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随着工业的发展，用泵输送含杂质的介质日益增多。传统上这类泵习惯用填料密封。近几年来，由于其泄漏量大，导致能耗与维修费不断升高，环境污染日益严重，因而采用机械密封的趋势增强。显然，这是因为经特殊设计的机械密封可以满足泄漏量小、能耗低、寿命长，以及合适的价格等要求。
一、分类
杂质介质可以大致分类如下：
1. 按流变学分类
(1) 宾厄姆流体如油漆、沥青、粘土泥等。
(2) 假塑胶流体如高分子物的溶液及熔融液、淀粉浆、纤维酯、玻璃溶液等。
(3) 膨胀流体如淀粉加水、云母加水的物质，适当比例的泥砂和水的混合物等。
2. 按物理性质分类
(1) 溶解性颗粒介质，如各种盐溶液、熔融尿素、糖溶液、染色体、药液等。这类介质会因温度变化而析出结晶或生成凝固物。
(2) 非溶解性颗粒介质，如矿渣液、含砂石的水、煤浆、钻井浆等。
(3) 纤维浆料介质，如粪便、纸浆液、纤维浆液等。其纤维质量轻，在液体中多呈悬浮状态。
二、机械密封设计要点
对含杂质介质，选用普通单端面机械密封会出现下列问题：
(1) 摩擦副端面早期磨损。
(2) 造成滑动补偿机构堵塞，不能作轴向位移。
(3) 堵塞加载机构，使弹性元件失效。
(4) 造成旋转组件的磨损。
为解决上述问题，需要详细了解被密封介质的特性和操作条件，并进行专门设计，从设计上确保其结构、材料或密封系统都能符合要求。
1. 结构特点，在设计时，应采用防止杂质颗粒堵塞的结构，如外装式机械密封;采用内装密封时，应将弹簧与介质隔离。
一般情况下，应优先考虑采用单端面机械密封，因为它费用低，占用空间位置小。但在以下场合必须采用双端面机械密封：
(1) 固体含量超过10wt%.
(2) 高度浓缩的介质。
(3) 有危险性及有毒介质
(4) 为避免在强腐蚀介质中使用昂贵的材料等。
2. 摩擦副材料当结构设计和循环系统不能完全提供对密封的保护时，所选用的摩擦副材料的硬度必须高于磨粒的硬度。通常选用抗磨粒磨损性能好的材料组队，如硬质合金对硬质合金，碳化硅对硬质合金，碳化硼对硬质合金。采用双端面机械密封时，大气侧的端面材料可与普通机械密封所用材料相同。
3. 密封系统采用单端面机械密封时，为了避免颗粒杂质的危害，须根据不同情况分别采取冲洗、过滤、分离、隔离、保温和加热等措施。
采用双端面机械密封时，要求封液在密封腔内建立压力，进行封堵、润滑和冷却循环。
三、 各类杂质介质用典型机械密封装置
以下从结构、摩擦副和密封系统三方面对国内外典型机械密封装置进行介绍与分析。
1.渣浆泵和泥浆泵用密封在工业生产的各个领域中，渣浆泵和泥浆泵的使用条件都非常苛刻。密封装置所遇到的突出问题是磨损与堵塞以及腐蚀问题。介质中固体颗粒越硬，棱角越尖，颗粒越细，温度或压力越高，其危害性也越大。密封的可靠性与寿命取决于工况环境，而环境是可以通过密封系统技术加以改变的，因此，应因地制宜改善密封运行条件。其措施包括固体物的隔离、分离，温度调节以及采用清洁的冲洗液注入密封界面。以下用实例加以说明。
(1)单端面密封一般简单的单端面密封装置都有清洁的冲洗液体作用在密封的界面上。冲洗液的可靠性和质量是密封成败的关键。若从外部注入清洁冲洗液，密封的工作环境可得到改善，但必须损耗冲洗液，而且，其先决条件是所输送的液体允许被冲洗液微量稀释。
图5-12和图5-13为两种结构基本近似的隔离、冲洗系统。从图5-12中可以看出，在正常操作条件下，当冲洗液进入密封腔时，橡胶、金属挡板阻挡冲洗液进入工艺介质中。
图5-13采用了唇形密封和一个橡胶节流套。采用这两种措施后，密封腔内均不受浆料的侵袭。控制冲洗液的流量十分重要。泵送液不允许过量稀释，因为浆料趋于采用低转速，通常冲洗液流量不超过2L/min便可满足密封的需要。图中的流量计是用来显示在没有过量泄漏情况下流入密封腔的实际流量，以免过大的消耗冲洗液。
如果偶然发生冲洗液不足或中断的现象，单向阀会自动关闭。图5-12中所示摩擦环便承载介质端流体的负荷，从而切断了被密封介质进入密封腔，因此可为密封提供保护。
图5-13所示密封装置的工作方式与上述类似。在正常的工作条件下，T形的唇形密封被压向机械密封的一侧，当内唇口(与喷涂陶瓷轴套)产生磨损后，则唇形圈的端部贴向轴套台肩端面，其作用犹如止逆阀一样。
上述两实例中，冲洗液被存于密封腔中，以阻止介质进入腔内。如果系统中安装有压力开关与报警器(声或光报警器)，一旦密封腔内冲洗液压力下降，或输送的颗粒介质进入封腔时，可迅速停滞运转，机械密封将不会受到损坏。
冲洗液一般是用水，但也可以根据不同的需要，进行适当的选择。对于高浓度的矿物渣浆液来说，理想的冲洗液当然是洁净的水。当不可能获得清洁液时，可用旋液分离器将泵送的流体通过离心分离处理，如图5-14所示。泵的出口和旋液分离器间有联接管线，清洁液管线从分离器的顶部连接密封腔，污液管从分离器的底部连接泵的吸入口回到泵内。旋液分离器的捕集性能很好，对3μm的粒子，85%可被捕集;对20μm的粒子，几何100%被捕集，而不存在堵塞的危险。
图5-15所示密封装置是专为“扬子江”提水灌溉工程用TGB1400-32/2490贯流泵潜水电机(潜水深度5.4～8.4m)专门设计的。它安装在电机轴承和叶轮中间轴上，以防止长江水进入电机轴承，保证贯流泵的正常运行。其技术数据为：
叶轮直径：φ2.3m
轴径：φ371㎜
转速：187.5r/min
扬程：5.5m
流量：21m3/s
介质：长江水(含泥沙)
压力：85KPa
寿命：一年(按每天连续运转12h计算，累计时间为4000h)
该密封装置由机械密封和停机密封以及循环控制系统所组成。
机械密封为一径向双端面机械密封。摩擦副由硬质合金作非补偿环与加固橡胶(533橡胶)补偿环组队;封液通过非补偿环上的孔进入旋转环的环形沟槽而形成密封腔;加载机构由弹簧和橡胶波纹管共同组成。
事故停车密封为一橡胶气胎密封，当机械密封失效泄漏则被自动充气，将停止转动的主轴抱住，这样就能防止江水漏入电机。从而避免电机损坏。
封液循环的气源控制系统流程如图5-16所示，控制程序见框图5-17.封液压力为0.15MPa,停车密封压力<0.2MPa，当气胎内压达到0.25MPa时，便自动停止充气。
5-18所示为法国AlnminumPechiney工厂试验部针对铝土矿、氢氧化铝悬浮液设计的GPA型机械密封。它广泛用于制铝业、粉末冶金业及污水工程、采矿等领域。
GPA密封的主要特点是不需要冲洗。辅助密封圈由合成橡胶或聚四氟乙烯包覆金属膜片构成，能补偿旋转环的磨损和调节与轴的垂直度偏差。弹簧比压可以由轴套尾部的紧固螺母通过螺纹任意调节。密封腔流道很宽，与介质接触的密封元件无狭小间隙，不会产生阻塞故障。摩擦环采用硬质合金组队，其结构简单，安装方便。
图5-19所示为荷兰IHC(荷兰矿物技术学会)研究开发的吸扬式挖泥船高压夹壁泥浆泵用密封。
吸扬式挖泥船挖掘最大深度为26m.夹壁泥浆浆液的压力可高达2.5MPa。泵送介质是带沙石泥浆水，具有腐蚀性。在如此苛刻条件下工作的机械密封仍具有较高的线速度(轴径为240㎜)
该密封装置由旋转式、平衡型机械密封和唇形密封构成。设有冲洗润滑系统及阴极防腐蚀装置。唇形密封用以隔离冲洗流体与被密封介质。该机械密封的载荷系数为0.7，冲洗流量为3m3/h。
(2)双端面密封双端面密封可靠性高，虽然首次安装费用较高，但可从使用寿命长中得到补偿。
采用两套单端面密封相背布置，如图5-20所示。在两组密封之间形成密封腔，腔内注入流体，流体的压力应比被密封介质的压力高0.1MPa以上。图中的封液循环是利用热虹吸现象来实现的。热虹吸系统的设计，广泛用于双端面机械密封。热虹吸容器必须按压力容器规范制造与检验。该容器用作封液的储存并进行冷却，以及利用气体对封液加压。有带冷却盘管和不带冷却盘管两种设计。
图5-21所示的串联机械由两套同向不致的单端面密封组成。隔离流体的压力一般不高于介质压力，这样即可使介质侧的第一道密封形成合理的压差，又可使大气侧的第二道密封的负荷降低。若采用较高的压力，势必使位于介质侧的密封受一推开力，颗粒有可能趁机进入隔离流体，同时又使大气侧第二道密封的压力载荷上升。因此，在串联式双端面密封中，隔离流体压力高于被密封的介质压力是有害无益的。介质压力大于隔离流体压力可使密封面紧贴，防止密封介质入侵。由图可见，当第一套密封失效时，位于大气侧的密封还能维持一定时间的密封作用，直到机泵安全停车。
大多数双端面密封组队材料的选择易标准化。在实际使用中，位于介质端的摩擦副使用硬质合金组队，或碳化硅组队;位于大气端的选用碳石墨与镍镉钢组队。
3. 造纸厂泵用密封抽送纸浆的泵有柱塞泵、离心泵和转子泵等。多年来，离心泵已取代了大多数柱塞泵。柱塞泵仅在小排量、高压下使用。
过去，在纸浆和造纸生产中，都是采用传统的填料密封来限制或尽量减少泵的泄漏。使用填料密封较方便，但是泄漏量大，运行费用高，其中包括密封成本、水费、维修费、热损失费、冷凝水损失费，电费等。后五项费用是填料密封不经济的主要原因。目前，机械密封已被许多造纸厂家所接受，越来越多地用以替换原有的填料密封。实践证明其经济效益和社会效益十分显著。但造纸工业应用机械密封的进展仍较慢，其主要原因是造纸工艺的条件恶劣，所涉及的磨蚀介质有泥浆、白水、黑液、腐蚀剂和纸浆料等。机械密封用于上述场合并非一切都很理想，必须对机械密封进行特殊设计或正确的选用才能达到预期效果。
以下对装备有完整漂白设备的造纸厂用机械密封加以叙述。
(1)纸浆泵密封稀浓度纸浆泵(浓度在0.15%以下)可采用图5-22所示的密封装置，该密封的主要特点是：
1)橡胶波纹管式机械密封对纤维的积聚不敏感;密封面磨损后可通过流体压力和弹簧载荷作用于波纹管的位移来补偿;与轴无摩擦接触，是一个自由的挠性元件。
2)采用单个大弹簧，旋转时能产生附加涡流，不易被阻塞。
3)大气端采用两个柔性石墨填料密封圈来阻止隔离冷却冲洗水向大气端泄漏。
4)叶轮背后附近的密封腔是敞开的，因而密封件可以灵活的拆卸。
中等浓度的纸浆泵可采用图5-23所示的双端面机械密封。封液在双端面之间进行循环、冷却。内侧密封可看成是一套外装单端面密封，它阻止泵送介质向密封腔泄漏。外侧密封可看成是一套内装单端面密封，它阻止封液向大气侧泄漏。封液有较高的压力是为内侧密封界面上提供洁净液膜所必须的。这类密封还可有效地运用于污水、硫酸盐和白液泵中。
高浓度纸浆泵可采用图5-24所示的组合密封装置。该密封装置在密封腔喉部设置一个聚四氟乙烯唇形密封。大气端装以内装式机械密封。唇形密封用意阻止纤维、杂质进入密封腔。腔内的冷却冲洗液为低压低流速的水。
(2)黑液泵密封在硫酸盐化学纸浆工艺中所用的大量化学药品需要回收重复使用。所谓黑液是从褐色原料洗涤器内的浆液分离出来的废硫酸盐煮液。淡的黑液中含有15%～25%的固体颗粒、纤维和已溶解的化学物质，PH值大约为10.这种液体在多效蒸发器内浓缩，并且最终在再生炉内燃烧，用以产生蒸汽，作为工厂的动力。由再生炉底收集的化学品再用于煮液中。
当淡的黑液在多效蒸发器中浓缩，固体含量增高时，液体具有较高的粘度。从最后一效蒸发器内得到的液体含有近50%的固体，液体粘度将增大到(15～37)×10-3Pa.s.在蒸发时，操作温度为93～104℃.
在蒸发器内的水蒸发后，液体中的固体含量增加，可达50%，因此，应避免填料密封或普通机械密封所必须的冲洗水进入蒸发系统，从而大大提高蒸发效率。
图5-25所示为具有旁路冲洗的单端面内内装式机械密封及系统。它适用于含固体颗粒纤维浓度不大于25%的场合。
该密封不用冲洗水，而是利用泵送介质引入蒸汽管线进行冲洗循环，排除了冲洗水通过泵进入蒸发器系统稀释液体的可能性。密封为平衡型，采用单端面，弹簧被封闭，以防止阻塞。摩擦副用硬质合金组队。如图5-25所示，其非补偿环可以利用填料压盖夹持，便于将填料密封改为机械密封。
在图5-25密封腔底部的径向间隙至少加大到5㎜，且旁通管与密封压盖连接处的连接管内径不小于12㎜，以保证液体介质正常流入密封腔。
来自贮槽的黑液含有50%的固体，尚未浓缩到足以在再烧炉内燃烧的程度。因此需要 更多的直联蒸发器或阶式蒸发器加以浓缩。燃烧段的最终产物是固体含量在70%以上的黑液，并且在加入硫酸钠后，其粘度能达14×10-1Pa.s，液体温度必须保持在110℃左右才能保证流动和维持再生炉的最佳燃烧状态。如果出现冷却，则燃烧段的黑液将会凝结。
浓黑液中的高含量固体给机械密封在循环泵上的使用带来了很大的困难。但采用图5-26所示具有蒸汽冲洗的外装式单端面机械密封能解决其轴封问题。
适量蒸汽冲洗密封所形成的冷凝液对增加泵的负荷是很小的。它的优点是增加液体的热量而不冷却降温。在绝大多数工厂中，低压蒸汽来源充足，且易于控制压力和流量。注入的蒸汽应比介质压力高出0.05～0.1MPa。密封腔内用一金属套以减少腔体的容积和增强蒸汽的冲洗作用。循环冷却说通过压盖到达密封的界面上，以便冷凝密封面间的蒸汽，为滑动面提供润滑。端面材料使用硬质合金与硬质碳石墨组队。
(4) 白液泵密封在漂白过程中，漂白剂在纤维素纤维的处理和漂白中起着特殊的作用。如果漂白剂中注入冲洗水，会使漂白剂的浓度降低，化学成分发生变化，这不仅会影响工艺流程的正常进行，还将对管道和设备产生很强的腐蚀。
漂白剂泵用机械密封的关键之一是材料的选择。例如，在Na2CO3溶液中，若材料选用不当会导致密封件因腐蚀而失效。与寿命有关的另一个关键因素是，当温度不稳定时，其中某种漂白剂溶液会产生盐析结晶。这种结晶沉淀物腐蚀性极强，对密封端面的危害很大，而且还容易使密封产生阻塞故障。
图5-27所示为用于漂白剂泵的单端面机械密封。其特点是：多弹簧置于密封腔外，不受堵塞、腐蚀的影响;当密封端面磨损时，补偿环相对于辅助密封圈朝洁净的密封区位移;补偿环与轴不接触，无磨损卡滞故障。补偿环之间的密封圈为以特制的聚四氟乙烯唇形圈包覆橡胶O形圈。其优点是，既具有聚四氟乙烯优良的耐腐蚀性，又具有橡胶圈原有的柔性和弹性。聚四氟乙烯摩擦阻力小，橡胶圈的高弹力特性用以克服聚四氟乙烯的蠕变。
图5-28是在上述单端面机械密封基础上发展起来的双端面机械密封，使用效果很好。其特点在于：密封介质或隔离流体压力发生变化时，端面比压却变化不大。图5-29为该密封的受力分析图。图5-29A、B中，F2是介质作用在补偿环有效面积上的力;由有效面积A2可决定F2的大小;F1则为介质压力F2产生的液膜反力，通常设计成F2略大于F1。图5-29C中，f3是隔离流体作用于A3面积上产生的力，使密封紧密贴合;f3是隔离流体作用于A3面积上产生的力，使密封紧密贴合;f1是f3产生的反力。面积A1、A2、A3决定了密封面的比压。通常设计时应使f3略大于f1.
这种双端面机械密封的浮动性极好。图5-30表示在高速运转中的状态，尽管泵轴产生了大挠曲，其密封端面仍能紧密贴合而不会咬死和泄漏。
以上介绍的白液泵所用机械密封还可广泛地用于其它化工流程泵。
4. 污水泵用密封城市或工业区的废水常用污水泵排入污水池中进行净化消毒，泵送介质的组成相当复杂，如含有泥沙、不溶的无机盐、酸或碱、胶状物、脂肪渣和纤维等。污水泵用机械密封必须可靠、耐腐蚀、并具有抗堵塞与抗磨损的功能。一般采用清水冲洗密封是有效的。但在下水道用污水泵中，若不具备水冲洗条件时，可采用机油供油润滑的密封装置，如图5-31、图5-32所示。在设计时应注意下列问题：
(1) 为保证循环管线的畅通，循环管线的管径应尽可能大，内径不得小于19㎜(3/4〝),同时尽量减少弯头，中间不应装过滤器和阀门。
(2) 循环管线的位置最好设在叶轮背面的机壳处，以便利用叶轮的离心力作用排除大量的固体沉淀物。
(3) 密封腔内不应有其它阻碍物，若泵上安装有节流套，应拆除。
(4) 就立式泵而言，须在密封腔的适当位置上设排气孔，以确保密封面处于液相介质中。
(5) 对于供油的固定油箱，应装在机械密封的大气端，并配置唇形油封。
(6) 要优先采用防阻塞性能好的橡胶波纹管机械密封。
(7) 密封与密封腔内径之间应有足够间隙。这样，循环液有自由流动的通道，可保障密封不受冲蚀。
根据下水道设施所使用的泵和处理介质的不同，将各种典型机械密封的结构特征介绍如下：
(1) 大型斜流泵、轴流泵用机械密封为保护浸没式轴承(指水中轴承)需设置的密封密封，分油润滑式和水润滑式两种。
图5-33、图5-34分别为斜流泵与轴流泵所用的具有代表性的机械密封。其主要结构特征如下：
1) 滑动端面的外侧装防护罩，防止水中纤维状杂质影响转动部件运行，
2) 多弹簧全部安装在清洁的润滑液中，同时设置唇形密封圈以防止污物进入其间，避免弹簧内积污和影响密封的浮动、追随性。
3) 滑动端面采用抗磨粒磨损的硬质合金组队，或用硬质合金与铜合金组队。
4) 旋转环和补偿环采用合成橡胶作辅助密封圈。图5-34是采用合成橡胶制成的U形圈作补偿环的保护和限位机构。这种三重缓冲机构的缓冲机能很好。当泵抽吸含有较大固体物的污水而发生振动时，对滑动端面的冲击趋于缓和。
5) 采用静止型结构能保持稳定的密封性能，特别是大轴径的泵。多弹簧可使端面预载荷均匀分布。
图5-35和图5-36所示分别为大型轴流泵和大型双吸式离心泵用剖分式机械密封。尽管采用了剖分式结构，经特殊设计，精密的加工，其泄漏量能控制在整体结构相近的程度。其主要特征如下：
1) 补偿环端面开有沟槽，槽内注入清洁水后形成一个具有压差的贮水槽，可起到封堵作用，确保密封端面在负压工况呀也不会出现干摩擦。
2) 弹簧等组件安装在泵壳之外，因此不会发生堵塞故障。
3) 从外部可以直接观察到滑动端面的磨损情况。
4) 不磨损泵轴，更换极为方便。对原来使用压盖填料密封的泵特别适用。
5. 潜水、潜油泵用密封潜水泵是30年代发展起来的一种机泵合一的提水机械。近年来，随着地下水资源大规模的开发利用，造成地下水位普遍下降，使潜水电泵向深井方向发展。
潜油泵是应油田开发而发展起来的，主要用于油田开采后期的强采。
潜水、潜油泵和电机都是装在机壳内的贯穿轴上，其轴封的作用是防止提升的液体浸入轴承箱及电机。机械密封由于技术的发展，采用了合理的设计，获得了优异的性能。目前潜水、潜油泵的密封已广泛采用机械密封。
(1) 潜水泵用机械密封图5-37为YQSY系列充油式潜水电泵的总体结构。充油式潜水泵的主要特点是机内充满油(25﹟变压器油)，它即可作电机内部绝缘，又可起密封、润滑和冷却作用，并保护电机内部不受水的侵蚀。因为电机潜入水中工作，所以对密封要求特别严格。通常各部位的静密封能做到“零泄漏”。而旋转轴的机械密封则成为充油式潜水电泵的技术关键。对它的要求是：
1) 坚固可靠、耐用，以便长期使用。
2) 提升的水绝不能侵入。为了保证潜水泵长年在井下运转，避免损坏轴承，烧毁电机，润滑液的消耗应极少，泄漏量通常限制在0.1mL/h以下。
3) 不仅要适合连续运转和间隙运转的要求，而且还要适合长期停机，偶而开动，或一年只运转十几次的情况。
4) 应适应高速、低速和重载工况条件;抗泥沙磨损，抗腐蚀。
图5-38为 YQSY150A潜水泵用808型机械密封，图5-39为YQSY200B、YQSY250B潜水泵用782型机械密封。这两种结构型式的密封具有下述共同的特征：
1) 摩擦副由硬质材料组队(用镍基硬质合金与镍基硬质合金组对)，抗泥沙磨损，抗盐卤腐蚀，并采用了端面变形小的结构。
2) 808型为橡胶波纹管密封。而782型采用橡胶O形圈作辅助密封圈，并增加了防震橡胶O形圈，密封的缓冲性能特别优异。其材料为氟橡胶。泵送地下热水时，辅助密封圈不易老化失效。
3) 机械密封外部装有橡胶防砂环，以免砂粒侵入密封。
4) 电机下部装有保压补油和贫油信号保护装置。保压装置由油缸、橡皮一油囊、弹簧和托盘等组成。其作用是，依靠油囊和弹簧压力来维持电机内部油压大于外部水压0.02～0.03MPa，防止井水侵入，而且腔内压差与电泵下潜的深度无关(因为水压将传递给油囊)，始终保持电机内部油压略高于水压，以保证泄漏的方向从油到水，并不断地自动补油。这样既有利于密封面间的润滑，又可起到吸热作用，因为电机、密封在运转中发热，机内的油必然要产生热膨胀。在电机工作中，若内部进水或油量消耗到规定界限时，贫油信号装置会给出指令自动切断电源，保护电机。贫油保护结构原理如图5-40所示。
(2)潜油泵密封潜油泵是近几年来出现的新型采油设备。它适用于大排量(8000m3/d)、特深井(3000m)和海上油田的斜井等场合。
潜油泵机械密封是从油井套管中潜入上千米的油层，以密封油、水、气三相混合物。由于下井、提井一次的费用高达万余元，并影响采油，因此要求有可靠的寿命和密封性能：泄漏量不大于0.11mL/h，寿命1.5a以上。
其运行工况大致为：密封介质含硫化氢和其它腐蚀性组分(PH8.5～9)和泥沙粒子的油、水、气压力0.7～1.20MPa(绝压);温度50～120℃;转速2950r/min.
潜油泵所用典型的机械密封(图5-41)为三级橡胶波纹管型机械密封，其上部为单端面机械密封，下部为双端面机械密封，见图5-42，图5-43，其结构特点是通过辅助装置把油井压力通过中间介质传递到各腔。第一腔内为油井压力，油井压力首先传递给U形腔中的惰性氟油，再通过氟油把压力传给润滑腔(第二、第三腔和电机与轴承的第四腔)。这样便形成了一个互相隔开的连通器，为处于高压腔中的波纹管机械密封创造了有利于运转条件，使密封端面内外的压差△p几乎为零。当密封出现微量污液泄漏时，由于各腔都与U形腔氟油相通，因此污液将无法穿过高密度的氟油进入清洁的润滑油腔;尽管可能进入大于氟油密封的颗粒，也只能沉积于U形腔下部，不会进入润滑油各腔。
5.纯碱蒸汽煅烧炉用密封
(1)蒸汽煅烧炉炉头用密封蒸汽煅烧炉是碱厂纯碱煅烧工段的关键设备。它是运行情况，主要取决于炉体与下碱罩间的密封，而实现密封的难度很大。
1)煅烧炉炉头密封的工况特点蒸汽煅烧炉系大型旋转设备(见图5-44)。其筒体直径一般为1.8～3.6m，长度16～32m，转动部分及炉体自重30～200t，全部重量由两个托轮和两组托轨轴承承受。炉体与水平线呈1.5%～4%倾斜。因螺旋效应，转动时窜动量大。由于制造质量、安装精度问题，以及自重、受热变形等，使炉体端部产生一径向偏移，在密封部位可高达0.5㎜.炉内物料为纯碱、重碱和炉气。纯碱的平均粒度约为80μm。在高温下流动性大，遇冷吸湿后易结成块疤。煅烧温度160～240℃，操作压力在负压与微正压之间，转速为3～8r/min。纯碱蒸汽煅烧炉密封具有双重性，既要防止碱粉外漏，又要防止空气进入炉内。
2)煅烧炉炉头用密封的简况70年代以前，我国仅有为数不多的φ2.5m蒸汽煅烧炉。由于炉体大，发气量足，尽管存在着外漏，但只要保持负压，就可以维持生产。所用密封结构可归纳为三种：填料密封、密封密封和机械密封。
近年来，我国2～4t/h碱厂纷纷建立，多数厂的煅烧炉为φ1.8m。与φ2.5m煅烧炉相比，产气量小，采用原密封结构的密封效果不良，严重污染环境，影响生产。
图5-45为φ18m煅烧炉原使用的机械密封。由于炉体的窜动，并且补偿环的全部重量由辅助密封圈承担，摩擦阻力大;密封端面经常开启，造成泄漏。即使增加弹簧力也不能解决密封问题，使碱粉大量进入该处下部的间隙中，在界面形成碱疤。结疤后， 端面摩擦力很大，煅烧炉满负荷停车后启动较困难。
图5-46为煅烧炉填料密封的结构。填料函上安装了若干个弹簧，从径向对填料施加压力。因炉体跳动，密封很快泄漏;若加大弹簧力，摩擦功耗会增大。停车后无法启动。
图5-47为煅烧炉用迷宫环密封结构。该密封是利用炉体的窜动，使随炉体转动的内环两侧面与迷宫外环接触巍而形成密封;用于重碱与成品碱之间的密封效果较好，但用于成品与大气侧密封，由于外环与内环和炉头静止部件存在间隙，负压时空气吸入量大，而微正压时出现大量泄漏。
1) 煅烧炉炉头用新型密封多年来，蒸汽煅烧炉密封问题一直未能很好解决，严重影响了纯碱生产及蒸汽煅烧炉的推广。因此，1984年化工部将密封列为重点攻关项目。经江苏省化工机械研究所攻关，研制出机械—浮环组合式结构，如图5-48所示，较好地解决了φ1.8m蒸汽煅烧炉的密封问题。
该组合式密封的使用参数为：
炉体直径：φ1800㎜
转速：7.7r/min
温度：<200℃
物料：重碱
压力：101423～101521Pa
其结构主要由以下两部分组成：
1) 浮环密封。在汽缸座与炉体之间安装一组浮环，与炉体和气体之间保持一定间隙。当炉体运转时，浮环呈自由状态，因而浮环可阻止碱粉进入机械密封界面。
2) 汽缸压紧式机械密封。机械密封摩擦副的直径约为2m，但只需要普通方法加工，安装后经一段时间的运转跑合即可达到良好的贴合。辅助密封圈为胶皮运输带。该机械密封与其他密封的区别是采用汽缸作为弹性加载及补偿元件，气源为压缩空气。使用时，可随时改变压缩空气的压力以获得最佳端面比压。当炉体热胀冷缩(伸缩量达20㎜)及轴向窜动时，活塞杆随之伸缩，故不影响密封端面的压紧力。并可随时开启密封面，以检查磨损情况。
由压缩工段引来的CO2气体吸入浮环和机械密封之间 ，形成一道气障。该气体通过浮环窄小的间隙进入炉内，从而阻挡碱粉进入机械密封，以保护摩擦面。
从上述可以看出，浮环密封的作用是堵封碱粉，机械密封是用以封气。
(2)煅烧炉旋转接头用密封
图5-49所示为已述的φ1.8m蒸汽煅烧炉旋转接头用机械密封。该密封主要特点为：在补偿环(旋转)与非补偿环(静止)之间设置一碳石墨中间环;中间环与补偿环为球面接触，浮动性好有效地解决了大官经受热变形使密封端面不能贴合的问题;补偿环辅助密封采用聚四氟乙烯楔形环，能承受补偿环的重荷，密封性能好，最高使用压力为2.5MPa。
6.回转过滤机用密封。回转过滤机的用来过滤料液在过滤机上数分钟循环一次。在操作过程中，较大的固体粒子选被截留在滤网上，然后较小的粒子一次不断地堆积在滤网上干燥成块并将其刮出。回转过滤机再次使用之前需要进行冲洗。即净化处理。
图5-50所示的机械密封曾作为过滤机顶部和底部的动密封，可以使内部和外部封闭。产品侧的机械密封可以在容器内拆卸。所密封的介质含固体粒子可达(22～28)wt%。固体粒子的粒度为50～250μm，最大工作压力1.17MPa，最高工作温度105℃.
固体粒子因磨损性较强，在产品侧的摩擦副端面均采用了耐磨损的硬质合金组对，并带有流体动力环流槽，附加冲洗系统，以防止固体粒子渗入密封区。大气侧的密封是采用石墨与铬铸铁组对，仅用以密封干净的滤液。
图5-50中产品侧密封处的轴承是一个特殊的部件，缓冲液能通过此轴承而流动。
7.注水泵用密封。在中东地区原有开采中，采用流量为6000L3/min的多级注射泵将最大压力为22MPa的地层水注入油井。其轴封不仅有高压问题，而且这种地层水好含有20%～30%的盐类(即刚低于其极限溶解度)和少量的砂子，并且含有不溶性气体，包括硫化氢(500mg/L)，PH值为4.2，所以其工况条件极为恶劣。
FeordorBurgmannDichtungswekeGmbh&CO公司对此进行了专门设计，采用了特殊结构的集装式双端面机械密封，如图5-51所示。该密封在结构设计上有如下特点：
1) 摩擦副使用碳化硅与碳化硅组对。
2) 所有与地层水接触的密封件都用卡彭特(Carpener)20合金，有较好的耐腐蚀性能。
3) 端面摩擦副环采用活套安装，非常方便。密封允许的轴向位移为±3㎜.
4) 在密封腔中装有一导流套，能产生最佳的液体导向流动，以加速封液对介质端主密封侧进行冷却，将密封腔内由摩擦副产生的热量带走。
5) 限于当地的条件，选用油作为缓冲封液。封液的进出口设在压盖上，这样密封腔内O形圈不会受固体颗粒沉积的危害。
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