机械密封原理与设计
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机械密封原理与设计范文第1篇
中图分类号TH45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0064-02
高密度聚乙烯装置的低压溶剂回收压缩机K-5001为立式四列往复式迷宫型压缩机，规格为ZW-71.43/0.23~16，由XXX设计院设计， XXX压缩机制造厂制造，属于国产攻关的第一台压缩机。此设备为装置的核心设备，一旦压缩机停机，提供反应环境的溶剂异丁烷物资将不能正常回收，将导致整个装置停车，更严重的将影响上游装置的停车，直接影响装置乃至公司的经济效益。
1 机械密封结构与原理
1.1 机械密封结构
图1为此压缩机机械密封结构图，与其他机械密封类似，都是由动环、静环、弹簧、弹簧座、紧定螺钉、防转销、传动销组成的，从图上可以看出，机械密封泄漏的途径主要有六处；
泄漏一：垫片（序号7）作为机身与静环（序号1）之间的密封，此处密封为静密封，发生泄漏的可能性较小，垫片材质、尺寸满足要求，正常安装即可；
泄漏二：动环（序号2）与静环（序号1）之间：此处密封为动密封，发生泄漏的可能性最大。动、静环摩擦副是一对相对加工精度要求较高的产品，设备运行时，动静环之间形成油膜，摩擦副表面出现的任何微小的变化都会导致机械密封的泄漏；
泄漏三：O型圈（序号4）与曲轴之间，此O型圈防止油沿轴向泄漏。一旦O型圈出现故障，油将沿着轴向外泄漏，其中两次导致机械密封的泄漏都是由于此处的O 型圈发生断裂造成的，第一次O型圈备件采用瞬干胶粘结，长时间在油的浸泡作用下，瞬干胶溶解导致O型圈断裂，第二次新加工制作的O型圈不能满足耐油要求，最终变形断裂。
泄漏四：O型圈与轴之间，同泄漏三相同；
泄漏五：同泄漏点二，端盖侧动环与静环之间；
泄漏六：同泄漏点一，是静环与外侧端盖之间的密封。
1.2 机械密封的工作原理
机械密封工作时，由密封流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一个微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以，获得长期密封效果。
2 机械密封失效原因分析
2.1 机械密封失效经过
高密度聚乙烯装置在2010年9月22日停车检修过程中，发生了五次机械密封泄漏现象。
第一次，在启动回收压缩机数小时后，机械密封大量泄漏，打开检查，发现机械密封动环断裂，检修人员更换新机械密封。
第二次，压缩机启动几分钟后，机械密封又发生了泄漏。打开检查，发现机械密封外侧动环和静环均发生断裂。
第三次，在厂家技术人员指导下，进行第二套机械密封的安装。在压缩机启动几分钟后，机械密封就发生泄漏，打开检查，发现外侧动环和静环断裂，外侧轴瓦局部发生脱落。此次对轴瓦进行了更换，并且对机械密封系统进行了改造，从供油总管与机械密封腔内增加管线，保证机械密封腔内供油充足，重新更换了机械密封。启动压缩机，运行正常，装置按照程序开车。
第四次，在压缩机正常运行两个星期后，机械密封发生泄漏，打开检查发现O型圈断裂（此O型圈为安装前粘接），机械密封动静环只是发生了偏磨，并无断裂破损现象，重新更换新的机械密封和O型圈，启动压缩机，正常运行。
第五次，压缩机运行一星期后，机械密封发生了泄漏，打开检查发现机械密封动静环完好，但新加工的O型圈严重变形并且断裂，发现此种O型圈不满足耐油的要求。更换原厂新O型圈，压缩机运行正常。
2.2 原因分析及改进措施
2.2.1 机械密封失效原因
此次机械密封失效主要原因如下：
1）备件质量，元件制造精度不能满足要求，从第一套机械密封来看，圆柱销加工粗糙，不能保证动环在弹簧力的作用下及时补偿变形量，虽然在安装前对其进行了打磨，但是其精度不能保证。第四次更换的O型圈不是整体加工，而是粘接的，造成机械密封在更换不久就发生O型圈在粘结处断裂；
2）设计缺陷，在压缩机机械密封设计过程中，也存在问题，此机械密封为双端面机械密封，外侧的动静环在长周期运行过程中，机组内部不能为其提供充足的，也是导致机械密封损坏的原因；
3）工艺条件，密封圈加工未考虑工艺条件，厂家制造的静密封O型圈在加工过程中未考虑现场实际工况，造成了机械密封的泄漏。
2.2.2 机械密封失效解决措施
1）从设备本身讲，首先，对原厂采购的机械密封备件严格把关，将上述不足之处反馈给机械密封制造厂家，以便对其进行改进；其次，对设备进行改进，从供油总管上向外侧动静环腔内加引油管，连续向动静环摩擦副供油，给摩擦副提供冲洗、冷却和的条件，并且将轴承座的回油孔减小，保证密封腔内有一定的压力。此外，厂家在加工过程中必须按照现场实际工况加工备件；
2）从工艺操作方面讲，在启动前按照启动步骤对设备进行盘车，设备运行过程中，尽量减小生产的波动，设备振动越小对机械密封长周期运行越有利；
3）从现场安装方面讲，首先检查机械密封各组件是否齐全；其次，密封表面粗糙度达到设计要求；第三，保证轴套表面光滑；第四，保证机械密封的压缩量；最后每次尽量更换静密封圈[1]。
3 结论
通过以上分析，我们了解了机械密封失效的原因。通过改进，压缩机恢复了正常运行。在以后的工作中，多总结经验以保证设备的正常运行。
机械密封原理与设计范文第2篇
【关键词】 机械密封 密封点
机械密封是输油泵密封的关键部件，机械密封性能的优劣不仅决定着泵运行过程中对输送介质的密封性能，其安装的作业水平也直接影响着泵体的运行工况及机械密封使用寿命。
1 机械密的特性及工作原理
机械密封，是一种常见的泵体轴封装置，其主要工作原理是通过一对或数对垂直于泵轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏。机械密封与软填料密封比较，有如下优点：（1）密封更为可靠，在长周期的运行中，机械密封状态相对稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；（2）使用寿命长，在油、水类介质中一般可达1～2年或更长时间；（3）摩擦功率消耗小，泵轴转动时机械密封对泵轴的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；（4）轴或轴套基本上不会因为密封受摩损；（5）维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；（6）抗振性好 对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；（7）适用范围广，机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。
但其缺点有：（1）结构较复杂，对制造加工要求高，一次性投资高；（2）安装与更换比较麻烦，并要求作业人员有一定的安装技术水平；（3）发生偶然性事故时，处理较困难。
常用机械密封结构如图所示。由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。
机械密封中流体可能泄漏的途径有四种，如图中A、B、C、D四点所示（如图1）。
C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封（没有相对运动）。B通道是旋转环（动环）与轴之间的密封，在机封实际安装过程中，旋转环（动环）与轴紧密结合，其相对运动可忽略不计，因此，B通道仍然是一个相对静密封。由于密封面没有相对运动，静密封通道相对来说比较容易封堵，一般使用橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈等静密封元件即可实现有效密封。
A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，密封端面的加工精度要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的液膜（液膜常为输送介质），必须严格腔制端面上的单位面积压力。如果压力过大，不易形成稳定的液膜，会加速端面的磨损，压力过小，则密封端面间隙过大，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围，对安装的技术水平要求较高。
2 库鄯输油管道库尔勒原油站主泵机械密封技术分析
库尔勒原油站主泵为德国梯森系列输油泵，其机械密封为福斯厂生产产品，型号为UC 4000 HP，规格为5×4U，其设计精巧、加工精度高、密封性能优良（如图2、表1）。
福斯机械密封结构特点为：
（1）密封各部件配合精度高；在机械密封的维修更换过程中，我们发现，福斯厂生产的机械密封静环凸缘（S11）与泵体口环处的配合、动环轴套（S1）与泵轴的配合均十分精密，其精度均在毫米级，其中，动环轴套（S1）与泵轴的配合间隙仅为0.25毫米。虽然高精度的机械配合大大提升了机封性能及使用寿命，但也为安装作业提出了较高的要求。
（2）机械密封动静环加工精细，材料先进，质量过硬，密封本身性能优良；通过对福斯机械密封的实物分析，我们发现相对其他品牌机械密封，福斯厂密封柔性件使用了材质较为先进的氟橡胶材料，大大提升了设备使用寿命，在动静环（S14/S15）与轴套（S1）及凸缘（S11）的结合上也采用了较为先进的设计理念，其独特的动环轴向补偿弹簧（S16）为一体式，有效规避了多弹簧推力不均导致密封面受力不均的问题，大幅提高了动密封的密封性能及寿命，另外，弹簧座（S17）与动环（S15）间的接触采用了唇形密封圈（S4）进行缓冲，既提高了静密封效率，也有效缓解了动环做轴向补偿时弹簧弹力的冲击。
机械密封原理与设计范文第3篇
关键词：巴西坎迪奥塔1×350MW火电机组、60HZ、凝结水泵机械密封、泄漏
Abstract: Brazil Candy Horta 1 ×350MW units in condensate system design with 2 sets of condensate pump, during the normal operation of a preparation; according to the Shanghai KSB manufacturers design, condensate pump cylinder body is a vacuum sealing water system design, use of mechanical seal.
Key words: Brazil Candy Horta is 1 × 350MW, 60HZ thermal power unit, condensate pump, mechanical seal leakage
中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：
机械密封各个接口功能说明如下表：
凝结水泵机械密封密封水系统主要流程特点及密封原理介绍：
1、为保证可靠性，进水管路有两路水源，一路是凝泵出口母管，另一路是电厂的除盐水母管。
2、除盐水母管供水管路有两个作用，一是机组启动前，由于凝结水母管没有压力，用除盐水母管水源作为启动用水；二是当机组运行中，运行凝泵如果突然跳闸，凝结水母管压力下跌，此时作为事故用水3、根据厂家设计，进水压力控制在0.2-0.6MPa左右，压力过高，超过机械密封的密封压力，将使轴封向外漏水。
凝结水泵机械密封现状：1、机组运行1年后，密封水进、出水压力表现异常，具体运行情况如下： 1.1、机组真空建立前，通过调节机械密封入口密封水手动阀门，可以保证运行凝泵和备用凝泵的密封水入口压力在0.2-0.6MPa、出口压力在0.1-0.15MPa，符合设计要求； 1.2、机组真空建立后，运行、备用凝泵机械密封的密封水进出口压力降至0，经多次调节密封水进出口阀门，运行凝泵机械密封进口密封式压力最高达到0.1MPa，而其余压力均为0，不符合设计要求的压力范围。
1.3、运行凝泵机械密封漏水、备用凝泵机械密封漏气，严重影响凝结水泵的出口流量和压力参数，造成泵出力不足，尤其是当负荷在280MW以上时，不得不投运2台凝泵。
密封水压力表现异常原因分析因Q、D接口仅作为冲洗水，与密封水压力没有直接关系，在此撇开不予讨论。密封水进出水压力低甚至降至0，必然是因为在机组真空建立后、密封水需求流量增大造成的。为此需要分析，厂家设计的密封水系统还有哪些可改进之处，可以降低密封水的需求量，以达到机械密封处密封水进出口压力平衡。
通过查看凝泵图纸，并对照现场情况，发现机械密封上除了Q、D、F、F'的四个接口，还有两个不明接口与水泵本体有连接，
结构多出的两个接口，根据凝结水泵总图和工作原理分析，A接口使密封水腔室与次级叶轮出口相连，作用是使运行泵的轴封水由自身供给；B接口使环形回水腔室与泵入口侧（即负压区）相连。
改进方案1、接口B口径为DN32，虽然在轴封盒内部有回水节流孔（如上图所示），但经计算，节流孔总通流面积已大于DN25的通流面积，无法起到节流作用。如在接口B处进一步节流，将明显降低密封水用量。节流方式通常有加装节流孔板，或加装阀门调节，为方便起见，此处加装一只DN32球阀进行节流。2、根据实际运行密封水压力低甚至降为零的情况，密封水从接口B流入泵内，通流量已经偏大，因此，再设置接口F'作为第二个密封水回水通道显得多余，因此取消F'出水管路，将此接口仅作为测量轴封盒腔室内部压力检测用。此出水管路取消，进一步简化了密封出水回收问题。3、接口A是泵利用自身次级叶轮出口供密封水，由于密封水从接口B处流入泵内的流量已考虑用阀门进行有效控制，因此密封水供水量不足已不再成为问题，为便于密封水压力调节，此管路也加装DN32球阀以方便平衡。
为方便监视机械密封进出口密封水管道压力，需在密封水进、出口管道阀门后分别安装量程为1MPa和0.6MPa的压力表。
运行情况及调整要点 密封水系统管道改进后，密封压力能满足厂家技术要求，消除了运行隐患。根据运行调整过程中的压力变化特征，提出如下运行调整原则和重点注意事项： 1、运行凝泵应以监视控制密封水出口压力为主，控制在0.1-0.15MPa范围内。接口F'是距离密封水进水接口F最远的部位，因此也是轴封盒腔室内部压力最低的部位。此处压力控制在0.1MPa以上，则表明轴封盒腔室各处均已处于正压，这样，就杜绝了凝泵轴封处向内漏空气的可能。 2、运行凝泵机械密封入口密封压力仅作为观察参考，注意不宜过高即可，控制在0.2-0.6MPa。密封水进口压力越高，机械密封向外漏水的可能性就越大。此外，压力过高还会使泵组向下的轴向推力增大，导致泵组推力瓦温升高。 3、运行凝泵停止转备用后，如局部结构示意图所示，节流套处由正压变为负压，注入轴封盒的密封水将有一部分从节流套与节流衬套间隙处进入泵内，使密封水供水量减少、泄水量增大，因此密封水出口压力会从0.1-0.2MPa变为负压。为了使轴封盒腔室压力恢复到正压，势必要开大密封水进口阀门，或关小B接口至泵入口管道阀门，由于阀门开度发生变化，这样到下一次泵启动时，密封水进口管道压力会超出设计值0.2-0.6MPa较多，有可能会超过压力表量程导致压力表损坏。因此运行泵转备用后，不必使密封水出口压力恢复到设计值0.1-0.15MPa，根据经验，恢复到0-0.1MPa即可（具体视机械密封的严密程度而定，以保证凝水溶氧不明显上升为原则）。 4、运行人员对机械密封冲洗水路（接口Q、D）的结构原理要有正确认识，不要将其视为“第二道水封”，其水封作用是很有限的，应对冲洗水量加以控制，有少量滴出即可，开大了会造成无谓的浪费。
结论
对于抽送负压介质的泵，只要相关密封水辅助系统配置得当，采用机械密封完全可以保证密封可靠，避免影响溶氧指标和泵出力不足的隐患。
凝结水泵轴封结构优化设计、采用机械密封的做法是成功的，解决了凝结水泵轴封泄漏问题，提高了设备可靠性和技术装备水平。
与填料密封结构的凝泵相比，机械密封结构的凝泵几乎没有除盐水损耗，按每台泵减小轴封泄漏量1.25t/h、年运行8000小时计算，每台机组年节约除盐水量20000吨，十分可观。另外机械密封的磨擦阻力损失比填料密封小得多，使得泵浦效率得到一定的提高，因此也有一定的节电效应。
参考文献
（1）巴西项目凝结水泵设备供货合同CCE-013
机械密封原理与设计范文第4篇
关键词：机械密封 潜水泥浆泵 端面开槽 CFD
1前言
矿用潜水泥浆泵是水下输送磨蚀性固液混合物离心泵的一种，是泥浆泵和潜水电机技术相结合的机电一体化产品，广泛地应用于矿山、冶金、电厂等各个领域，矿山泥浆砂石泵送是各种介质泵送工况要求最为恶劣，过流件磨损快，腐蚀性强，频繁地故障会影响生产而造成的经济损失非常严重。近年来，国内矿山行业迅速发展，响应环境保护的迫切需要，绿色矿山建设成为未来发展的一种趋势。矿山生产、生活污水沉淀处理是矿山环境保护的重要项目之一，而潜水泥浆泵作为输送清理泥浆设备，根据国内外专家意见，这种泵型在提高泵送效率、降低能耗以及改善环境保护的最有发展前途和最进步的方向之一。
潜水泥浆泵作为沉淀泥浆泵送的主要设备，不仅要求其高耐磨、稳定高效，机械密封也更是其关键，它是水泵的心脏，必须可靠性高，保证无故障长期运行。潜水泥浆泵是在水下工作，一旦失效，外部介质或油室中的油便会进入电机腔，引起潜水电机故障，甚至影响人身安全。此新型机械密封应用在矿用潜水泥浆泵在使用的安全性、运行可靠性以及提高无故障运行时间，有必要对其机械密封进行结构分析，研究其技术的先进性。
2 机械密封的结构及其原理
2.1机械密封的结构
在矿用潜水泥浆泵中使用的是整体式机械密封，将内机封和外机封装配成为一个单元，主要由静密封环、动密封环、密封圈、支架、弹簧、等构成。机械密封在潜水泥浆泵中分为上下两个端面密封：上密封在油室与电机之间，下密封在泵壳与油室之间，都由一个静环和一个旋转的动环组成，上下两个密封的分界面由弹簧系统和支架相连接，图1为机械密封结构示意图。
2.2机械密封的原理：
机械密封旋转工作时，由密封室内流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以充分，获得更长期密封效果。
多年以来，从现场采集整理地使用情况来看，这种新型的机械密封相对于同类泵型的机械密封有着更明显的性能优势：
（1）适用范围更广。机械密封可以在高温、低温、高压、强磨蚀的环境下工作。
（2） 密封性更好。机械密封在正常工作使用中，端面处可以达到“零泄露”，比其他密封状态更稳定。
（3）寿命长。机械密封设计使用寿命3年以上，常规机械机械密封的使用寿命一般1到2年。
2.3机械密封的材质
泵送介质中含有大量固体颗粒，密封面的材质需要极好的抗腐蚀性和耐磨性，动、静环端面材料选用碳化钨，它具有高硬度、摩擦系数小、强度高、耐腐蚀等等优良的综合性能，如下3机械密封的密封面
传统的机械密封的端面为两个平行的光滑平面，端面开槽技术就是通过在密封端面上开出各种形式的凹槽来改善端面间的和密封状况，从而改善机械密封的密封状态。矿用潜水泥浆泵中使用的机械密封端面开有螺旋流槽，图2为密封端面示意图。若动环外径侧为油室被密封液体，内径侧为低压流体，当动环以图示方向旋转时，在螺旋槽流体动压效应的作用下， 动静环端面之间产生一层厚度极薄的流体膜（ 图3中h1，h2） ， 使动静环端面保持分离即非接触状态。端面开设的螺旋槽既可以产生泵送效应，又可以抵抗压力梯度，在外径与内径压力差的作用下，被密封液体产生方向由外到内的压差流，而螺旋槽的流体动压效应所产生的粘性剪切流的方向由内径指向外径，两者的方向相反，最终得以平衡。
3.1机械密封端面性能参数
机械密封端面按着一元流动进行计算，一元流动的雷若方程：
根据上式，如果设h为常数，粘度也为常数，在内径侧，膜厚h==常数；在外径侧，膜厚h==常数，对上式积分，压力梯度也为常量，即压力按三角形分布，最大压力位于转折处，显然这两个区域的压力梯度为：
和
当密封假设为无限宽时，无轴向流动，其各处的流量必定不变，在单位时间宽度内的流量为：
将前式的压力梯度代入上式，经整理后可得：
设K=，可得到最大压力为：
在单位宽度内的承载能力就是三角形面积之和
经整理得：
3.2 机械密封端面仿真研究
FLUENT是目前运用最广泛地CFD仿真软件之一，具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，对密封端面进行动力学可视化分析，仿真了密封端面压力分布云图，颜色的变化展示了密封面压力的变化，如图4：
4 机械密封发展趋势：
（1）工业技术不断创新 新技术、新理论、新材料、新工艺不断创新发展，失效机理、失效分析和失效监控更加深入地研究和应用，要求使之快速转换成实用性、高性能、高参数的密封产品。
（2）密封系统完善 从以往地单一密封零部件，发展到整个密封系统，并制定了新的密封系统标准。
（3）高效安全和环保性 随着工业技术不断地发展，环境保护地日益关注，人们对机械密封安全高效要求更加严格，过去从只注意眼睛可视的“泄露”，不注意易挥发物的“逸出”，发展到现今控制逸出零，从“零泄漏”到要求“零逸出”。
参考文献：
1. 张景松.流体机械：流体力学与流体机械【M】.徐州：中国矿业大学出版社，2001.11
2. 顾永泉.机械密封实用技术【M】.北京：机械工业出版社，2001.7
3. 彭旭东，杨慧霞，于恒聚.机械密封的新技术及其应用【J】.石油化工设备技术，2001，22（1）：62～66
4. 李梦君，李浙昆，熊勇等.基于FLUENT滑移网格的浮选离心叶片泵内流场的CFD分析【J】.科学技术与工程，2011，11（23）：5664～5668
机械密封原理与设计范文第5篇
【关键词】 泵 双重机械密封 干气密封 对比
在煤制油化工装置中，存在许多有毒、有害、易燃、易爆介质，如甲醇、乙烯、硫化氢一氧化碳、轻烃等。机泵输送此类介质对密封要求较高，按照现代的管理要求，不允许泄露。目前，使用技术一般有三类，采用无泄漏泵如屏蔽泵、磁力泵、隔膜泵等，对于必须使用离心泵时，采用双重机械密封或干气密封。基本上大部分适用双封的场合都可以使用干气密封，在技术上来讲都是可行的。那么双重密封与干气密封，哪个更好，常常困扰许多使用者。本文以神华某煤化工项目净化装置煤化工净化装置主洗泵为例，对双重密封和干气密封进行一下简单的对比，希望能为更多在此领域的用户提供选择的参考。
1 机械密封
1.1 机械密封原理
机械密封的基本概念。
机械密封是指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）的作用下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。
机械密封主要有以下四类部件组成。主要密封件：1静环、2动环；辅助密封件：6旋转辅助密封圈、8静止辅助密封圈；压紧件：3弹簧；传动件：4弹箕座及5键或固定螺钉，7防转销、9压盖。
机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的A、B、C、D四个通道。C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构.A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。
如图2所示机械密封工作时，由密封流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以，获得长期密封效果。
1.2 双重机械密封
有毒有害介质时为了取得更好的密封效果，采用双重密封，根据密封液系统压力可分为有压双封（双端面机械密封）和无压双封（串联式机械密封）。
有压双封密封液系统的压力一般要比一级密封前的压力高0.01-0.03MPa。这样一级密封泄漏时，密封液会进入泵内，确保了泵内介质不会泄漏到外界。由于密封液进入泵内，密封液系统压力、液位降低，可以实现密封的泄漏监测和报警。
无压双封密封系统内的压力一般为常压或微压，低于一级密封前的密封腔压力。当一级密封泄漏时，泵内介质会进入密封液系统，导致密封液系统的压力和液位升高，可以通过压力开关或液位开关实现泄露监测和报警。通过密封液系统来监测双端面机械密封失效与否，也是其区别于单端面机械密封最主要的形式之一。
有压双封（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。双端面机械密封结构如图3所示。
双端面机械密封不仅仅是单端面机械密封的重复，在化工一些重点场合，可有效地防止危险、有毒、易燃、易爆物质的泄漏，具有高性能保险作用。在密封高压介质时，可以合理的分配每个密封的两端压差，提高密封的工作压力范围。对一些自性差、易凝结、汽化介质，通过在密封腔体注入密封液改善密封的工况，大大提高密封的效率和使用寿命。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。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、和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。
与单端面机械密封相比，双端面机械密封多一个摩擦副。可分为面对面、背对背两种形式。
面对面双端面机械密封有静环面对面和动环面对面两种形式。静环面对面是一整体动环，动环面对面一整体静环。但是由于加工精度、机械密封失效后更换成本等问题面对面式双封在流体泵用机械密封中使用较少，一般应用于密封腔尺寸较小的场合。背靠背或串联机械密封已经完全可以覆盖面对面机械密封的适用工况。轻烃、黏性、聚合流体、有害气体采用干气密封、非接触设计可以采用面对面机械密封。面对面机械密封要求封液压力大于介质压力，属于有压双封，不然内侧机械密封动静环受力不合理。面对面结构多用于集装式结构，既可以做单端面，又可加封液做成双端面。
背对背式双端面机械密封亦可做成集装性，拆装方便，检修容易，因此使用较多。背对背式双封分别有两动环和两静环，一级密封为外流式。因其适用工况宽，应用广泛，狭义上的双端面机械密封专指背对背式双端面机械密封。背对背式双封属于有压双封，当一级密封失效后密封液系统的压力和液位都会降低。密封液循环的动力由内置泵效环提供。
图6所示为无压双封（串联机械密封）是两组单端面机械密封组成串联双端面机械密封两套密封延同一方向布置，密封腔压力逐级降低，介质不至外漏。串联双端面密封由于其结构紧凑，可适用于轴径尺寸不大，轴向尺寸小，且转速较大的中等载荷的场合。内端为平衡型机械密封，外端为非平衡型带泵效环机械密封。封液提供密封面的冷却，靠内置泵效环循环。
2 干气密封
2.1 干气密封原理简述
一般来讲，典型的干气密封包含了静环、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。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轴上的旋转环——动环组件配合，如图7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，如图8所示。随着转动，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。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图9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。如图10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，见图11。
这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。
离心泵输送的介质为液体。根据不同工况条件，可采用双端面干气密封和串联干气密封。
2.2 双端面干气密封
双端面干气密封可以用在绝大多数离心泵的轴封上，它具有以下特点：用“气体阻塞”替代传统的“液体阻塞”原理，即用带压密封气替代带压密封液，保证工艺介质实现“零逸出”；整套密封非接触运行，其功率消耗仅为传统双端面密封的5%，使用寿命比传统密封长5倍以上；结构简单的辅助系统，保证工艺介质不受污染及工艺介质不向大气泄漏，彻底摆脱了传统双端面机械密封对油系统的依赖。密封气采用工业氮气或工业仪表风，其压力高于介质0.15—0.2MPa。
泵用双端面干气密封的不足之处是：需要一定压力的气源，气源压力至少高于介质压力0.2MPa；有微量气体进入工艺流程。
2.3 串联式干气密封
泵用串联式干气密封具有如下特点：干气密封与接触式机械密封串联使用，机械密封为主密封，干气密封为次密封；干气密封与主密封间通入氮气，保证主密封具有一定背压，极大地延长主密封的使用寿命；主密封泄漏的工艺介质随密封气排入火炬，保证工艺介质不向大气泄漏，是一种环保型密封；主密封失效后，干气密封短时间内起到主密封作用，防止工艺介质向大气大量泄漏。该类密封使用寿命取决于机械密封的使用寿命，一般在2—3年左右。该密封主要用于易挥发介质的场合，如液态烃类介质；对密封气压力要求不高。
泵用串联干气密封的不足之处是：该密封还不是完全意义上的干气密封，其总体性能介于机械密封和干气密封之间。该密封适用于易挥发介质的场合，使用范围较窄。
3 神华煤化工项目净化装置煤化工净化装置主洗泵密封选型比较
3.1 主洗泵工艺参数
介质：甲醇
入口压力：0.447MPa（a）
出口压力：7.05MPa（a）
流量：322m3/h
扬程：691.1m
入口温度：-64℃
3.2 双重机械密封选型
（1）甲醇为有毒有害介质，不允许泄露到大气中。
（2）此工况情况下，由于介质温度较低，密封在运转中，会吸收大量热量，导致密封面外侧极易结冰，致使密封面磨损；
（3）工艺要求介质不允许受到污染。
基于此以上原因，推荐选用APIPLAN冲洗方案为PLAN11+52+62
PLAN11：介质从泵的吐出口经过流量控制孔板（如果必要的话）到密封，液体进入邻近机械密封端面的密封室冲洗端面，液体经过密封返回泵中，保持密封端面产生的摩擦热及时带走，从而改善密封工作环境。
PLAN52：利用压力小于工艺流体压力但不低于大气压力的缓冲液，注入密封室中。由于缓冲液压力小于工艺流体压力，少量工艺流体泄漏至缓冲液中，即在外侧密封室中，循环至密封系统或放空系统中进行处理，从而避免工艺流体的直接排放大气和环境的污染。本泵使用工业白油作为缓冲液。如图13。
PLAN62：采用外供急冷液冲洗密封面大气侧。急冷液可使用蒸汽、氮气或清洁水，本泵考虑介质的低温性，使用0.2～0.7Bar低压氮气进行吹扫，防止外侧密封运转时吸收周围热量结冰，导致密封面破损。如图14。
如图15该泵密封系统需配置两个缓冲罐，其上设有温度、压力、液位开关，并且外侧密封需要配置低压氮气吹扫。一旦主密封泄露时，外侧密封液位上升，压力增高，使得压力或者液位进行报警，从而判断密封泄露进行检修。
3.3 干气密封选型
甲醇为碳氢化合物，在低温下极易气化，并且如采用接触式密封产生的摩擦热会加剧密封面间液膜不稳定状态，因此推荐采用双端面干气密封。
本泵选用双端面干气密封。冲洗方案PLAN74
PLAN74：由外部提供隔离气-氮气，通常氮气压力应高于主密封腔介质压力，标准规定隔离气应高1.75-2bara（25psi-30psi），隔离气由有过滤器，调压筏，流量计，单向伐，压力表和压力开关组成的控制板提供，隔离气的泄露方向一是通过主密封面向主密封腔泄露，另一是通过外侧非接触干气密封向大气侧正常泄露，同样实现介质的零泄露。
需配过滤器、调压阀、流量指示剂、压力表、压力开关等，还需配给0.8MPa（a）的稳定洁净氮气。
4 主洗泵选用串联机械密封与干气密封的比较
（1）密封效果：串联机械机械密封与干气密封均可做到介质绝不泄露；
（2）使用寿命：串联机械密封使用寿命为1年；干气密封使用寿命为3年；
（3）操作简便性：串联机械密封需加缓冲液及配置氮气吹扫；干气密封需采用氮气加压系统，两者基本相当；
（4）一次投入价格：串联机械密封价格相当于干气密封价格的60%；辅助系统价格相当；
（5）外部条件依赖性：串联密封对公用工程条件要求不高，干气密封需要压力稳定、洁净的氮气源；
（6）易损坏度：串联式机械密封为接触式密封，由于介质温度较低，密封产生的摩擦热会加剧密封面间液膜不稳定状态，长期运转能力明显弱于干气密封；干气密封必须达到一定转速才能形成气膜，开启密封面，在泵启动停车时密封面容易磨损，如频繁启停泵则极易损坏；
（7）检修复杂性：串联式机械密封与干气密封均为集装式密封，整体更换，对用户来讲区别不大；
（8）维护成本：串联式机械密封价格低但寿命短，如以三年为计算期，理想状态下干气密封更换费用为串联密封的55%。
5 结语
通过净化装置主洗泵干气密封与串联式机械密封选型的综合比较，两者均没有绝对的优势。干气密封在公用工程条件稳定，装置运行稳定的场合，具有维护成本低、使用寿命长、稳定可靠地优势，因此，在能够稳定运行的装置，可优先考虑使用干气密封。在新建、改建项目，由于装置在开工初期工艺操作稳定性较差，公用工程条件的稳定性也不好保证，双重机械密封则具有投资低、对公用工程依赖性低、更换成本较低等优势，因此在新建、改建项目建议优先考虑串联式机械密封。
在目前技术条件下，泵用双重机械密封与干气密封各有优势，进行选型时还需从投资能力、外部条件、装置稳定性、工艺要求等方面综合考虑。
参考文献：
[1]李继和.机械密封技术.化学工业出版社，1988.
[2]顾永泉.流体动密封.山东石油大学出版社，1990.
