“课官”们，晚上好

“流程工业微课”第四期课程开课啦

希望在您碎片化的时间里

也能学到一些系统性的知识

上期课程

与大家共同学习了如何做好工艺！

本期课程的主题

将围绕为这些工艺过程

提供压力和流量的动设备展开

“当我们在谈论动设备的时候，我们在谈论什么？”计划10次课程。

今天是第2课：离心泵的密封。

在化工和石油生产中，原料、半成品和成品大多是液体或气体，而将原料制成半成品和成品，需要经过复杂的工艺过程，在这个过程中需要输送这些液体或气体，为这些工艺过程提供所需的压力和流量，输送液体的动设备习惯上称之为泵类;输送气体的动设备习惯上称之为压缩机类。按照泵与压缩机的工作原理可以分为速度式与容积式，在速度式中，又可以分为叶片式与喷射式，叶片式又可以分为离心式、混流式、轴流式，最常见的是离心式;容积式可以分为回转式与往复式，往复式本可以分为活塞式与隔膜式。本系列课程我们将和大家一起聊聊各种泵和压缩机。

1、填料密封

填料密封类似于阀门的压兰，由于需要适当的松紧度，因此会有一定程度的泄漏，一般在无污染性介质条件下使用。

2、机械密封

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。动环与静环之间的密封：是靠弹性元件(弹簧、波纹管等)和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面(端面)上产生一适当的压紧力(比压)使两个光洁、平直的端面紧密贴合;端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。示意图如下。

机械密封的安装使用注意事项

1)、设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米;

2)、设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密封部位;

3)、在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦付破损而密封失效;

4)、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装;

5)、安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求;

6)、安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性;

7)、安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉;

8)、设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效;

9)、对易结晶、颗粒介质，对介质温度>80oC时，应采取相应的冲洗、过滤、冷却措施，各种辅助装置请参照机械密封有关标准。

10)、安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，要特别注意机械油的选择对于不同的辅助密封材质，避免造成O型圈侵油膨胀或加速老化，造成密封提前失效。

3、干气密封

一般来讲，典型的干气密封结构包含有静环、动环组件(旋转环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等零部件。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在转子上的动环组件配合，如下图所示。

在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，如下图所示。

随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。在动力平衡条件下，作用在密封上的力如下图所示。

闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。

如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。如下图所示。

类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态，见下图。

干气密封的使用要点：密封面之间的气源必须保证，转动情况下失去气源肯定导致密封损坏。

4、浮环密封

浮动环密封的原理是靠高压密封油在浮环与轴套间形成油膜，节流降压，阻止高压侧气体流向低压侧，将气体封住。因为主要是油膜起作用，故又称为油膜密封。在工作时浮环受力情况与轴承相似，所不同的是：轴承浮起的是轴，对浮环密封而言，由于浮环重量很小，故轴转动而在浮环与轴间隙中产生油膜浮力时，浮起的将是浮环，轴是相对固定的。根据轴承油膜原理知道，如浮环与轴完全同心，则不会产生油膜浮力，如浮环与轴偏心，则轴转动时将会产生油膜浮力，这种浮力使浮环浮起而使偏心减小。当偏心减小到一定程度，即对应产生的浮力正好与浮环重量相等时，便达到了动态平衡。由于浮环很轻，因此这个动态平衡时的偏心是很小的，即浮环会自动与轴保持基本同心，这是浮环的特点。

浮环密封是由高压环、低压环、防转销、辅助O型密封环等组成。高压环的作用是利用密封油在浮环与轴套间形成的油膜，阻止所密封气体通过浮环与轴套间的间隙外漏，但会有少量油从此间隙中向密封气体侧泄漏，因高压环两侧压差较小，所以高压环一般为一道。低压环的作用是利用密封环油在浮环与轴套间形成的油膜，产生节流降压，阻止密封油流向低压侧，起减少密封油消耗、使密封油保压的作用，因低压环两侧压差较大(低压环外侧一般同大气连通)，为防止泄油量过大，视情况低压环可选用多道。防转销的作用是防止浮环随轴转动，但同时防转销又不影响浮环正常浮起。O形密封环的作用是防止密封油从浮环和壳体间的接触面处泄漏，为辅助密封。

从浮环的结构看，目前采用较多的是L形环。用L形环可以缩短密封轴向尺寸，但端面密封面难于研磨，不能直接接触来封油，而常用O形密封圈密封，这样就增加了端面摩擦力，对浮环的浮动不利。另外，由于浮环壁薄，加工时容易出现椭圆度，而且运转时受力不均，容易产生偏斜。用矩形环可以克服上述缺点，但要增加密封的轴向尺寸。

从工作条件来看，高压侧浮环工作条件要恶劣得多，第一，浮环的两侧压差很小，一般为约0.06MPa;第二、为提高密封效果，间隙一般尽可能减少，因此，高压侧的漏油量比低压侧要小得多，一般要少1000~2000倍。高压浮环运转时产生的大量的热量不能被油及时带走，使高压环和油的温度很高，容易引起抱轴等现象使浮环损坏。(为了解决这个问题，必须加强高压侧浮环的冷却，例如，在高压环上钻一些冷却孔，让油先冲刷高压环的外壁，然后绝大部分油经过冷却孔从高压侧环流过，加强了冷却效果，试验证明对提高浮环的运转可靠性和减小污油耗量都是有利的。为加强高压环冷却，也可以在高压环上开径向沟槽和采取其他措施。为了提高密封处轴的耐磨性，一般在轴上加轴套，并在轴套上涂一层耐磨材料)。