上游泵送机械密封技术发展状况与趋势

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1、图2上游泵送机械密封端面螺旋槽结构示意图上游泵送机械密封技术发展状况与趋势钱经纬（南京林业大学机电院江苏南京210037）摘要：上游泵送机械密封是一种具有环保、长寿命、低能耗、利用低压流体实现对高压流体密封的一项密封技术，它的典型特征是在一密封端而开有起上游泵送作用的浅槽，利用流体动压效应使得两密封端血•被一完整的流体膜分开，这极大地改善了密封端面的润滑状态。应用前杲将广阔。对上游泵送机械密封的研究国外开展较早，并且已生产岀多类高性能产站，实际使用取得良好效果。国内研究较晚，但近年來己经成为研究热点，理论与实际应用发

2、展较快。Pro/E.Fluent>CAD等软件已及有限元分析等方法是进行该类密封机理的研究以及结构参数的优化的热点Z—。在机械密封环上低成木地开出所需形状及尺寸的上游泵送槽、根据密封工况，正确合理地设计出上游泵送机械密封的结构等是目询上游泵送机械密封技术发展趋势。关键字：上游泵送；机械密封；发展状况；发展趋势—引言机械密封是一种流体旋转机械的轴封装置，又称端而密封。传统的接触式机械密封是在补偿机构弹性力的作用下,使其充分贴合，以阻止密封介质从密封端而间泄漏。其动/静环组成的摩擦副一般处于边界摩擦或混合摩擦状态，在高参

3、数工况（高温、高压、高速等）条件下，摩擦因数较人,功耗高，磨损严重,寿命短，使用和维护成木较高。随着航空航天、核电、天然气输送和石汕化工等工业的迅速发展，对机械密封提岀了更高的要求，从而推动了密封技术的进步。在各类机械密封中，上游泵送机械密封以其密封性能稳定可靠，磨损少，寿命长，能耗低等优点在机械密封屮占有独特的优势，具有广阔的应用前景。其采用液体作为密封介质，是一种非接触式新型轴端密封。上游泵送机械密封产品已成功应用于工程实践，但无论国内或国外，对于上游泵送机械密封端面间的摩擦特性研究鲜见报到。文章从密封机理、特点

4、、密封效果影响因素、研究及应用等几个方而阐述了上游泵送机械密封的研究现状、存在问题和发展趋势。二上游泵送机械密封的基本原理⑴上游泵送机械密封，简单说来,就是普通机械密封的端而山具有低流量、H压力“端而泵”“泵”把少量的隔离流体（bufferliquid）沿着密封端面输送到密封腔。该密封端面的“泵”效应通过在端面开各种流体动压槽来实现,最常见的是螺旋槽。山于密封腔的液体压力比隔离流体的压力高，而隔离流体的流向是从低压的隔离流体腔流向高压的密封腔，该密封就被称为向“上游”泵送。典型的上游泵送机械密封见图1,其螺旋槽端而结

5、构见图2。图1所示的上游泵送机械密封由一内装式机械密封和装于外端的唇型密封所组成，机械密封端而含有螺旋槽，将隔离流体从密封压盖空腔泵送入泵腔。唇型密封作为隔离流体的屏障,将隔离流体限制在密封压盖腔内。图2为图1所示机械密封旋转环示意图,端而有螺旋槽，根据密封工况的不

6、作者简介:钱经纬（1991—）,男，工学学士南京林业大学机电学院.同，其深度从2微米到十几微米不等。该端面内半径(Rt)处液体压力即为隔离流体系统压力，外径(Ro)处彳液体压力即泵密封腔液体压力。携対介戦图4普通机械密封嫂面压力分布介质图3上游泵送机构密

7、封典型密封面压力分布上游泵送机构密封通过端而螺旋槽的作用，在密封端而间建立了正的膜压分布，此膜压的最大值(Pg)稍微超过被密封介质的压力(Po),两者Z差(Pg-Po)构成了液体上游泵送的推动力。上游泵送机械密封端而间膜压分布示意图见图3,普通机构密封端面间膜压分布见图4。上游泵送机构密封，山于端而间正的膜压分布，使两端而稍微分离，以便将下游流体送入上游，结果端面间为1()0%的液膜，极人地改善了端面间润滑状况。上游泵送速率是此类密封的关键指标之一，它取决于密封的尺寸、转速、螺旋槽端面结构、压力和下游液体的粘度，一般

8、为每分钟儿毫升。低压隔离流体应与工艺介质相容，-•般情况下为普通清水，由于泵送速率很小，对产rffi的稀释问题通常可以不必考虑。三上游泵送机械密封技术的发展状况1.国外上游泵送机械密封技术的发展状况1981年JScdy受螺旋槽气体润滑密封技术成功应用的启发，将螺旋槽密封技术应用于液体介质的研究而获得了高压上游泵送密封专利技术⑴，该技术可丿应用于苛刻的密封工况。1984年JPNetzel在第三界国际泵讨论会上明确解释了上游泵送密封的概念:利用密封环端面开流体槽将下游少虽泄漏流体泵送回上游。1987年美国的Buck、Vo

9、lden等在第45界STLE春季年会上发表了“上游泵送机械密封新概念”的论文,给岀了上游泵送机械密封的设计思想。美国的JohnCrane公司研制并生产了80()()系列螺旋槽上游泵送机械密封，这类机械密封的结构特点是:采用浅槽，其膜厚和流槽槽深均属微米级，并采用润滑槽、径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分。其优点是泄漏量小(甚至是无泄漏),