热水泵机械密封的选择与使用

王永健 魏迎来

（天津戴瑞米克隔板有限公司 天津）

一、水温和杂质对热水泵机械密封的影响

1.常温下，水泵机械密封面之间冷水膜的厚度约为1 μm，在大多数情况下能够保持密封面分开，起到润滑作用。当水温升高时，水膜厚度随温度的变化减小到原来的1/3～1/5 μm，水膜厚度不足以分开密封的滑动面。

2.水在达到一定温度时将蒸发、膨胀，可能打开重叠的密封面，造成以下后果：

（1）石墨密封环外表的缺失和损坏。持续蒸发伴随着冷却使密封面发生振动、引起冲撞，密封驱动凸台（或销）被磨损，金属波纹管破裂、密封面破裂。

（2）在有固体溶解物悬浮于水中的情况下，水蒸发时在两个密封面之间将留下固体物质，它们会嵌入到软的密封面中，引起严重磨损，在石墨密封面上形成研磨痕迹。如果有大等级颗粒或任何外界物质在密封面之间掠过，密封将开始失效。

3.发生滑动粘附。两个密封面之间因缺少润滑而瞬时粘在一起。粘附和滑动的交替作用将产生振动，造成石墨密封环破裂，波纹管或造成凸台（或销）驱动面破裂。安装一些振动阻尼能够减少和避免这种情况的发生。

4.氧化铁（Fe3O4）作为抗腐蚀遮盖物在管道的内表面形成，这些氧化铁经常从管道内壁破裂脱落并积聚到密封元件上。氧化铁颗粒对密封的影响如下：

（1）作为研磨材料渗透到密封中，将机械性地研磨密封的滑动弹性体，这将引起“瞬间失效”直至最终的泄漏。

（2）磨损滑动弹性体的密封面。

（3）新水系统中存在松散的氧化铁是正常的，但系统使用大约1年后，铁的氧化物会形成稳定的层。

5.热水能闪蒸为蒸汽，因此泄漏会不可见。如果热水是冷凝物中一部分，就必须在真空的条件下被密封。

二、热水泵密封材料的选择

（1）密封的结合面应是没有填充物的石墨与固体碳化硅或碳化钨匹配运行。在这些应用中不应使用镀层和涂面。近年来，一种由石墨渗入碳化硅的新型密封面材料因具有更好的热传导性得到广泛的应用。

（2）弹性体。乙丙烯橡胶的使用温度可达135℃。如果有更高温度的密封要求，可以使用杜邦公司的全氟醚橡胶或具有同等功能的材料。一般情况下，应该尽量使用冷却水来延长密封面的寿命。不要在乙丙烯橡胶上涂抹石油基润滑脂，所有石油产品都会破坏乙丙烯橡胶(EPR)。

（3）金属元件中，316级不锈钢是首选。但为避免氯化物侵蚀问题，金属波纹管和弹簧不选用不锈钢材料，选用哈司特镊合金“C”。

三、热水泵机械密封的选择

（1）如果应用环境在负压和正压之间变化，使用平衡型O形圈密封。O形圈密封能够提供两个方向的密封。

（2）为了安装方便和使用敞开叶轮泵时，允许随着运行和环境温度的周期变化对叶轮进行调整，选用筒式密封，见图1。除非它们具有某些类型的自调整特性，否则不要把筒部分作为静密封安装。

（3）如果泵安装有衬套或巴士合金轴承，应选用特定的移动密封，这种密封方式多应用于锅炉用的多级密封供给泵。

（4）如果密封腔的压力（不是泵的排放压力）＞2.4 MPa（350 PSI），应 选用高压密封。高压密封具有更稳定的结构，能防止面的变形和弹性体被挤出。

（5）当密封腔的压力在正压和负压之间变化时，分离密封的使用需要改进。轴衬安装在分离密封旁对叶轮调整有帮助。在负压的应用环境下，密封可以反向安装，或安装排放再循环管线来保持填料箱内维持正压。一般情况下，热水的工作环境推荐使用双密封。

（6）如果使用静金属波纹管密封，冲洗流动或循环连接使密封面存在温度梯度能引起重叠密封面的扭曲变形。

四、密封热水所需的环境控制

（1）为了延长密封使用寿命，密封处的水应尽可能的冷却到环境温度，水温越低越能更好地润滑密封面。

（2）在填料箱中安装石墨轴衬来屏蔽热量，或在泵上使用带套填料箱来冷却填料箱液体，确保没有再循环和冲洗管线进入或连出到填料箱。

图1 筒式密封结构图

（3）确保冷却衬套发挥功能。如果工作系统水中的钙在套的表面结垢而干扰热传递，必须定期清洁套或用替代的冷凝物作为冷却介质。冷却衬套的同时防止热量传递到轴承箱，轴承箱油温每升高10℃，油的使用寿命将减少为原来的一半。

（4）如果不能实现冷却，替代的方法是使填料箱的压力高于水汽化压力至少一个大气压。可以安装压力控制装置到填料箱的底部，使用泵排放口再循环管线的液体来加压填料箱，使用中注意装置的泄漏。在一些高压锅炉供水泵或锅炉循环泵的应用中，根据涉及到的压力，一般使用特殊的高压密封装置。

许多泵在运行中，当热量传导到轴承润滑油时，可以利用轴承油冷却器来提供必须的冷却，采购前与制造商确认是否包含这个附件。在95℃以下，没有污染的油至少能够使用3个月。实际应用中，即使温度被严格控制，唇式或脂式的密封通常也只有3个月的寿命，因此，这两种密封应该用迷宫式或正面密封代替。

（5）虽然在泵的排放口与填料箱之间安装冷却器能提供充足的冷却，但在大多数情况下，管线或装置都可能发生泄漏，当温度升高时非常危险。

（6）选用有急冷功能的A.P.I类型压盖。在密封情况下，当冷水被快速打到热的表面时将蒸发，热表面有固体物质生成，这将限制密封移动并且侵蚀密封套和其他元件，对弹簧在密封液体之外的设计，会导致弹簧被阻塞，工作中过多的冷水能通过脂式或唇形密封泄漏到轴承。