旋转轴套之间所贴合形成的一种较薄环隙。由于该环隙注满润滑油，所以起到了相应的密封与润滑作用。在离心泵启动过程中，泵腔内部受一定压力逐渐成为真空，这时油膜就起到了防止空气被不断吸入泵腔内部的作用；而当离心泵开始正常运动时，油膜也会适时起到防止泵腔内部流体不断泄漏的作用。这层油膜主要来源于离心泵所选择使用的填料。一般来讲，离心泵所选择的材料多是棉纱以及石棉人造纤维等。这种填料内部大都拥有较大空隙，而空隙内部也能很好地吸收和存储润滑油液。当离心泵运行一定时间后，其填料轴封处可允许存在微量泄漏（这种泄漏可以起到一定的润滑与散热作用），已经存在的润滑膜则会随着微量泄漏的流体逐渐流出，Z终导致离心泵在使用一段时间后随着润滑膜的全部流失而产生严重泄漏，这时就需要工作人员将填料压盖螺母再拧得稍微紧些，以防止填料内部的浸渍剂被不断挤压出来，形成新的润滑膜。重复该循环，一直到填料内部不存在浸渍剂或浸渍剂很少时，则需立即更换填料，这主要是因为该情况下填料会随着其逐渐干燥而失去原有效用。需要注意的是，在压装新填料时，无需拧压过紧，待其运行使用一段时间后，可再对填料压盖螺母进行逐步拧紧。

　　1.2填料密封的选用

　　一般来说，离心泵所选择使用的填料密封腔多是圆柱形、锥形等，其优点是方便加工、结构简单。在圆柱形填料腔内部，其填料与设备轴套外壁以及箱内壁贴合，这主要是因为它们之间有较大接触力（接触力产生的原因即填料压盖螺母不断拧紧），迫使填料内部体积逐渐减小，这就在一定程度上缩小了填料环的内径，而增加了其相应的外径，由此形成了填料对填料箱壁及轴套表面的接触力。而随着填料压盖螺母的逐渐拧紧，其内部接触也会不断加大，这就使得填料与轴套之间的动密封以及填料与填料箱内壁之间的静密封不断增强。需要注意的是，这种接触力并非在填料内沿轴线上处处相等，而是会随着填料压盖距离不断变化，与填料压盖距离越远，其接触力就会越小，靠近填料箱喉部填料的接触力甚至为0。在离心泵运行过程中，填料压盖螺母拧得越紧，则填料贴合在轴套上也会越来越紧。当填料上的比压不断增大或者是填料与轴套之间泄漏量越来越小甚至不存在泄漏时，那么其摩擦以及摩擦所产生的热量就会逐渐增加，而填料、填料箱以及轴套也会迅速发热。一般来讲，填料箱发热可以借助手摸感觉，如果感觉填料表面十分烫手，则说明该填料密封部位存在严重发热现象，那么其相应的填料与轴套就会很快被磨损至失效，与此同时，其泵功率会不断上升，效率也会逐渐下降。

　　假如离心泵内油液开始从填料外径以及填料箱之间泄漏，那么即表明填料箱内部工作出现异常，也就是说填料压盖所形成的压力会不断将填料紧紧压于轴套之上，而油液也无法流入填料与轴套之间的缝隙中区。所以这种情况下，填料箱也会出现过热，进而导致填料与轴套很快被磨损，致使泵功率不断上升，效率逐渐下降。
　　另外，在使用离心泵特别是高扬程离心泵时，会发现其外三圈填料被压得过紧，而靠近填料箱喉部位置的两圈填料却未被压紧，从而导致轴套与填料被快速磨损，进而使得高扬程离心泵填料密封很快失效。从以往对中等扬程以及高扬程离心泵填料密封失效现场的分析来看，应将圆柱形填料腔改为锥形填料腔，这样既可有效延长填料密封的使用寿命，还可以起到修旧利废、节省运行管理费的作用。

　　2　机械密封

　　近些年，虽然机械密封已经在石油、冶金、化工及造纸等物料运输领域得到广泛应用，但Z新数据表明，导致生产流程中断的原因中有70％是密封失效，致使设备的预期使用寿命无法得到保障。因此，如何提高机械密封的使用寿命以及可靠性，成为了当前人们所关注的重点。

　　2.1机械密封分类及其结构

　　2.1.1平衡型与非平衡型机械密封

　　通常，平衡型机械密封端面会随着其所受作用力的升高而升高，其斜率多小于1，而非平衡型机械密封的升高斜率则大于1。也可以将其理解为：密封腔内动环的有效水力作用面积同密封摩擦副端面面积比值大于1的为非平衡型机械密封，而小于1的则为平衡型机械密封。非平衡型机械密封（图1）在外界介质压力过大的情况下，端面会受力较大，导致密封面磨损过快，所以在选择离心泵机械密封时，不宜将其应用于高压情况下，一般0.5～0.7MPa即可。而平衡型机械密封（图2）能够有效降低端面上的磨损，所以其承载能力本身相对较大，可以应用到高压场合。

　　2.1.2外流式与内流式机械密封

　　一般来讲，介质在密封上所呈现出的泄漏方向若与离心力相反，则被称作内流式机械密封；若与离心力方向一致，则被称作外流式机械密封。通常，外流式机械密封泄漏量较大。

　　2.1.3旋转式与静止式机械密封

　　离心泵运行过程中，弹簧会随着轴一起旋转的密封被称作旋转式机械密封，不会随着轴一起旋转的则被称作静止式机械密封。一般前者在高速转动下，受离心力作用，内部弹性元件会不断发生变形，导致其泄漏不断增大，致使磨损加速，所以比较适用于线速度低于30m/s的情况；而后者不会受离心力影响，所以可应用于高速场合。

　　此外，机械密封还分为内装式与外装式密封、单弹簧型与多弹簧型机械密封、波纹管型机械密封与串联型机械密封等。

　　2.2机械密封的选用

　　2.2.1根据输入介质选择

　　对于没有腐蚀性或者是腐蚀性相对较弱的介质来讲，可以选择使用内装式机械密封；而对于腐蚀性相对较强的介质，由于其内部弹性元件中弹簧无法轻易更换，所以压力较低的情况下可以选用外装式机械密封。对于那些易结晶且存在固体颗粒以及高黏度的介质，Z好选择使用单弹簧结构；而对于那些易燃以及易爆且有毒的介质，则Z好选择双重机械密封。

　　2.2.2根据密封压力选择

　　在选择机械密封时，密封压力是非常重要的一项参数。通常，当密封压力＜0.7MPa时，可选择平衡型及非平衡型机械密封；但当密封压力在0.7～12MPa时，则应使用平衡型机械密封。当密封压力＞12MPa时，应选择使用串联型机械密封。

　　3　结语

　　本文主要结合填料密封以及机械密封的原理，并在此基础上对离心泵密封方式的选择进行了简单介绍，为日后进一步研究与分析离心泵的密封方式提供了一定的理论支持。

　　参考文献

　　[1]尹夏冰，谢涵，赵荣.浅谈离心泵机械密封常见故障及控制措施[J].机电信息，2011（18）

　　[2]崔要欣，刘瑞全.泵用机械密封的选型及应用[J]通用机械，2006（10）

来源：《机电信息》2014年15期