前言

端面機械密封的可靠性取決于應用、安裝和運行三個因素。

其中一個因素是密封過早失效的主要原因 - 應用。這涉及到確定密封腔內的工況，這決定了密封的持續時間和性能。

最高可靠性來自于：

1）選擇適當的設計以滿足特定的設備和運行需求

2）選擇與流程工況兼容的材料

3）控制密封腔或填料函內的環境

設計

對設計選擇影響最大的變量是所安裝的設備特性、應用和運行工況以及泄漏率指標。第一個決定取決于確定是否需要單封或雙重甚至多重密封，這通常會對整體性能和可靠性產生破壞性影響。

圖1：鈦機械密封

圖1：這種鈦機械密封是為泵送二氧化氯漿料的軸流泵制造的 - 密封包括額外的內部間隙，以補償該泵固有的徑向軸運動。

在高速旋轉設備上應用端面密封時，主要要求之一是確保主密封面處有足夠的潤滑。

旋轉密封環（動環）和靜止的配合環（靜環）之間不得發生過度摩擦。否則它會快速磨損和損壞密封組件，導致快速失效。

具有足夠潤滑性能的相對清潔的流程液體（工藝流體），可以通過單封布置而得到有效地密封。單封配置通常安裝成本較低，操作和維護更簡單。

然而，需要特別注意的是，以下應用不能提供充分的潤滑：

1）漿料

2）聚合物

3）粘性流體

4）閃點

5）存在真空或干運行工況

這些液體需要注入外部沖洗液。如果不希望或禁止流程液體被稀釋，則可能需要多重密封布置。

該設計必須在波動的圓周速度和壓力下運行，它還必須經得起復雜的設備條件，例如當軸向和徑向軸運動超過允許公差時。

設計考慮因素也會影響泄漏到大氣的量，這取決于工廠的泄漏率目標。在高速應用中有效運行的所有端面機械密封，允許少量蒸汽通過主密封配合面。平均泄漏量將在每天1立方厘米范圍內，這在大多數流程液體的可接受公差范圍內。

圖2：集裝式安裝

2：這種密封類型為集裝式安裝，適用于所有行業，尤其是在不允許危險物泄漏的情況下。

然而，危險或有毒流程液體的允許泄漏量由政府機構（例如職業安全管理局和環境保護局）進行監管和強制執行。只有通過特定的配置和設計，才能實現安全密封，這些配置和設計將泄漏量降至可接受的公差范圍之內。

結構材料

應用過程中，材料的選擇對于實現可靠的機械密封性能也是至關重要的。這包括用于制造硬件和機械加載裝置的合金以及用于主密封面和輔助密封的材料。

需要仔細考慮，以確保所有選定的材料都與流程液體和密封暴露的環境兼容。

結構材料的誤用是一個常見的錯誤，會迅速導致密封過早失效。例如，粘性的流程液體（如膠水、糖蜜、油漆等），可以將密封面（動、靜環）粘合在一起。當置于過度的機械應力下時，流體可能會破壞脆性材料，并導致立即和災難性的故障。

流程液體中固體顆粒的侵蝕和磨損也會迅速磨損軟的密封面材料以及密封硬件。如果不仔細選擇密封合金，腐蝕滲透可能會超過最大允許速率。

圖3：多重密封（組件）

圖3：這種多重密封（組件）是輸送腐蝕性和磨蝕性流體時的有效選擇。

過熱也會導致密封面材料和輔助密封的退化和快速失效。同時，應嚴格控制材料的質量，以最大程度地減少熱量和磨損。

確保材料適合應用將提高密封可靠性。

環境控制

即使使用理想的設計或精心選擇的材料，也可能會出現問題。密封腔或填料函內的任何不利工況都會影響設計和材料的性能，從而降低可靠性。

例如，在污水處理廠，必須用高速離心泵輸送未經處理的污水。這些水基溶液中夾帶著固體，如果漿料遷移到密封腔或填料函中，這些固體會卡在密封配合面之間，并迅速磨損和侵蝕所選材料。

來自外部水源的沖洗是防止過早失效的常見解決方案 - 它用干凈的涼水淹沒密封腔。這種沖洗必須保持在高于污水的壓力下。

它提供了一個清潔、涼爽的環境，這對提高機械密封的使用壽命至關重要。這些單封系統的正常運行將增加水的消耗，也將稀釋泵送產品。

在某些設施中，水的消耗可能是主要問題，或者不能容忍流程液體被稀釋。在這種情況下，需要一個雙重密封系統與獨立的清潔的液體沖洗一起運行。

其它環境因素，如溫度和壓力，也必須仔細控制，以防止泄漏。此外，應仔細注意密封危險或有毒流體的環境控制系統。它們必須滿足所密封流體的允許泄漏范圍，并在密封失效時防止過度泄漏。

總結

延長端面機械密封的使用壽命主要取決于清潔和冷卻，安裝密封的應用（場合）直接影響到所需的清潔和冷卻要求。

每一種應用、流程液體特性和密封腔環境的變化都會帶來新的、往往未經考慮的后果，這就是為什么應用對密封可靠性有如此巨大的影響。

必須考慮所有適用因素，并由經驗豐富的密封設計和/或應用人員仔細考慮。這將最大限度地提高正確應用特定密封系統的可能性。良好的應用和豐富的密封制造商的投入，將確保推薦的系統具有更高的可靠性。

作者簡介： Tommy Seales是SEPCO（密封設備產品公司）的機械密封部門經理。Seales在SEPCO工作超過42年，并擔任機械密封部門的產品經理35年。