离心泵机械密封结构和工作原理 常用除盐水离心泵泵体（蜗壳）材料

离心泵机械密封结构和工作原理

离心泵机械端面密封是一种应用广泛的旋转轴动密封，简称机械密封，又称端面密封。近几十年来，机械密封技术有了很大的发展，在石油、化工、轻工、冶金、机械、航空和原子能等工业中获得了广泛的应用。.据我国当代石化行业统计，80%～9 0%的离心泵采用机械密封。工业发达国家里，在旋转机械的密封装置中，机械密封的用量占全部密封使用量的90%以上。特别是近年来机械密封发展很快，已成为流体密封技术中极其重要的动密封形式。

机械密封的基本结构与密封原理

机械密封按国家有关标准定义为：由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)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。

离心泵机械密封一般主要由四大部分组成：①由静止环(静环)和旋转环(动环)组成的一对密封端面，该密封端面有时也称为摩擦副;是机械密封的核心;②以弹性元件(或磁性元件)为主的补偿缓冲机构;③辅助密封机构;④使动环和轴一起旋转的传动机构。

机械密封的结构多种多样，最常见的结构如图5—2 7所示。机械密封安装在旋转轴上，密封腔内有紧定螺钉1、弹簧座2、弹簧3、动环辅助密封圈4、动环5，它们随轴一起旋转。机械密封的其他零件，包括静环6、静环辅助密封圈7和防转销8安装在端盖内，端盖与密封腔体用螺栓连接。轴通过紧定螺钉、弹簧座、弹簧带动动环旋转，而静环由于防转销的作用而静止于端盖内。动环在弹簧力和介质压力的作用下，与静环的端面紧密贴合，并发生相对滑动，阻止了介质沿端面间的径向泄漏(泄漏点1)，构成了机械密封的主密封。摩擦副磨损后在弹簧和密封流体压力的推动下实现补偿，始终保持两密封端面的紧密接触。动、静环中具有轴向补偿能力的称为补偿环，不具有轴向补偿能力的称为非补偿环。图5～2 7中动环为补偿环，静环为非补偿环。动环辅助密封圈阻止了介质可能沿动环与轴之间间隙的泄漏(泄漏点2);而静环辅助密封圈阻止了介质可能沿静环与端盖之间间隙的泄漏(泄漏点3)。工作时，辅助密封圈无明显相对运动，基本上属于静密封。端盖与密封腔体连接处的泄漏点4为静密封，常用O形圈或垫片来密封。

从结构上看，离心泵机械密封主要是将极易泄漏的轴向密封，改变为不易泄漏的端面密封。由动环端面与静环端面相互贴合而构成的动密封，是决定机械密封性能和寿命的关键。

机械密封与其他形式的密封相比，具有以下特点。

①密封性好。在长期运转中密封状态很稳定，泄漏量很小，据统计约为软填料密封泄漏量的1%以下。

②使用寿命长。机械密封端面由自润滑性及耐磨性较好的材料组成多还具有磨损补偿机构。因此，密封端面的磨损量在正常工作条件下很小，一般的可连续使用1～2年，特殊的可用到5～1 0年以上。泵业信息网

③运转中不用调整。由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中即使摩擦副磨损后，密封端面也始终自动地保持贴合。因此，正确安装后，就不需要经常调整，使用方便，适合连续化、自动化生产。

④功率损耗小。由于机械密封的端面接触面积小，摩擦功率损耗小，一般仅为填料密封的20%～30%。

1-紧定螺钉;2-弹簧座;3-弹簧;4-动环辅助密封圈;5-动环;6-静环;7-静环辅助密封圈;8-防转销

⑤轴或轴套表面不易磨损。由于机械密封与轴或轴套的接触部位几乎没有相对运动，因此对轴或轴套的磨损较小。

⑥耐振性强。机械密封由于具有缓冲功能，因此当设备或转轴在一定范围内振动时，仍能保持良好的密封性能。

⑦密封参数高，适用范围广。当合理选择摩擦副材料及结构，加之设置适当的冲洗、冷却等辅助系统的情况下，机械密封可广泛适用于各种工况，尤其在高温、低温、强腐蚀、高速等恶劣工况下，更显示出其优越性。目前机械密封技术参数可达到如下水平：轴径5～100 0 mm，使用压力10-6～42 MPa，使用温度-200～1000℃，机器转速可达50000 r/min，密封流体压力P与密封端面平均线速度秒的乘积pv值可达1000 MPa.m/s。

⑧热水离心泵结构复杂、拆装不便。与其他密封比较，机械密封的零件数目多，要求精密，结构复杂。特别是在装配方面较困难，拆装时要从轴端抽出密封环，必须把机器部分(联轴器)或全部拆卸，要求工人有一定的技术水平。这一问题目前已作了某些改进，例如采用拆装方便并可保证装配质量的剖分式和集装式机械密封等。

常用除盐水离心泵泵体（蜗壳）材料

除盐水离心泵泵体（蜗壳）常用材料选择考虑因素：a 强度；b 耐腐蚀；c 耐磨粒磨损；d 铸造和机械加工性能；e 焊接修补性能；f成本。 1 铸铁 对于大多数输送液体应用来说，灰铸铁是制造泵壳体的较好材料。对于单级泵，通常灰铸铁有足够的强度抵抗所产生的压力。在中等压力和温度范围内，球墨铸铁被广泛应用。在灰铸铁和球墨铸铁不能达到足够耐腐蚀性能应用场合，耐蚀高镍铸铁常被用做泵体材料。近年来开发出一种新型的，具有良好焊接性能的耐蚀高镍铸铁材料（命名为D2W），含有少量铌元素，以改善其焊接性能。典型的奥氏体铸铁含镍15%~20%，在盐水中广泛应用。 灰口铸铁是最常用的一种铸铁，国标代号为HT。一般清水泵的泵体、叶轮、泵盖、悬架等均采用该材料，通常用到三种牌号：HT150、HT200、HT250.对于底座、垫板等非主要零件多采用HT150，泵体、泵盖、悬架等多采用HT200，而叶轮、口环、轴套等多采用HT250。各国对灰铁的表示方法有所不同，如日本的代号为FC， 德国的代号为GG， 美国为Class 4 球墨铸铁是一种综合性能较好的铸铁，国标代号为QT。由于其力学性能接近钢，同时其铸造性能、加工性能优于钢，因此通常把它作为铸钢的替代品。最常用到的牌号有：QT450-10、QT500-7、QT600-3。由于受铸造等原因的限制，目前水泵的叶轮采用该材料， 尤其是切割式的开式叶轮性价比都优越的。DIN标准对球墨铸铁的表示方法为GGG， 美国的表示方法为Ductile iron. 2 铸钢 对于腐蚀和有害的石油产品，或多级泵出口压力达13.8Mpa时，需要使用规定的铸钢或铸造不锈钢。在锅炉给水泵和许多烃类应用中，常选用马氏体不锈钢，马氏体不锈钢机械性能好，适用于高压的工况，但耐腐蚀性能不如其他类不锈钢。在化工应用和其他腐蚀性的环境下，奥氏体不锈钢（CF-8M，CF-3M等）常用来作泵壳体材料，另外，奥氏体不锈钢还能抵抗由于高速而产生的侵蚀，并且可以相对容易地进行现场焊接修补。高压浅海注水泵对耐腐蚀和机械性能有更高的要求，其泵壳体选双相不锈钢材料（50%铁素体+50%奥氏体）。 3 青铜 在许多水泵应用中，也使用青铜材料作泵体。在小型低压泵中常用铅青铜，铅有助于泵体的密封性。锡青铜用作更大一些的离心泵的泵体材料。镍铝青铜虽具有最好的机械性能和耐腐蚀性能，但价格昂贵，没有竞争力。 4 复合材料 为了提高泵的耐化学腐蚀性能，可以在蜗壳内安装衬里，用作衬里的材料有聚四氟乙烯，橡胶等。整体陶瓷和石墨泵用于特别腐蚀性的液体中，如：氢氟酸。在造纸和纸浆工业，金属精加工工业，复合材料（如环氧树脂）被用于制造泵体。 5、不锈钢 应用最多的不锈钢为奥氏体不锈钢，如0Cr18Ni9、最具代表性的合金钢为40Cr，通常用于高强度泵轴的材料。1Crl8Ni9Ti、0Crl8Nil2Mo2Ti等。除盐酸、稀硫酸等少数介质外， 奥氏体不锈钢是优良的耐腐蚀材料，是化工泵最常采用的耐腐材料。日本和美国通常用SS304、SS316、SS316L来表示奥氏体不锈钢。马氏体不锈钢如2Cr13、3Cr13，其力学性能优于奥氏体不锈钢，通常被用作泵轴和轴套的材料，日本和美国的对应代号为SS420.另外，高合金不锈钢(20号合金)和双项不锈钢也是较理想的耐腐蚀材料。 6、碳素结构钢 通常分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。最具代表性的普通碳素结构钢为Q235，各类钢板、型钢多采用该材料；最具代表性的优质碳素钢为45号钢，其广泛用于无腐蚀要求时的泵轴材料 7、合金钢 最具代表性的合金钢为40Cr，通常用于高强度泵轴的材料。 8、非金属材料 泵用非金属材料主要用于密封，如聚四氟乙烯、氟橡胶、丁腈橡胶等。其中聚四氟乙烯因具有优良的耐腐蚀、耐高温性能而用于化工泵的密封垫以及机械密封的静密封，适用于250℃内几乎所有的化工介质，其缺点是硬度较高、装配难度大。 氟橡胶也是一种较好的耐温、耐腐蚀材料，耐温上限以160℃为宜，当用户无特殊要求时，化工泵建议采用该材料的密封圈；而丁腈橡胶主要用于耐油或清水介质时的静密封