机械密封原理与设计=principles and design of mechanical face seals_.pdf

机械密封原理与设计1)加工业：化工、石油、食品、纺织及医药工业均在工艺过程中广泛使用泵，泵是需要使用轴密封的，而另一些设备如搅拌器、轴承箱和压缩机也需要轴密封。2)航空航天：涡轮喷气发动机及液体燃料火箭发动机使用轴密封。3)运输业：所有型式的发动机均使用冷却水泵，且必须封住润滑剂，防止其进入变速器、发动机和其他设备。自动空调压缩机需使用轴密封。船舶推进器轴及许多船舶附属设备也需使用轴密封。4)电力行业：轴密封用于水轮机、蒸汽轮机、锅炉给水泵、核电站冷却剂泵及各类辅助设备中。5)家用电器：洗碗机和洗衣机使用小型轴封泵。垃圾处理和游泳池的泵需要轴密封。6)农业：灌溉和泵送化肥农药使用轴封泵。总之，旋转轴密封在几乎所有类型的机械设备中均有使用。几乎可以这样说：哪里有旋转轴，哪里就有轴密封。1.2经济价值在美国，根据统计局(1982)文献，1982年垫片、填料和密封设备的出货量达16.64亿美元。其中，机械密封为0.9亿美元，旋转油封为2.76亿美元。基于本书作者的研究，1988年，美国机械密封及其相关产品销售额超过3亿美元。因此，轴密封制造业是非常重要的。对用户而言，轴密封的经济意义远大于轴密封本身的价格。以密封轴承中使用的唇形密封为例，密封的寿命制约着整个轴承组件的寿命。在唇形密封的其他应用中，产品寿命可能受其他因素的制约。很难去计算唇形密封失效造成的总损失有多少，但考虑到维护费用和产品寿命的制约，损失会非常巨大。就机械密封而言，它对于用户的经济价值以及密封失效对于工业生产造成的实际损失，已有一些深度的分析。虽然获得密封失效造成实际损失的精确数据仍然很困难，但根据Nu(1985)文献，“大量用户同意这一点：相当高比例生产设备的维护费用是由于密封失效造成的”。基于笔者所知，包含零件和人力成本在内，密封和泵的维修费用为20005000美元。虽然这其中包含部分轴承失效或其他零部件的维修，但大部分是密封的维修。在大型炼油厂（产量高于10万桶），这样的费用每年超过100万美元。机械密封失效造成的实际损失甚至更加隐蔽，并可能远超零件和人工费用。当密封意外失效或者泄漏量过大以致一个生产单元必须停机时，有时整个生产流程也必须停机。由于这会造成总有效生产时间的缩短，因此此类停机代价高昂。针对这一点，一种解决方案是为每一关键点安装备用泵，但如此一来投资和基建成本会增高，而即使只储备备用密封零件也会导致总费用增加。密封失效还可能造成严重的安全问题。避免密封失效影响安全、保证密封正常运行的费用隐藏于系统设计中，并成为运行和基建成本。最后，不可靠的密封在运转中需要更仔细的监测，这也带来相关成本。总体上说，密封失效会对工业及与密封相关的生产设备造成巨大的影响。还可以从另一个角度考虑机械密封的经济意义：将机械密封与功能差一些的密封型式进行比较，可以评估间接性的经济效益。根据Spores文献(1975)，在造纸厂中，由泵填料密封的泄漏可达100ga/min(美加仑，合0.38m/min)量级，这些污水排出后必须进行处理，2