前言

端面机械密封的可靠性取决于应用、安装和运行三个因素。

其中一个因素是密封过早失效的主要原因 - 应用。这涉及到确定密封腔内的工况，这决定了密封的持续时间和性能。

最高可靠性来自于：

1）选择适当的设计以满足特定的设备和运行需求

2）选择与流程工况兼容的材料

3）控制密封腔或填料函内的环境

设计

对设计选择影响最大的变量是所安装的设备特性、应用和运行工况以及泄漏率指标。第一个决定取决于确定是否需要单封或双重甚至多重密封，这通常会对整体性能和可靠性产生破坏性影响。

图1：钛机械密封

图1：这种钛机械密封是为泵送二氧化氯浆料的轴流泵制造的 - 密封包括额外的内部间隙，以补偿该泵固有的径向轴运动。

在高速旋转设备上应用端面密封时，主要要求之一是确保主密封面处有足够的润滑。

旋转密封环（动环）和静止的配合环（静环）之间不得发生过度摩擦。否则它会快速磨损和损坏密封组件，导致快速失效。

具有足够润滑性能的相对清洁的流程液体（工艺流体），可以通过单封布置而得到有效地密封。单封配置通常安装成本较低，操作和维护更简单。

然而，需要特别注意的是，以下应用不能提供充分的润滑：

1）浆料

2）聚合物

3）粘性流体

4）闪点

5）存在真空或干运行工况

这些液体需要注入外部冲洗液。如果不希望或禁止流程液体被稀释，则可能需要多重密封布置。

该设计必须在波动的圆周速度和压力下运行，它还必须经得起复杂的设备条件，例如当轴向和径向轴运动超过允许公差时。

设计考虑因素也会影响泄漏到大气的量，这取决于工厂的泄漏率目标。在高速应用中有效运行的所有端面机械密封，允许少量蒸汽通过主密封配合面。平均泄漏量将在每天1立方厘米范围内，这在大多数流程液体的可接受公差范围内。

图2：集装式安装

2：这种密封类型为集装式安装，适用于所有行业，尤其是在不允许危险物泄漏的情况下。

然而，危险或有毒流程液体的允许泄漏量由政府机构（例如职业安全管理局和环境保护局）进行监管和强制执行。只有通过特定的配置和设计，才能实现安全密封，这些配置和设计将泄漏量降至可接受的公差范围之内。

结构材料

应用过程中，材料的选择对于实现可靠的机械密封性能也是至关重要的。这包括用于制造硬件和机械加载装置的合金以及用于主密封面和辅助密封的材料。

需要仔细考虑，以确保所有选定的材料都与流程液体和密封暴露的环境兼容。

结构材料的误用是一个常见的错误，会迅速导致密封过早失效。例如，粘性的流程液体（如胶水、糖蜜、油漆等），可以将密封面（动、静环）粘合在一起。当置于过度的机械应力下时，流体可能会破坏脆性材料，并导致立即和灾难性的故障。

流程液体中固体颗粒的侵蚀和磨损也会迅速磨损软的密封面材料以及密封硬件。如果不仔细选择密封合金，腐蚀渗透可能会超过最大允许速率。

图3：多重密封（组件）

图3：这种多重密封（组件）是输送腐蚀性和磨蚀性流体时的有效选择。

过热也会导致密封面材料和辅助密封的退化和快速失效。同时，应严格控制材料的质量，以最大程度地减少热量和磨损。

确保材料适合应用将提高密封可靠性。

环境控制

即使使用理想的设计或精心选择的材料，也可能会出现问题。密封腔或填料函内的任何不利工况都会影响设计和材料的性能，从而降低可靠性。

例如，在污水处理厂，必须用高速离心泵输送未经处理的污水。这些水基溶液中夹带着固体，如果浆料迁移到密封腔或填料函中，这些固体会卡在密封配合面之间，并迅速磨损和侵蚀所选材料。

来自外部水源的冲洗是防止过早失效的常见解决方案 - 它用干净的凉水淹没密封腔。这种冲洗必须保持在高于污水的压力下。

它提供了一个清洁、凉爽的环境，这对提高机械密封的使用寿命至关重要。这些单封系统的正常运行将增加水的消耗，也将稀释泵送产品。

在某些设施中，水的消耗可能是主要问题，或者不能容忍流程液体被稀释。在这种情况下，需要一个双重密封系统与独立的清洁的液体冲洗一起运行。

其它环境因素，如温度和压力，也必须仔细控制，以防止泄漏。此外，应仔细注意密封危险或有毒流体的环境控制系统。它们必须满足所密封流体的允许泄漏范围，并在密封失效时防止过度泄漏。

总结

延长端面机械密封的使用寿命主要取决于清洁和冷却，安装密封的应用（场合）直接影响到所需的清洁和冷却要求。

每一种应用、流程液体特性和密封腔环境的变化都会带来新的、往往未经考虑的后果，这就是为什么应用对密封可靠性有如此巨大的影响。

必须考虑所有适用因素，并由经验丰富的密封设计和/或应用人员仔细考虑。这将最大限度地提高正确应用特定密封系统的可能性。良好的应用和丰富的密封制造商的投入，将确保推荐的系统具有更高的可靠性。

作者简介： Tommy Seales是SEPCO（密封设备产品公司）的机械密封部门经理。Seales在SEPCO工作超过42年，并担任机械密封部门的产品经理35年。