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内啮合高粘度泵双端面机械密封

双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面（摩擦副）在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。

高粘度泵双端面机械密封原理

双端面机械密封结构如工作时，由流体压力（介质压力）和弹性元件的弹力等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压（压紧力），使两个接触端面（动环、静环端面）相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目的。

高粘度泵双端面机械密封特征

双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄露。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。

a.不锈钢化工泵按密封端面的对数分类  分为单端面、双端面和多端面机械密封。由一对密封端面组成的为单端面机械密封(图5—2 7).由两对密封端面组成的为双端面机械密封(图5-28)，由两对以上密封端面组成的为多端面机械密封。

    耐腐蚀化工泵单端面密封结构简单，制造、安装容易，应用广，适合于一般液体场合，如油品等，与其他辅助装置合用时，可用于带悬浮颗粒、高温、高压液体等场合。但当介质有毒、易燃、易爆以及对泄漏量有严格要求时，不宜使用。

双端面密封适用于腐蚀、高温、液化气带固体颗粒及纤维、润滑性能差的介质，以及有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶和贵重的介质。双端面密封有轴向双端面密封[图5-28(a)、(b)]、径向双端面密封[图5-28(c)]和带中间环的双端面密封[图5-28(d)]。沿径向布置的双端面密封结构较轴向双端面密封紧凑。带中间环的双端面密封，一个中间密封环被一个动环和一个静环所夹持。旋转的中间环密封，可用于高速下降低夕秽值；不转的中间环密封，用于高压和(或)高温下减少力变形和(或)热变形。具有中间环的螺旋槽面密封可用作双向密封。 

    不锈钢泵轴向双端面密封有背靠背[图5-28(a)]和面对面[图5-28(b)]布置的结构。这种密封工作时如在两对端面间引入高于介质压力0.05～0.1 5 MPa的封液，以端面间的润滑及冷却条件，并把被密封介质与外界隔离，有可能实现介质“零泄漏”。

    b. 化工泵按密封流体所处的压力状态分类  分为单级密封、双级密封和多级密封。使密封流体处于一种压力状态为单级密封(图5-2 7)；处于两种压力状态为双级密封(图5-29)。前者与单端面机械密封相同，后者两级密封串联布置，密封流体压力依次递减，可用于高压工况。如流体压力很高，可以将多级密封串联，成为多级机械密封。

图5-29

  图5-29  双级串联机械密封

    c.按离心泵密封流体作用在密封端面上的压力是卸荷或不卸荷分类  分为平衡式机械密封和非平衡式机械密封。平衡式机械密封又可分为部分平衡式(部分卸荷)和过平衡式(全部卸荷)。如图5—3 0所示，密封流体作用于单位密封面上轴向压力大于或等于密封腔内流体压力时，称非平衡式；流体作用于单位密封面上的轴向压力小于密封腔内流体压力时称部分平衡式；若流体对密封面无轴向压力或为推开力则称为过平衡式。通常用平衡系数p来表示。

β=Ae/A=d22-db2/ d22-d12

  式中  A—密封环带面积，指较窄的那个密封端面外径d2与内径dl之间环形区域的面

积，

A=π(d22-d12)/4

Ae—密封流体压力作用在补偿环上，使之对于非补偿环趋于闭合的有效作用面

积，

Ae= π(d22-db2)/4

π—平衡直径，指密封流体压力作用在补偿环辅助密封圈处的轴(或轴套)的直径。

图5-30

  图5-30非平衡式和平衡式机械密封

    非平衡式机械密封胗1；部分平衡式机械密封0<5<1；过平衡式机械密封艇0。非平衡式机械密封，其密封端面上的作用力随密封流体压力升高而增大，因此只适用于低压密封，对于一般液体可用于密封压力≤0.7 MPa；对于润滑性差及腐蚀性液体可用于压力≤0.3～0.5MPa。而平衡式机械密封能部分或全部平衡流体压力对端面的作用，其密封端面上的作用力随密封流体压力变化较小，能降低端面上的摩擦和磨损，减小摩擦热，承载能力大，因此它适用于压力较高的场合，对于一般液体可用于0.7～4.0 MPa，甚到可诀10 MPa；对于润滑性较差、黏度低、密度小于6 00 kg／ma的液体(如液化气)，可用于液体压力较高的场合。

    d.按静环与密封端盖(或相当于端盖的零件)的相对位置分类  静环装于密封端盖(或相当于端盖的零件)内侧(即面向主机工作腔的一侧)的机械密封称为内装式机械密封[图5-3 1(a)]；静环装于密封端盖(或相当于端盖的零件)外侧(即背向主机工作腔的一侧)的机械密封称为外装式机械密封[图5-31(b)]。

图5-31

(a)内装式                                           (b)外装式

    图5—31  内装式和外装式机械密封

    e.按弹簧是否置于密封流体之内分类  弹簧置于密封流体之内的机械密封称为弹簧内置式机械密封[图5-31(a)二：弹簧置于密封流体之外的机械密封称为弹簧外置式机械密封[图5-31(b)]。

    内装(或内置)式机械密封可以利用密封腔内流体压力来密封，机械密封的元件均处于密封流体中，密封端面的受力状态以及冷却和润滑条件好，是常用的结构形式。外装(或外置)式机械密封的大部分零件不与密封流体接触，暴露在设备外，便于观察及维修安装。但是，由于外装(或外置)式结构的密封流体作用力与弹性元件的弹力方向相反，当流体压力有波动，而弹簧补偿量又不大时，会导致密封环不稳定甚到严重泄漏。外装(或外置)式机械密封仅用于强腐蚀、高黏度和易结晶介质以及介质压力较低的场合。

    f.按补偿机构中弹簧的个数分类  分为单弹簧式机械密封和多弹簧式机械密封。补偿机构中只有一个弹簧的机械密封称为单弹簧式机械密封或大弹簧式机械密封(图5-27)；补偿机构中含有多个弹簧的机械密封称为多弹簧式机械密封或小弹簧式机械密封(图5-32)。单弹簧式机械密封端面上的弹簧压力，尤其在轴径较大时分布不均，而且高速下离心力使弹簧偏移或变形，弹簧力不易调节，一种轴径需用一种规格弹簧，弹簧规格多，轴向尺寸大，径向尺寸小，安装维修简单，因此，它多用于较小轴径(不大于80～150mm)、低速密封；多弹簧式机械密封的弹簧压力分布则相对较均匀?受离心力影响较小，弹簧力可通过改变弹簧个数来调节，不同轴径可用数量不同的小弹簧，使弹簧规格减少，轴向尺寸小，径向尺寸大，安装繁琐，适用于大轴径高速密封。但多弹簧的弹簧丝径细，在腐蚀性介质或有固体颗粒介质的场合下，易因腐蚀和堵塞而失效。

    g.按补偿环是否随轴旋转分类  分为旋转式机械密封和静止式机械密封。补偿环随轴旋转的称为旋转式机械密封(图5-2 7)；补偿环不随轴旋转的称为静止式机械密封(图5-33)。

    由于静止式机械密封的弹性元件不受离心力影响，常用于高速机械密封。旋转式机械密封的弹性元件装置简单，径向尺寸小，常用于一般机械密封，但不宜用于高速。因高速情况下转动件的不平衡质量易引起振动和介质被强烈搅动。因此，线速度大于3 0m／s时，宜采用静止式机械密封。

    h.按密封流体在密封端面间的泄漏方向是否与离心力方向一致分类  分为内流式机械密封和外流式机械密封。密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相反的机械密封称为内流式机械密封；密封流体在密封端面间的泄漏方向与离心力方向相同的机械密封称为外流式机械密封。图5-3图5-32 5-33

1(a)所示的机械密封为内流式，图5-31(b)所示的机械密封为外流式。

    由于内流式密封中离心力阻止泄漏流体，其泄漏量要比外流式小些。内流式机械密封应用较广，多用于内装式密封，密封可靠，适用于高压。当转速极高时，为加强端面润滑采用外流式机械密封较合适，但介质压力不宜过高，高压力为1～2 MPa。

    i.按补偿环上离密封端面远的背面是处于高压侧或低压侧分类  分为背面高压式械密封和背面低压式机械密封。补偿环上离密封端面远的背面处于高压侧的机械密封称为背面高压式机械密封；补偿环上离密封端面远的背面处于低压侧的机械密封称为背面低压式机械密封。图5-27、图5-31(a)、图5-32所示的机械密封均为背面高压式机械密封，图5-31(b)、图5-33所示的机械密封均为背面低压式机械密封。背面高压式机械密封是常用结构，而背面低压式机械密封的弹性元件一般都置于低压侧，可避免接触高压侧密封流体，而高压侧密封流体往往是被密封介质，这种结构解决了弹簧受介质腐蚀的问题。因此，强腐蚀机械密封常采用背面低压式。

    j.按密封端面是否直接接触分类  分为接触式机械密封和非接触式机械密封。接触式机械密封是指靠弹性元件的弹力和密封流体的压力使密封端面紧密贴合，即密封面微凸体接触的机械密封；非接触式机械密封是指靠流体静压或动压作用，在密封端面间充满一层完整的流体膜，迫使密封端面彼此分离不存在硬性固相接触的机械密封。非接触式机械密封又分为流体静压式和流体动压式两类。流体静压式机械密封，是指密封端面设计成特殊的几何形状，应用外部引入的压力流体或被密封介质本身通过密封界面的压力降，产生流体静压效应的密封(图5-3 4)；流体动压式机械密封，是指密封端面设计成特殊的几何形状，利用端面相对旋转，自行产生流体动压效应的密封，如螺旋槽端面机械密封(图5-35)。

图5-34

图5-34  流体静压式机械密封    图5-35  流体动压式机械密封

    接触式机械密封的密封面间隙h=0.5-1／μm，摩擦状态一般为混合摩擦和边界摩擦；非接触式机械密封的密封面间隙，对于流体动压密封元>2／μm，对于流体静压密封元>

5／μm，摩擦状态为流体摩擦，也有弹性流体动力润滑。

    普通机械密封大都是接触式密封，密封结构简单、泄漏量小，使用广泛，但磨损、功耗、发热量都较大，在高速、高压下使用受一定限制。一般来说，非接触式机械密封泄漏量较大、结构复杂，但发热量、功耗小，正常工作时没有磨损，大多在高压、高速等苛刻工况下使用或作多级密封的前置密封c采用表面改形技术做成的可控间隙非接触式机械密封，可以达到工艺流体零泄漏和零逸出：

    k.波纹管型机械密封按波纹管材料不同分类  分为金属波纹管型机械密封、聚四氟乙烯波纹管型机械密封和橡胶波纹管型机械密封。波纹管是指在补偿环组件中能在外力或自身弹力作用下伸缩并起补偿环辅助密封作用的波纹状管形弹性零件。波纹管型机械密封在轴上没有相对滑动，对轴无磨损.追随性好，适用范围广。追随性是指当机械密封存在跳动、振动和转轴的窜动时，补偿环对于非补偿环保持贴合的性能。

图5-36

  图5-36  波纹管型机械密封

    1-动环；2-静环

    金属波纹管又可分为液压成型金属波纹管和焊接金属波纹管[图5—3 6(a)、(b)]。金属波纹管本身能代替弹性元件，耐蚀性好，可在高、低温下使用。聚四氟乙烯波纹管型机械密封[图5-3 6(c)]由于聚四氟乙烯耐腐蚀性好，可用于各种腐蚀介质中。橡胶波纹管型机械密封[图5-3 6(d)]结构简单紧凑，安装方便且价格便宜，适用于工作压力不大于1.5 MPa、温度不大于100℃的低参数条件。