【摘要】石化企业泵类产品中需要广泛采用机械密封。机械密封要求：设计制造精密、安装精度要求高、使用环境要求亦严格，而且，机械密封部件是极易失效的部件。研究和应用机械密封的新材料和新技术是石化行业的重要任务。
【关键词】机械密封 新技术 新材料 应用
1 机械密封对石化行业的意义
机械密封是一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装置。机械密封是保障泵、压缩机、反应釜、搅拌器、转盘塔、离心机和过滤机等工艺设备以及齿轮箱、阀门、旋转接头、船舶尾轴等等设备正常运转的关键构件。而随着社会环保意识的日益凸显，机械密封的泄漏要求标准，必将越来越严格，因此，发展和应用机械密封的新理论、新技术迫在眉睫。
2 机械密封的新材料
随着七十年代新型陶瓷材料的广泛应用，也扩大了机械密封使用材料的范围。传统机械密封摩擦副材料的组对，通常一方是以碳石墨为基质的软质材料；另一方则是以硬质合金、陶瓷为基质的硬质材料。而辅助密封圈的材料则是以通用合成橡胶、聚四氟乙烯等为代表。目前，高性能密封圈材料、高性能工程陶瓷、自润滑硬质合金等新材料已广泛应用。在密封材料中加入熔点较低而自润滑性能很强的纳米材料目前已广泛实践，并生产出了新型的纳米复合密封材料。
近年来得到广泛应用的SiC、Si3N4、ZrO2等的烧结体材料，.具有硬度高、韧性好、耐热冲击性好等特点。现在主要使用的陶瓷材料是碳化硅质材料，因为碳化硅质材料几乎不受各种酸、碱的腐蚀。目前碳化硅质新材料主要有：表面转换型碳化硅质、反应烧结型碳化硅质、常压烧结型碳化硅质、部分反应烧结型碳化硅质等。
3 机械密封新技术
3.1 剖分式机械密封
在我国，马卫东于2000年发明了一种用于大型反应釜和大型泵的分体式机械密封，其动环通过推环、传动环固定成一体，动环、推环、传动环均由对称两部分组成，且分别由具有斜面的两个半夹紧环固定；静环、静环座、压紧螺母固定为一体，静环、静环座上的具有斜面的两个半夹紧环夹紧。此外，杨启明等专家也开展了反应釜用剖分式机械密封设计研究，利用有限元法分析了辅助密封圈的应力应变状况，并提出了两种分型面连接结构。
3.2 非接触式机械密封3.2.1？干运转气体密封
此密封的特点是：无磨损、功耗小、泄漏量小，体现了零泄逸、结构简洁、易于安装、易于维护费、系统可靠等优点，可以在较长周期内稳定运行。干气密封是一种由两个环组成的非接触式端面机械密封。第一个环称为动环，其表面上有槽，随转子旋转。槽的下面是被称为密封坝的光滑区域，实际上密封作用就产生在这一区域；另一个环称为静环，有光滑的表面并固定，由弹簧压住，只允许其沿轴向移动。在轴处于静止和机组未升压时，静环背后的弹簧使其与动环接触。当机组升压时，气体所产生的静压力将使得两个环分开并形成一极薄的气膜。这间隙允许少量的密封气泄漏。当机组开始旋转时，由于动环上槽的作用产生动压力。靠近槽的根部产生一高压区域，并扩大两环间的间隙。当动静压力平衡时，两环间就形成了稳定的间隙，并在两环间形成一定流量。两个密封面间的间隙使得密封面非接触，并保持平衡运行。
3.2.2？逆流泵送机械密封
逆流泵送机械密封可实现密封介质的零逸出、彻底消除对环境的污染， 且具有使用寿命长、运行维护费用低、经济效益明显等技术优势， 已逐渐在相关领域使用。上游泵送机械密封的理论依据是流体动压润滑理论的基本方程------雷诺方程， 分析方法有数值计算法和解析分析法。零逸出上游泵送机械密封特别适用于密封易汽化、高危险性、高污染性介质， 可替代普通的接触式双端面密封， 具有广阔的应用前景。尽管上游泵送机械密封的端面结构多种多样， 但工作原理是一样的。
3.3 流体回流式机械密封
流体回流式机械密封具备改变泄漏液体流动方向、并将液体送入密封端面的能力，甚至可以将泄漏的液体完全送回密封腔，实现零泄漏。流体回流式机械密封具有：结构简单、维护方便、适应性广泛的特点。因此，应用前景非常广阔。3.3.1？圆弧槽机械密封
圆弧槽机械密封是密封端面上有圆弧形循环槽的一类特殊机械密封。此类密封在低速高压大尺寸场合、高压透平压缩机等设备上已获得了广泛的应用。3.3.2？水平槽机械密封
水平槽回流式机械密封，具有结构简单、泄漏量少、寿命长的优良特性。以Muller开发的结构为典型代表。1996年，Muller巧妙地提出了“流体回流式”流体润滑机械密封。它具有对称的槽形结构，可双向旋转。利用密封环中间的系列水平槽的长短、深浅不同，从而能够将泄漏流体的大部分又泵送回高压密封侧。
3.4 组合机械密封
将几种密封方式结合运用，借助其各自优势，从而使其充分发挥作用，已成为密封行业目前的发展方向之一。由于组合式机械密封的型式很多，均是是非接触式密封与接触式密封混合组合和接触式密封与接触式密封组合两大类。
3.4.1？机械-浮环组合密封
这类密封在低中压透平压缩机领域之所以逐步替代传统的浮环密封，是基于以下原因：一是克服了浮环密封内泄漏量过大和辅助系统复杂的缺点；二是在技术上已成熟到其寿命和可靠性并不亚于浮环密封的程度。目前，国内这类密封主要依赖进口。在中低压工艺气体透平压缩机领域，用机械密封与浮环密封的组合密封替代传统的浮环密封是当今重要的技术发展趋势。3.4.2？机械-干气组合密封
第一级密封为普通机械密封，密封介质为液体，第二级密封为干气密封，密封介质为第一级密封泄漏的微量介质和外部引入的惰性气体。该组合密封常用于液态烃、氨等易挥发介质的密封。该密封方式的特点是，普通机械密封作为主密封对工艺介质进行密封；干气密封作为辅助密封。其作用有：一是通过密封惰性气体增加主密封的背压，提高机械密封端面液膜的完整性，减少密封端面的磨损，延长机械密封的使用寿命；二是将机械密封泄漏出来的工艺介质收集起来，和惰性气体一起进行处理，保证工艺介质不会泄漏到环境中。该密封结构简单，使用稳定可靠，外部惰性气体不会对工艺介质造成污染。该密封结构主要用于中、高压条件下的密封。其不足之处是使用寿命由第一级机械密封决定，使用寿命一般为2年左右。
4 结语
信息技术、材料科学、工程学等的发展，为机械密封的发展提供了强大的理论基础和设计手段。研究和应用好这些新材料和新技术，可以更好地促进我国石化行业的发展。
参考文献
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[2] 柴民杰.我国机械密封技术及发展趋势.科技信息，2009（24）：145-145