干货来了——机械密封选型

机械密封是精密的部件。其密封性能和使用寿命取决于许多因素 ， 如机械密封的选型 、机器的加工精度 、 正确的安装使用等

一般选型原则

机械密封按密封使用工作条件和介质性质的不同， 有耐高温 、 耐低温机械密封， 耐高压、 耐腐蚀机械密封， 高速机械密封， 耐颗粒介质机械密封等。按使用设备不同可分为泵用机械密封 、 釜用机械密封 、 压缩机用机械密封 、 专用设备用机械密封等。选用时应根据不同的用处选取不同的结构型式和材料。同时还要根据温度 、 介质性质选择合适的冲洗 、 冷却 、润滑等支持系统方案。

欲使机械密封性能得到充分发挥， 必须按照使用条件正确选型。每一种密封只有用于规定的使用范围内， 才能有效地发挥作用。若选型和选材不当或超越了该密封所规定的使用条件， 则会使机械密封的性能显著降低， 寿命缩短， 甚至很快损坏。

选型要考虑的主要参数有 ：P—— 密封腔体压力 （ MPa)、 T一流体温度 （ °C )、u——密封转轴速度 （ m/s)、 被密封流体的特性 、 密封寿命要求 、 泄漏要求以及安装密封腔体允许的有效空间等。

密封使用工作参数与机械密封结构材料之间的关系可概略的归纳为 ：

按P值确定→非平衡型、 平衡型 、 单端面 、 双端面、 多端面 （ 多级） ;

按u值确定 →旋转式、静止式、流体动压式、非接触型；

按温度T值考虑 →端面间液膜闪蒸 、 温度波动时的耐热冲击性能 、 随温升黏度降低和润滑性、辅助密封圈的耐热极限、温升使腐蚀加剧 ，低温材料脆化 、 物料聚合或析出结晶等 因素来确定密封的结构 、 摩擦副和辅助密封圈材料 、 润滑冷却方法 、 冲洗保温措施 、 保冷措施等 。

按流体性质考虑→腐蚀降低使用寿命、 磨粒存在加速密封件磨损 、流体饱和蒸气压力高 、端面易开启 、 低黏度或夹杂会出现干摩擦问题、易燃 、易爆 、有毒， 可能危及环境安全 、需用特殊设计确定：密封结构 、 密封件材料、 润滑方法、 隔离措施 、 安全措施。

安装密封腔尺寸考虑→密封腔空间尺寸有限，标准型机械密封安装不了 ，采用弹性元件结构特殊设计 。

按使用寿命要求考虑 →如火箭 、 导弹发射装置使用期很短 ，但可靠性要求极髙，确定特殊设计、 使用高性能材料。

以上各项参数不仅要一一研究， 而且需要统筹考虑， 因为它们既彼此影响，又相互依存。

用户订货要准备好订货机械密封的使用条件， 详见表 11-1。

焊接金属波纹管选型指南

为了能够迅速地选择符合需要的焊接金属波纹管机械密封 ， 以下推荐焊接金属波纹管机械密封的选型， 作为技术指导， 这只是一个推荐的方法， 仅供参考，不阻止选用其他密封形式。

在使用方提出对密封的结构 、 材料等要求时， 制造厂应当优先满足。对于急骤蒸发装置焊接金属波纹管有疲分的结构 、 在使用方提出对密封的结构 、 材料等要求时， 制造厂应当优满足。对于急骤蒸发装置， 焊接金属波纹管有疲劳失效的倾向， 故本指导不推荐焊接金属波纹管密封使用于急骤蒸发的介质中， 必须使用时， 应注意采用特别的密封结构或系统， 防止介质在设备启动 、工作及停车过程中汽化。

有抽空现像的设备， 应增加防止非补偿环轴向位移结构和对波纹管的阻尼设计。在介质中介颗粒存在时， 应使用硬对硬的端面配对， 并选用旋转型密封。对于黏稠的介质， 为保证波纹管保持良好的弹性， 应选用旋转型密封。

以下以淸水 、 酸性水 、 碱类和非急骤蒸发烃为流程介质为例， 在不同的介质中， 选用焊接波纹管密封时的选别方法 （ 焊接波纹管密封并非为唯一选择） ， 根据相关密封泄漏量和使用寿命的要求， 其他介质可参照给定介质的特性进行选型。

首先必须确认操作条件 ，分析机械密封所使用的介质、 温度 、 压力和介质的物理特性及化性能， 从而决定机械密封各零部件所使用的材料和机械密封的结构。

当密封工作压力≤2. 2MPa 时， 选用单层波纹管、 旋转型机械密封；当密封工作压力在2.2~4.2MPa 时， 选用满足要求的双层波纹管机械密封。

当介质为淸水， 温度＞80℃ ， 压力≤4.2MPa 时， 静环采用整体环， 结构形式没有特殊要求 ，静密封圈采用O 形橡胶圈。

当介质为淸水， 温度>80℃， 压力在 2. 2~4. 2MPa 时， 端面采用浸金属石墨对硬质合金或碳化硅， 静密封圈采用柔性石墨、 合成橡胶等; 密封辅助系统应使用强制循环冲洗+换热 ( API682 P23 方案） , 并要求有一个小间隙的喉部衬套，正向自冲洗+换热 ( API682 P21方案 ）也可以采用, 但从工作效率上看不如强制循环冲洗+换热。

当介质为酸性水， 温度≤80°C，压力≤4.2MPa 时， 静环采用整体环， 结构形式没有特殊要求， 静密封圈采用耐酸性腐蚀的材料， 尤其耐硫化氢介质的腐蚀， 如选用一些特殊的合成橡胶 、 柔性石墨、 聚四氟乙烯等。

当介质为碱类， 温度≤80°C，压力在≤4.2MPa 时， 在易结晶的介质中， 都需要用硬对硬的端面， 并且不能使用普通反应烧结碳化硅端面材料， 应使用急冷 （API682 P6 2 方 案）或外冲洗 （API682 P32 方案） 以使介质不在密封的大气侧沉积， 二者必须具备其一。

对于非急骤蒸发烃介质， 由于氟橡胶材料在较低温度时， 不推荐使用， 并且注意其他橡胶材料与介质相容， 推荐采用柔性石墨作为辅助密封， 在温度较高时注意一些烃类介质的碳化出现的范围， 其他方面没有特殊要求。

密封选型是很关键的步骤 ， 需要考虑各方面影响因素， 机械密封制造厂与使用方的充分沟通了解， 将有助于机械密封的成功使用。

橡胶的化学介质相容性指南

机械密封用O形橡胶密封圈材料也是机械密封选型中遇到的一个问题， 往往因无详细相关资料， 而不能选择造成密封失效。为了更方便了解橡胶与化学介质的作用， 先推荐橡胶的化学介质相容性指南供参考。

表11-2中所示的为各种橡胶的化学介质相容性指南 ， 此指南中的结果都是在实验室条件下进行的， 可能不能够充分反映现场工况， 短时间的实验室试验是不可能对长期运行的机械设备可能存在的所有添加剂和杂质进行试验的。在选择材料之前， 必须对应用的各个方面加以全面的仔细的分析， 例如某些具有腐蚀性的流体在高温时比在室温时对合成橡胶所产生的影响要显著得多。此外， 还应该考虑材料的物理特性及其与流体的相容性 ， 因为， 在特定的应用中， 材料的压缩永久变形 、 硬度 、 耐磨性及其热膨胀性均会影响材料的适用性。表11-2中相关说明见表11-3和表11-4。