通常，在存在污染工藝流體的密封場合，主要采用普通的接觸式雙端面機械密封，兩密封之間通過阻塞流體輔助系統(tǒng)注入壓力高于被密封介質(zhì)壓力的阻塞流體，防止被密封介質(zhì)向外界的泄漏。但在實際工程應(yīng)用中，常常由于諸多原因出現(xiàn)故障而不能有效地阻止被密封介質(zhì)的泄漏，尤其是對于輸送含固體顆粒介質(zhì)、頻繁開停及易抽空的工藝流程泵，密封的可靠 性遠不如人意。某石化公司單體車間工藝裝置的污水泵，因密封效果不理想，其泄漏成為亟待解決的問題。 (1)污水泵機械密封技術(shù)參數(shù) 該泵型號為WQ3 0-3 5-7.5在正常工作時，人口壓力接近常壓，出口壓力為0.5 5 MPa，輸送溫度為常溫。采用的機械密封為雙端面內(nèi)裝多彈簧平衡型結(jié)構(gòu)，密封面內(nèi)徑為3 5.2 mm，外徑為4 4.2 mm，端面寬度為4.5 mm，平衡直徑為3 6.8 mm，、 (2)工況條件下存在的問題 ①隔離流體壓力小于被密封介質(zhì)壓力 為了保證雙端面密封的密封功能，理論上要求 隔離流體的壓力必須高于被密封介質(zhì)的壓力0.1～0.1 5 MPa，以防止含有一定毒性的介質(zhì)泄漏。但實際工程中，隔離流體的壓力不大于0.3 MPa，小于被密封介質(zhì)的壓力0.5 5 MPa，因此密封的使用效果并不理想。 ②輸送介質(zhì)中含有大量的固體顆粒 由于污水泵是把工藝裝置中排放到儲罐中的各種工藝流體(包括大量的冷卻水)定時輸送到污水處理站進行凈化處理，其中含有一定比例的雜質(zhì)類固體顆粒，極易進入密封端面之間產(chǎn)生劇烈的磨粒磨損，使密封早期失效。若隔離流體輔助系統(tǒng)不能正常工作，出現(xiàn)隔離流體的壓力小于被密封介質(zhì)的壓力時，固體顆粒就會進入內(nèi)側(cè)密封的端面之間，其失效的概率大大增加。 ③處于頻繁開停狀態(tài) 當(dāng)污水儲罐中的液體抽送完畢后，泵自動停止運行，而當(dāng)儲罐中液體積聚到規(guī)定液位后，泵又自動切換至運行狀態(tài)。正是由于泵處于頻繁的開停狀態(tài)，使機械密封出現(xiàn)周期性的不穩(wěn)定干摩擦狀態(tài)，這也是密封頻繁失效的主要原因之一。 ④泵易出現(xiàn)抽空 由于泵處于頻繁的開停狀態(tài)，當(dāng)儲罐中液位下降到一定程度時，很容易使泵出現(xiàn)抽空現(xiàn)象，產(chǎn)生劇烈的振動和噪聲，此現(xiàn)象的產(chǎn)生必然導(dǎo)致密封出現(xiàn)不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，密封失效的可能性大大增加。 綜合以上分析可以得知，普通的雙端面接觸式機械密封由于自身密封原理的限制以及工況條件的特殊性，難以在此環(huán)境條件下保證密封的長周期安全運行。而且，在穩(wěn)定工況條件下，雖然采用雙端面密封或串聯(lián)密封可基本上消除被密封介質(zhì)的泄漏，但密封輔助系統(tǒng)復(fù)雜，運行費用大增，且輔助系統(tǒng)的可靠性直接影響到密封的使用效果。 (3)密封結(jié)構(gòu)改造 由于錐面機械密封特別適合于含有固體懸濁物的泵送設(shè)備，所以將密封面改為錐面密封，如圖7—2 5所示。靜環(huán)材料為填充聚四氟乙烯，動環(huán)材料為不銹鋼，錐面噴涂碳化鎢。其主要特點如下。 ①錐面機械密封的動環(huán)為一錐環(huán)，其半錐角為口;靜環(huán)的內(nèi)徑D1為定值，隨著靜環(huán)的磨損，接觸母線長度L增長，靜環(huán)的外徑D2也隨之增大。 ②密封接觸面母線長度很短(穩(wěn)定運轉(zhuǎn)初期為0.3～0.5 mm)，因此接觸端面內(nèi)外溫差小，溫升低，降低了黏著磨損的程度。靜環(huán)具有較大的抗壓截面，壓力變形小。 ③密封套和動環(huán)都具有一定的浮動性，可使密封面始終保持良好的接觸狀態(tài)，介質(zhì)中的懸浮顆粒不易進入密封面。 ④介質(zhì)泄漏方向與其離心力方向成一定角度，對減少泄漏有利。 (4)注意事項 ①錐面機械密封的密封比壓計算公式與端面機械密封是一樣的。 ②設(shè)計中注意K與接觸母線L的關(guān)系 當(dāng)錐面機械密封的靜環(huán)磨損后，接觸母線長度L不斷增加，使得載荷系數(shù)K不斷減小。接觸母線長度L與載荷系數(shù)K的關(guān)系曲線，運轉(zhuǎn)過程中，靜環(huán)磨損和K值降低所造成的卸載，使密封比壓Pc降低，由此而產(chǎn)生泄漏時，必須通過調(diào)節(jié)彈簧壓縮量(彈簧加載)來維持足夠的密封比壓。 ③彈簧比壓是影響機械密封的密封性能和使用壽命的重要參數(shù)之一 彈簧比壓的主要作用是保證泵在啟動、運轉(zhuǎn)和停車時，使密封面良好貼合;在密封面磨損以及密封套產(chǎn)生振動和竄動時，用于克服密封套軸向移動時0形密封圈與泵體密封腔內(nèi)表面的摩擦力，起到補償和緩沖作用。機械密封在運轉(zhuǎn)中，彈簧一般不再進行調(diào)整。彈簧在錐面機械密封中起著補償密封環(huán)磨損卸載和K值降低卸載雙重作用，設(shè)計中正確確定彈簧比壓是保證密封性能和使用壽命的重要一環(huán)。 實踐證明，錐面機械密封特別適合含有顆粒介質(zhì)的密封，改造后的密封結(jié)構(gòu)，密封可靠，泵在運轉(zhuǎn)中基本不漏，調(diào)節(jié)維護方便。提高了密封性能，延長了運行周期，節(jié)省了檢修費用。 彈簧在錐面機械密封中，起著補償密封環(huán)磨損以及K值降低所造成的密封比壓下降的雙重作用，要正確確定彈簧比壓。在錐面密封中，載荷系數(shù)K為一變量，設(shè)計中必須注意這一問題。