通过对泵用机械密封的实际应用和理论分析，提出了机械密封的实际密封效果不仅与机械密封自身的性能有关，且与其它零部件提供的条件以及密封辅助系统提供的条件有着重要的关系，因此在设计泵机组产品时，要为机械密封的使用提供一个良好的外部条件。 目前机械密封在泵类产品中的应用非常广泛，而随着产品技术水平的提高和节约能源的要求，机械密封的应用前景将更加广泛。机械密封的密封效果将直接影响整机的运行，尤其是在石油化工领域内，因存在易燃、易爆、易挥发、剧毒等介质，机械密封出现泄漏，将严重影响生产正常进行，严重的还将出现重大安全事故。
人们在分析质量故障原因时，往往习惯在机械密封自身方面查找原因，例如：机械密封的选型是否合适，材料选择是否正确，密封面的比压是否正确，摩擦副的选择是否合理等等。而很少在机械密封的外部条件方面去查找原因，例如：泵给机械密封创造的条件是否合适，辅助系统的配置是否合适，而这些方面的原因往往是非常重要的。本文作者从泵用机械密封的外部条件的角度分析了影响密封效果的几种因素和应采取的合理措施。
1机械密封的原理及要求 机械密封是靠一对相对运动的环的端面相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用，这种装置称为机械密封。 机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。
其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。
压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙B、静环与压盖的间隙C的作用，同时对泵的振动、冲击起缓冲作用。 机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件，它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的，同时通过其基本原理可以看出，机械密封的正常运行是有条件的，例如：泵轴的窜量不能太大，否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压；机械密封处的泵轴不能有太大的挠度，否则端面比压会不均匀等等。
只有满足类似这样的外部条件，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。2外部条件影响的原因分析 。
2.1泵轴的轴向窜量大 机械密封的密封面要有一定的比压，这样才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。
为了保证这一个比压，机械密封要求泵轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.5mm以内。但在实际设计当中，由于设计的不合理，往往泵轴产生很大的窜量，对机械密封的使用是非常不利的。
这种现象往往出现在多级离心泵中，尤其是在泵启动过程中，窜量比较大。
平衡盘工作时自动改变平衡盘与平衡环之间的轴向间隙b，从而改变平衡盘前后两侧的压差，产生一个与轴向力方向相反的作用力来平衡轴向力。由于转子窜动的惯性作用和瞬态泵工况的波动，运转的转子不会静止在某一轴向平衡位置。
平衡盘始终处在左右窜动的状态。平衡盘在正常工作中的轴向窜量只有0105～011mm，满足机械密封的允许轴向窜量015mm的要求，但平衡盘在泵启动、停机、工况剧变时的轴向窜量可能大大超过机械密封允许的轴向窜量。
泵经过长时间运行后，平衡盘与平衡环摩擦磨损，间隙b随着增大，机械密封轴向窜量不断增加。由于轴向力的作用，吸入侧的密封面的压紧力增加，密封面磨损加剧，直至密封面损坏，失去密封作用。吐出侧的机械密封，随着平衡盘的磨损，转子部件的轴向窜量大于密封要求的轴向窜量，密封面的压紧力减小，达不到密封要求，最终使泵两侧的机械密封全部失去密封作用。 。
2.2轴向力偏大 机械密封在使用过程中是不能够承受轴向力的，若存在轴向力，对机械密封的影响是严重的。 有时由于泵的轴向力平衡机构设计的不合理及制造、安装、使用等方面的原因，造成轴向力没有被平衡掉。机械密封承受一个轴向力，运转时密封压盖温度将偏高，对于聚丙烯类的介质，在高温下会被熔融，因此泵启动后很快就失去密封效果，泵静止时则密封端面出现间断的喷漏现象。
2.3泵轴的挠度偏大 机械密封又称端面密封，是一种旋转轴向的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封之间要受力均匀。但由于泵产品设计的不合理，泵轴运转时，在机械密封安装处产生的挠度较大，使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好。
2.4没有辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设置不合理 机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的，它可以有效地保护密封面，起到冷却、润滑、冲走杂物等作用。有时设计员没有合理地配置辅助冲洗系统，达不到密封效果；有时虽然设计人员设计了辅助系统，但由于冲洗液中有杂质，冲洗液的流量、压力不够，冲洗口位置设计不合理等原因，也同样达不到密封效果。
2.5振动偏大 机械密封振动偏大，最终导致失去密封效果。但机械密封振动偏大的原因往往不是机械密封本身的原因，泵的其它零部件是产生振动的根源，如泵轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。
2.6泵汽蚀的原因 由于装置系统操作不合理以及泵进口汽蚀性能不好、泵的转速偏高，在泵的入口处发生局部汽蚀，汽蚀发生后，水中会有气泡，它一方面会冲击机械密封面的外表面，使其表面出现破损；另一方面会使动静环的吻合面的流动膜中也含有气泡，不能形成稳定的流动膜，造成动静环的吻合面的干摩擦，使机械密封装置损坏。
2.7机械加工精度不够 机械加工精度不够，原因有很多，有的是机械密封本身的加工精度不够，这方面的原因容易引起人们的注意，也容易找到。
但有时是泵其它部件的加工精度不够，这方面的原因，不容易引起人们的注意。例如：泵轴、轴套、泵体、密封腔体的加大精度不够等原因。这些原因的存在对机械密封的密封效果是非常不利的。 3应采取的措施 。
3.1消除泵轴窜量大的措施 合理地设计轴向力的平衡装置，消除轴向窜量。为了满足这一要求，对于多级离心泵，比较理想的设计方案有两个：一个是平衡盘加轴向止推轴承，由平衡盘平衡轴向力，由轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位；另一个是平衡鼓加轴向止推轴承，由平衡鼓平衡掉大部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承承担，同时轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。第二种方案的关键是合理地设计平衡鼓，使之能够真正平衡掉大部分轴向力。
对于其它单级泵、中开泵等产品，在设计时采取一些措施保证泵轴的窜量在机械密封所要求的范围之内。 。
3.2消除轴向力偏大的措施 合理地设计轴向力平衡机构，使之能够真正充分地平衡掉轴向力，给机械密封创造一个良好的条件。对于一些电厂、石油、化工等领域应用的重要产品，在产品出厂之前，必须做到台台试验检测和发现问题和解决问题。有些重要的泵可以在转子上设计一个轴向测力环，对轴向力的大小进行随时监测，发现问题及时解决。
3.3消除泵轴挠度偏大的措施 这种现象大多存在卧式多级离心泵中，在设计时采取以下措施：
(1)减少两端轴承之间的距离。泵叶轮的级数不要太多，在泵总扬程要求较高的情况下，尽量提高每级叶轮的扬程，减少级数。
(2)增加泵轴的直径。在设计泵轴直径的时候，不要简单地仅考虑传递功率的大小，而要考虑机械密封、轴挠度、起动方法和有关惯性负荷、径向力等因素。很多设计员没有充分认识到这一点。
(3)提高泵轴材料的等级。
(4)泵轴设计完成后，对泵轴的挠度要进行校核检验计算。
3.4增加辅助冲洗系统 在条件允许的情况下，尽量设计辅助冲洗系统。 冲洗压力一般要求高于密封腔压力0107～011MPa，如果输送介质属于易汽化的，则应高于汽化压力01175～012MPa。密封腔压力要根据每种泵的结构型式、系统压力等因素来计算。
轴封腔压力很高时或者压力几乎接近该密封使用最高极限时，也可由密封腔引液体至低压区，使轴封液体流动以带走摩擦热。
根据每种泵的操作条件，合理地配置管路和附件。如冷却器、孔板、过滤器、阀门、流量指示器、压力表、温度等。实际上密封的可靠性和寿命，在很大程度上取决于密封辅助系统的配置。 。
3.5消除泵进口汽蚀的措施
(1)提高泵的汽蚀性能水平，满足现场装置的汽蚀性能的要求。
(2)现场试验装置的要求要与泵汽蚀性能水平匹配。
(3)现场安装和工况调节要给泵创造有利的条件。
3.6消除泵振动的措施
(1)泵产品在设计过程中，要充分分析振动的来源，以消除振动源。
(2)泵产品的制造装配过程中，严格按标准和操作规程去执行，消除振动源。
(3)泵、电机、底座、现场管路等辅助设备在现场安装时，要严格把关，消除振动源。
(4)现场生产、操作、维修、调节时，严格把关，消除振动源。
3.7严格执行设计标准 泵产品的设计和机械密封产品的设计要执行相关的国内外标准，在产品的设计过程中，设计员应认真执行标准，深刻理解标准每一条内容的具体意义，将标准内容的要求执行到产品设计过程中。到目前为止，有很多设计员还没有理解标准的实际含义，没有严格地去执行新标准，而是盲目地照搬照套老图纸和老设计员的经验。这种作法对提高我国产品技术水平和进入国际市场是非常不利的。
提高标准化认识，是目前机械行业设计员迫切需要解决的问题。 4结束语 在设计泵用机械密封时，不仅要考虑机械密封本身的影响因素，而且要考虑机械密封外部的各种影响因素。 在实际工作中要注意以下几个问题： 。
(1)在泵产品的设计过程中要充分考虑到泵其它零部件以及现场其它设备对机械密封的使用效果的影响，为机械密封创造一个良好的外部条件。
(2)增加对机械密封辅助系统的重要作用的认识，尽可能配备完善的机械密封辅助系统，以提高密封效果。
(3)对重要泵产品的机械密封，要增加保护措施，提高密封质量，减少密封质量事故。
(4)分析机械密封的质量事故的原因时，要充分考虑到泵的其它零部件对机械密封运行的影响，采取措施不断提高机械密封的效果。
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环形隔膜泵流量 环形隔膜泵中刚性支承环和隔离元件、泵体将液腔隔成吸入和排出部分，随吸入和排出液腔容积的变化，介质沿进口至出口连续流动。如图2所示吸人口A和排出口Ｂ分别为吸、排腔径向密封死点，可见每转排出理论流量应为： Q；，t=10-\'n（RZ一r2）BK[L] 式中B－－刚性支承环宽度，cm R－－泵体内腔半径，cm r－－刚性支承环半径，cm K－－理论容积系数，主要考虑无效密封角及结构尺寸R，r等对理论流量的影响；通常无效密封角分别控制在20。以内，K值可精确求得，一般取0.90-0.95设计中有R=r+e，其中e为偏心值，cm。
则有泵理论流量为：考虑到泵的压差、介质粘度、间隙大小及泵速对流量的影响，则泵的额定流量为： Qr＝KvQth 式中Kp－－容积系数 泵速和泵径向、轴向间隙的确定 环形隔膜泵泵速 由于采用了平面蠕动的刚性支承环因而泵体、泵端盖和刚性支承环间相对滑动速度与泵速相关，其值可估算，即 Ｖ=πne/30 可见合理控制与降低泵速，则可以减小摩擦和功率损耗，延长泵使用寿命，提高泵效率。根据经验，通常将泵速控制在n300min-1范围。 轴、径向间隙 吸人和排出腔间径向密封为楔形间隙，轴向间隙为平行缝隙。
泵的性能与径向、轴向间隙及相关结构参数和介质特性密切有关，其中径向间隙主要根据压差△P；输送介质的粘度；刚性支承环半径r；偏心值e等因素确定。
即间隙T=f（，r）/f（△P，e），显然当△P和e增大时，间隙T应取小值；当ν，r增大时，间隙T可取大值。轴向密封采用间隙密封和弹性密封相结合效果良好；而平行间隙的泄漏量可由下式估计： q=10-5xT3b△P/1.2L[mL/s] 式中b-间隙宽度，cm L-间隙长度，cm △P-压差，MPa ν-介质动力粘度，Pas T-间隙值，cm 通常，合理控制径、轴向间隙可以提高自吸性能和排出压力，减小泵内泄漏量，保持较高容积系数。
实践证明，刚性支承环和泵体、传动轴和轴承套以及轴承和轴承盖的公差配合、径轴向尺寸链的计算至关重要。通过设计分析和试验验证，径向、轴向间隙应控制在0.03～0.20范围内耐磨焊条。
环形隔膜的设计 环形隔膜是环形隔膜泵中隔开输送介质和润滑介质，实现无泄漏输送介质的关键零件，其设计不同于片状隔膜，我们从结构上保证其承受低压状态，通过预定伸长量使之工作状态下附加变形极小，设计中遵循以下原则： 1）环形隔膜内外表面均无相对滑动摩擦； 2）控制隔膜内外表面压差在0.1MPa以内； 3）采用浮动承压环形成浮动支承； 4）提高隔膜抗拉和抗疲劳性能； 5）合理选择隔膜硬度； 6）保证隔膜装拆方便； 7）给定隔膜预伸长值△L。 若环形隔膜工作变形段尺寸为L，而安装尺寸为L，那么环形隔膜设计长度值则为： L=△L+L\' 其中△L=e/sin（arctge/L）－L 通常△L=0.5-2.Omm，考虑环形隔膜虽承压较低，但接触腐蚀性介质且工作中循环挠动加上结构尺寸要求严格，我们和有关制造厂和科研院校研制了丁腊橡胶、聚氨醋橡胶和夭然橡胶等多种隔膜，经对比试验，聚氨醋隔膜物化性能和疲劳性能较优。
刚性支承环设计 环形隔膜泵中刚性支承环有别于普通转子泵和往复式隔膜泵。它的设置不仅使轴向和径向密封容易形成，而且可以保护隔膜，保证泵具有较高排出压力和良好的自吸性能。
刚性支承环上任意质点的运动为垂直轴线截面内的往复运动和回转运动合成的平面运动即平面蠕动。刚性支承环设计应考虑采用轻质材料或中空结构，以减轻重量，减小惯性力。 其工作状态下外表面承受不平衡液压力作用，使传动轴上承受径向力F，当径向密封点在远离组合隔离机构最低点时有下式： Fmax=20△r 式中△P-压差，MPa B-刚性支承环宽度，cm r-刚性支承环半径，cm 由上式可知，刚性支承环承受较大的径向力，因此在设计中不仅应保证其足够的刚度和强度，同时还应考虑传动轴可能产生挠度，通过结构设计确保泵径向间隙在设计范围内。
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水泵系统总成本
高居不下的能源价格加之激烈的市场竞争，使得化工企业必须加强成本控制并提高系统效率。而水泵产品作为化工企业最通用的设备，它的节能是节约成本的有效途径。本文介绍了通过选择优质的密封圈，延长水泵工作时间，从而达到降低总成本的目的。
在过去只关注购买成本的时期，企业在购买设备时仅考虑购买价格，即使产品只能使用一年。而水泵产品用到的高性能弹性体密封圈则被视为使用寿命难以预计的一次性零件。如今，随着技术的发展，对设备使用寿命的预期规划变得容易了，一些公司也开始考虑降低成本的问题密封圈对成本的影响 如图1所示，因事故停机时间而导致的费用一般远远超过优质弹性体密封圈的初始购买价格。
单独密封圈的成本在50美分到几百美元之间，而密封圈故障所导致的生产成本要高得多。
2005年和2006年，在对欧洲密封圈制造商、分销商以及最终用户进行的访问中了解到：在没有备用产品的情况下（联机备用水泵不产生停机时间成本），因标准密封圈故障导致的停机时间成本约为每个泵每小时3800美元。这里面已经将停工、更换密封圈所花费的两个小时、迅速连接并启动的程序都考虑进来了。水泵故障同样也会导致其他成本增加，例如环境、安全和质量成本。
这意味着当制造商选择低成本弹性体密封圈备件时，短期节余并不能转化为长期价值。
相反，优质零件可能带来更多的节余。
其中区别在于：在使用过程中对其价值进行衡量而并非是在开始的时候。延长平均故障修复间隔时间（MTBR）对降低成本以及提高生产参数（如速率和质量）起到非常重要的作用。
成功的密封圈性能需要对流程条件、弹性体属性以及密封设计进行仔细的检测。
任何方面的欠缺都会导致密封圈的使用寿命降低以及密封圈突发故障的可能性。
化学品腐蚀、高温以及机械压力都是常见的恶劣因素。
全氟弹性体密封圈 Kalrez全氟弹性体零部件可以抵抗1800多种“攻击性”化学品的侵蚀，并且能够适用于温度高达327℃的恶劣环境。长期抵抗化学品的侵害、膨胀和高温这些因素会帮助用户将昂贵的密封圈故障最小化，同时也将平均故障修复间隔时间（MTBR）延长，从而降低维护和运行成本并能提高产量。 举例来说，通过转变Kalrez系列6375全氟弹性体密封件，位于意大利Senago 的C.D.R.泵业公司已经将“攻击性”流体环境中运行的O型密封圈的使用寿命显著延长。
位于法国Drusenheim的陶氏益农公司（Dow AgroSciences）通过聚四氟乙烯（PTFE）到Kalrez系列6375全氟弹性体的转化已将动态和静态密封圈的使用寿命从一天延长到两个月。 这些高性能全氟弹性体密封圈能通过控制短时排放以及阻止工业流体的污染来提高安全性。因为化学品制造商明白，减少环境风险无疑会付出昂贵的代价。
而且法律法规需求将继续促使制造商朝着成本效益环境解决方案的方向努力。例如，欧盟整合污染预防与控制指令（IPPC，96/61/EU）将于2007年10月开始生效，这将强制要求加工工厂降低由于事故泄漏、蒸发、燃烧或渗漏等所造成的挥发性有机化合物的损耗。
密封圈更换情况 密封圈的更换是不可否认的现实。不论是由于故障，还是出于定期计划的系统安全性、服务、质量或经济性的考虑，都需要检查并进行一次、两次或反复地更换密封圈，这种更换涉及到元件和停机时间成本。我们已经识别了四种密封圈更换情况，以便估算选择哪种密封解决方案对总系统成本具有重大影响。
：1. 在加工设备使用寿命期内可持续使用的密封圈；2. 由于故障需要更换1次或2次；3. 反复更换；4. 定期维护更换。
在第一种情况下 由于密封圈能够维持到水泵或其他设备的使用寿命之内（见图2），因此密封圈不必更换。严格说来，从成本基础方面考虑，并没有必要使用全氟弹性体零部件，但在设备使用寿命期间，密封圈可能会由于故障或维修而需要更换一次或两次。由于故障会导致事故停机时间成本，因此使用全氟弹性体密封圈是最具成本效益的解决方案。
在第二种情况下 密封圈需要进行数次更换。
当工作环境涉及高温和腐蚀性化学品时，全氟弹性体较传统密封材料，具有更长的使用寿命，从而能带来成本上的节约。 当从密封圈的安全、服务、质量或经济性方面考虑而需定期更换时，更换现有密封圈导致的停机时间成本一般是恒定的。而改用全氟弹性体密封圈的额外费用，应被检修间隔时间的双倍延长、三倍延长甚至四倍延长所抵消。
