机械密封设计规范——按配置方式划分

一、配置1密封

① 密封轴套。密封轴套必须设计成一个整体零件。

② 密封腔和密封端盖。

a. 密封腔和密封端盖的要求如下。

▲ 系列1密封，在密封端盖上安装一个固定的石墨节流环。

▲ 系列2密封，在密封端盖上安装一个固定的石墨或不打火金属节流环。

▲ 系列3密封，在密封端盖上安装一个小间隙浮动的石墨节流环。

密封失效时，节流环应能保持住压力，以减小泄漏。也可根据要求采用泄漏控制装置代替节流环。

节流环尺寸大小应考虑轴的热膨胀的影响。

注1: 石墨节流环适用于化工和炼油装置，但是比不打火金属节流环对碰撞破坏更加敏感。主要用于炼油装置的系列2密封，尺寸应满足ISO 13709密封腔的要求。

注2: 由于PTFE(或PTFE填充石墨）的热膨胀特性，冷却之后不能复原，所以该材料不适于做节流环。

b. 如果需要，系列1和系列2的密封也可以采用小间隙浮动的石墨节流环。

c. 应该提供冲洗、排气、排液的管接头和旋塞。

二、配置2密封

① 概述

a. 一般情况下，内部密封都是接触式湿式密封（ 2CW-CW 或 2CW-CS)。内部密封应具有内部防负压平衡结构，以承受0.275MPa (2.75bar) 的负压差时，而不使密封面打开或产生移动。

注：正常情况下，抑制密封腔压力小于内部密封腔压力。通常，抑制密封腔通过管线与蒸汽回收系统相连接，这时抑制密封腔压力就是蒸汽回收系统的压力，一般蒸汽回收系统的压力达不到0.275MPa(2.75bar)。

b. 如果需要，可以采用非接触式内部密封（2NC-CS)

注：非接触式内部密封可以对气体或液体都提供可靠的密封效果。它采用开动压槽、加工坡度等方法，使密封端面开启不接触，在密封汽化压力高的液体或液气混合流体时， 接触式湿式密封很难提供足够的汽化压力裕量。由于非接触式内部密封允许流过密封面的流体闪蒸成气体，所以在这种情况下可采用非接触式内部密封，即把非接触式内部密封设计成干气密封（非接触式干式密封） ，但非接触式干式密封的泄漏率通常比接触式湿式密封要高一些。

c. 除非有特殊要求，接触式抑制密封应与液体缓冲系统一起使用。如果没有提供液体缓冲系统，应采用非接触式抑制密封。

接触式抑制密封也可以采用气体缓冲系统。因此，气体缓冲系统可用于接触式或非接触式密封。

注1: 非接触式抑制密封是利用端面结构（动压槽、坡度）来实现密封端面的脱离（开启密封端面)。相对于采用缓冲气体的接触式抑制密封，非接触式抑制密封有以下特点：

1 ) 在运行中磨损率低 ；

2) 更适合于非常干燥的缓冲气体（如氮气）环境；

3) 适合于更高的表面速度和更大的压差；

注2: 通常接触式抑制密封的缓冲流体为蒸汽和液体时缓冲流体泄漏量很低，而采用干燥的缓冲气体（如氮气）的接触式抑制密封受到连续供气压力的限制，在工作压力低于0.07MPa(0.7bar) ,会导致石墨密封端面的快速磨损。而采用蒸汽作为缓冲气体的设计更适合于连续工作的气体环境，其工作压力可以达到0.275MPa(2.75bar), 且蒸汽回流的压力还可以调节。

d. 缓冲流体应在供货使用技术条件中指定。

注：许多现在运行的2CW-CS型密封没有采用外部缓冲气体，会导致抑制密封腔中充满所输送的工作介质的蒸汽。

② 密封轴套

a. 密封轴套尽可能设计成一个整体零件。为了方便安装内部密封，也可以采用在轴套的非驱动端，安装一个辅助轴套的双轴套结构。辅助轴套应采用轴肩在密封轴套上轴向定位，并通过圆柱形紧定螺钉传动。见图A-45。

b. 为了确保密封工作可靠，辅助轴套和密封轴套的配合应该符合图A-46的要求。

注：如果在集装式双端面密封的非驱动端，采用双轴套结构，这样便可从非驱动端安装内部密封。就能减少集装式密封安装的时间和复杂性。同时，这种结构也可以使内部和外部的滑动式密封具有相同的尺寸。

③ 密封腔和密封端盖

如果工艺需 要，且能够保证所采用密封配置方式所需要的安装长度的增量，也可以在密封端盖上安装固定式石墨节流环，以防止压力瞬时泄掉，造成危害。

双端面密封很少采用节流环。在低温工况下，常采用尾吹，以防结冰。

注：对于配置2密封，由于密封腔端面与轴承箱之间的轴向空间很有限，所以使用节流环可能不切实际。

④ 内部密封为接触湿式密封/抑制密封采用液体缓冲（2CW-CW)。

a. 在带有缓冲液体的密封系统中，密封腔缓冲液的进口和出口处的最大温度差△T应为：

▲ 缓冲液为乙二醇、水或柴油时△T=8℃:

▲ 缓冲液为矿物油时为△T=16℃。

注：许用温差 △T包括热传导的热量和密封端面摩擦产生的热量。密封许用温差△T不能与稳态操作时的缓冲液的平均温升，或与工作介质和稳态缓冲液温度差相混淆。

b. 密封腔和密封端盖

如有特殊规定，系列1、系列2和系列3的密封都可以采用切向缓冲液出口结构。

注：如果应用内循环装置/泵送环，采用切线缓冲液出口结构，会增加缓冲液的流量。应用径向泵送环时，并将其安装于缓冲液出口同一平面上时，缓冲液出口采用切线方向的结构是最好的结构方式。

⑤ 内部密封为接触湿式密封/抑制密封采用气体缓冲(2CW-CS)

a. 密封腔和密封端盖

在抑制密封腔内排气口和排液口与抑制密封的密封端盖之间，应当安装非打火金属材料固定式节流环。抑制密封腔节流环应在轴向上定位，以防止由于轴向移动损坏密封元件，其与转动部件的径向间隙为1~1.5mm（图A-47）。可以采用从上述标准布置方式演变出其他各种布置分式。

注：因为抑制密封腔节流环可以把内部密封的正常泄漏引到抑制密封腔的排气口和排液口排放，所以应用节流环有助于把抑制密封端而与内部密封的正常泄漏介质隔离开。当空间非常有限时，需要提出可供选择的抑制密封腔的设计方案。

b. 只有在用户允许的情况下，才能把抑制密封的排气孔或排液口用作缓冲气体的进口。

⑥ 内部密封为非接触式密封/抑制密封采用气体缓冲 ( 2NC-CS)

a. 密封腔和密封端盖

在抑制密封腔内排气口和排液口与抑制密封的密封端盖之间，应当安装非打火金属材料固定式节流环。密封腔内的节流环应在轴向上定位，以防止由于轴向移动损坏密封元件，其与转动部件的径向间隙为1~1.5mm（图A-47）。可以采用从上述标准布置方式演变出其他各种布置分式。

注：因为抑制密封腔节流环可以把内部密封的正常泄漏引到抑制密封腔的排气口和排液口排放 ， 所以应用节流环有助于把抑制密封端面与内部密封的正常泄漏介质隔离开。当空间非常有限时，需要提出可供选择的抑制密封腔设计方案。

b. 只有在用户允许的情况下，才能把抑制密封的排气孔或排液口用作缓冲气体的进口。

三、 配置3密封

① 概述

a. 隔离流体应是液体或者气体。

注：1. 采用隔离气体的密封结构不适于输送介质中含有溶解的或悬浮的固体颗粒，由于端面间的毛细管作用，这些颗粒会被吸附到密封端面间引起密封失效。在端面的内径处是介质流体的情况下（BB/FF 排列），由于离心力的作用，此情况更为严重；而采用隔离液体的密封结构可使介质处于密封端面的外径处（FB 排列），有助于减小固体颗粒在密封端面上的集聚。

2. 即使泵在空转、隔离气体压力维持正常，由于靠隔离气体润滑的密封端面间的毛细管作用，静止的黏性流体或聚合流体也会进入密封端面，而引起泵的启动失效。

b. 内部密封应具有防负压差的结构，在负压差时不使密封端面打开。

注：内部或防负压的平衡结构要求在隔离流体失压时，保证副密封环和辅助密封保持在原来的位置。隔离流体压力通常高于密封腔压力0.14MPa(1.4bar)~0.41MPa(4.1bar)。

c. 标准配置3密封组件中应用两个主密封环和两个副密封环。如果允许，可以采用一个共用的双端面副密封环的F-F排列的设计方法。

② 密封轴套

密封轴套尽可能设计成一个整体零件。为了方便安装内部密封，也可以采用在轴套的非驱动端，安装一个辅助轴套的双轴套结构，辅助轴套应采用轴肩在密封轴套上轴向定位，并通过圆柱形紧定螺钉传动。为了确保密封可靠性，辅助轴套和密封轴套的配合应该符合1. (4) ②的要求。

注：如果在集装式双端面密封的非驱动端，采用双轴套结构，这样便可从非驱动端安装内部密封。就能减少集装式密封安装的吋间和复杂性。同时，这种结构也可以使内部和外部的滑动式密封具有相同的尺寸。

③ 密封腔和密封端盖

a. 如果工艺需要，且能够保证所采用密封配置方式所需要的长度的增量，也可以在密封端盖上安装固定式石墨节流环，以防止压力瞬时泄掉，造成危害。双端面密封很少采用节流环，在低温工况下，常采用尾部吹扫，以防结冰。

注：对于配置3密封由于密封腔端面和轴承箱端盖之间的轴向空间很有限，所以使用节流衬套可能不切实际。

b. 可以在配置3密封的密封腔的介质流体侧连接冲洗接口。

对于配置3密封的面对背(3CW-FB) 结构，有时可能需要在介质流体侧通人冲洗液，以便把介质流体和内部密封隔开，并带走内部密封所产生的热量。当其应用于有毒或难以密封的场合时，也需要在密封腔中增加冲洗量。

④ 采用液态隔离流体的接触式湿式密封结构(3CW-FB 3CW-FF 3CW-BB)

a. 概述

带有液态隔离流体的密封冲洗系统中，隔离流休的进口和出口的最大温度差△T应为 ：

▲ 液态隔离流体为乙二醇 、水或柴油时为△T=89℃

▲ 液态隔离流体矿物油时为△T=16℃

注：许用温差△T包括热传导的热量和密封端面摩擦产生的热量的影响密封许用温差△T不能与稳态操作时的缓冲液的平均温升，或与工作介质和稳态缓冲液温度差相混淆。

b. 排列方式

1 ) 标准的排列方式是：面对背（3CW-FB)内部密封和外部密封的联结构

注：面对背排列密封的结构优点是磨损性杂质在离心力的作用下向外甩出，对内部密封影响较小，更重要的是在液态隔离流体失去压力的情况下，密封还能够像配置2密封那样工作。

2) 备选的排列方式是: 面对面 (3CW-FF)、 背靠背 (3CW-BB) 结构。

注：配置3的密封选用串联3CW-FB的安装方式要比3CW-FF 3CW-BB方式要少得多。背靠背 (3CW-BB) 和面对面(CW-FF) 结构更紧凑，而且可以提供更好的性能。因此API 682也提供了备选的3CW-BB 和3CW-FF密封排列方式。

c.密封腔和密封端盖

如有需要， 系列1和系列2的密封也可采用液态隔离流体切向出口结构。

注：如果应用内循环装置 /泵送环，采用切线缓冲液出口结构，就会增加隔离液的流量。应用径向泵送环，并将其安装于缓冲液出口同一平面上时，隔离液出口采用切线方向的结构是最好的结构方式。

⑤ 采用气态隔离流体的非接触密封结构（3NC-FB、3NC-FF、3NC-BB)

a. 标准的排列方式是：背靠背 (3NC-BB)

如果泵密封腔和泵体没有自动排气装置，其所泄漏的气体可能会聚集在泵内，所以在操作前要先对泵进行排气。应核实泵体排气是否能满足要求。

b. 备选的排列方式是：面对面 (3NC-FF) 或面对背 (3NC-FB)

注：带压隔离气体非接触密封主要用于化工。密封制造商已经实现了采用面对面或背对背排列方式的标准化结构。很少应用面对背（串联）排列结构。

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来源：机械密封小欧