典型深冷泵軸端密封主要包括填料密封、迷宮密封和機械密封三類,填料密封主要用于往復式泵結構中,離心式泵多采用迷宮密封和機械密封結構。深冷泵軸端密封的結構形式的選擇,主要取決于泵的結構和特性,也依賴于密封技術水平的發展。
一、填料密封
在往復泵領域,目前主要采用軟填料密封。填料密封是一種密封結構,主要依靠壓緊力使填料與軸緊密接觸而取得密封效果,如圖 1 所示。它結構簡單,安裝技術要求低,成本低,作為軸端密封的結構型式,在透平式和容積式的流體輸送裝備如水泵、離心和容積壓縮機領域應用普遍,其主要作為軸端密封以及活塞結構的徑向密封。
然而隨著工業進步,各類裝備對于泄漏、能量損耗以及環境指標等要求的不斷提高,填料密封逐漸退出諸多領域,主要是由于填料密封自身壽命較低、可靠性不高、泄漏率較高等缺點,已逐步被其他的密封型式特別是端面密封所取代。雖然如此,由于填料密封本身所固有的結構簡單、更換方便的特點,目前在部分領域如柱塞泵、閥門等工業中仍然有大面積應用,這主要是得益于新型復合材料的出現。
二、迷宮密封
迷宮密封是由一系列節流齒隙和膨脹空腔構成的非接觸式密封型式,主要用于密封氣體介質。迷宮密封的旋轉組件和固定組件之間必須留有間隙,不能直接接觸,密封效果的實現主要是借助于逐級降壓衰減,使得密封介質無法大量溢出。正是迷宮密封的這一特點,迷宮密封可以應用于一些接觸式密封無法使用的場合。如超高溫、深冷、超高速等工況,迷宮密封也廣泛用于透平機械級間密封。
由于迷宮密封的動靜組件間隙較大,其泄漏量較大,且同時為了保證密封性能,軸向尺寸較長。對于深冷泵用密封,都要添加封氣,即在迷宮密封引入外部氣源,以對密封部位進行吹掃,形成氣堵,減小泄漏,如圖2所示。
三、 機械密封
機械密封是一種依靠彈性元件或磁性元件以及介質壓力對動、靜環端面進行壓緊, 同時借助于墊片、O形密封圈等輔助靜密封,達到軸向密封作用的裝置。機械密封從軸端密封發展歷程來講,應該屬于繼填料密封、迷宮密封之后的第三代密封。
機械密封綜合了填料密封和迷宮密封的優點,在軸端密封發展過程中,機械密封的出現使得軸端密封本身自成一體,可以獨立于主機盡享工業發展成果,充分利用材料產業的技術進步,形成自成體系的學科門類,從而為機械密封技術的騰飛奠定了基礎,使動密封的使用壽命和密封性能有了空前的提高。目前,機械密封是深冷泵應用廣泛的一種軸端密封型式,也是軸端密封的發展方向。
在機械密封結構中,深冷泵軸端密封彈性元件通常采用焊接金屬波紋管結構,相比于常規螺旋彈簧,金屬波紋管彈力均勻,有很好的抗剪切和傳遞扭矩作用,能夠有效地避免低溫下的冷脆斷裂。
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