密封冷卻系統(tǒng)是泵類產(chǎn)品中非常重要的關(guān)鍵部位，對目前幾種密封冷卻形式進(jìn)行了綜合介紹論述，主要介紹的密封冷卻形式為：密封腔夾套冷卻、靜環(huán)夾套冷卻、背冷工藝、換熱器冷卻、傳統(tǒng)單層冷卻以及新型雙層冷卻系統(tǒng)。通過各方面的對比分析，認(rèn)為新型雙層冷卻系統(tǒng)對于高溫高壓熱水循環(huán)泵的使用具有顯著的優(yōu)勢，在泵行業(yè)應(yīng)進(jìn)行普遍推廣應(yīng)用。

一、前言

　　機(jī)械密封從產(chǎn)生以來便得到了廣泛的使用，并已有百年的發(fā)展。良好的密封性能會影響機(jī)器設(shè)備工作效率的高低、運(yùn)行的可靠性、能耗的多少以及機(jī)器工作成本。而密封的正常工作需要密封輔助系統(tǒng)的支持，所以對于泵用機(jī)械密封，不僅要關(guān)注密封單元，更重要的是要關(guān)注密封整體系統(tǒng)，而密封冷卻輔助系統(tǒng)正是這整體系統(tǒng)中的影響重大的一部分。機(jī)器設(shè)備傳輸高溫介質(zhì)時(shí)，為了保證密封安全可靠的運(yùn)行，需要通過冷卻輔助措施來降低密封處的溫度，故密封冷卻輔助系統(tǒng)在某些工況下是十分重要的。

　　冷卻系統(tǒng)的工作目的主要是將輸送介質(zhì)的溫度降下來，為密封裝置創(chuàng)造一個(gè)良好的密封條件。在泵的應(yīng)用場合中，高溫和高壓往往是同時(shí)存在的，當(dāng)輸送熱水為高溫的情況時(shí)，自然就會帶來高壓，否則輸送熱水將會汽化。當(dāng)輸送熱水為高溫時(shí)，會給泵的運(yùn)行帶來較大的危害：泵的零部件由于高溫會產(chǎn)生變形，溫差不同產(chǎn)生的變形也將不同；高溫高壓的工況條件會給密封帶來較大的難度；若密封失效而發(fā)生泄漏，將會影響生產(chǎn)，更嚴(yán)重的情況下會對人身安全造成威脅；高溫高壓將給泵的運(yùn)行可靠性帶來不利的影響。因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為對于高溫高壓熱水循環(huán)泵為了能夠理想地正常運(yùn)行，在泵的密封處要將溫度降下來，以保證密封及軸承體部件地正常運(yùn)行。

二、主要冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　冷卻是為了使密封結(jié)構(gòu)的溫度下降，其方式可以分為直接冷卻和間接冷卻。沖洗屬于直接冷卻方式的一種，其能夠吸收多余熱量從而降低密封處的溫度，從而避免密封間隙中的液膜汽化，同時(shí)可以預(yù)防雜質(zhì)的集結(jié)以及氣囊的形成，因此可以延長密封的使用壽命。間接冷卻的效果差于直接冷卻，但是其對于冷卻介質(zhì)要求較低。間接冷卻主要有夾套冷卻和換熱器冷卻，其中，夾套冷卻主要包括密封夾套冷卻、靜環(huán)夾套冷卻、背冷工藝和換熱器冷卻。

　　(1)密封腔夾套冷卻 密封腔夾套冷卻，將循環(huán)冷卻介質(zhì)通入到中空的機(jī)械密封壓蓋中，利用冷卻介質(zhì)帶走熱量來降低密封壓蓋的溫度。這種冷卻方式經(jīng)常使用在流量較大、功率較高的高溫塔底油泵中，依靠冷卻系統(tǒng)來保證密封運(yùn)行的安全可靠。

　　(2)靜環(huán)夾套冷卻 靜環(huán)夾套冷卻是將一個(gè)直徑略小于靜環(huán)的靜環(huán)夾套放置到靜環(huán)中，通過靜環(huán)夾套的作用，將冷卻液的流程增加一倍，同時(shí)靜環(huán)和冷卻液的換熱面積也相應(yīng)地增加了一倍，使得冷卻液能夠?qū)�靜環(huán)進(jìn)行更加充分有效的冷卻。

　　(3)背冷工藝 背冷工藝?yán)�用冷卻液(水或油)從靜環(huán)背面對靜環(huán)實(shí)行冷卻。因其能直接快速地將靜環(huán)背面冷卻，故又稱作急冷。背冷工藝?yán)鋮s效果較好，常與沖洗搭配使用。

　　(4)換熱器冷卻 換熱器冷卻將冷卻液通過密封或壓蓋后導(dǎo)入外設(shè)的換熱器進(jìn)行冷卻，然后將冷卻過的液體再次使用，使其對密封進(jìn)行循環(huán)冷卻，保證密封的安全運(yùn)行。換熱器冷卻能夠在兼顧冷卻效果的情況下有效地降低冷卻液的損失，同時(shí)伴隨的問題是投資較大。

　　(5)傳統(tǒng)單層冷卻 傳統(tǒng)單層冷卻是在密封處設(shè)計(jì)一個(gè)冷卻腔，通入一定壓力的循環(huán)冷卻水，將熱量帶走，以達(dá)到降低溫度的目的。一般情況下冷卻腔設(shè)計(jì)在密封腔的外側(cè)，由于壓力和溫度的限制，冷卻室與密封腔體之間的壁厚很厚，不利于冷卻。圖1為在金屬波紋管密封上使用的傳統(tǒng)單層冷卻。

圖1 傳統(tǒng)單層冷卻系統(tǒng)示意

1.冷卻室 2.金屬波紋管 3.封油口 4.冷卻水口

　　(6)新型雙層冷卻系統(tǒng) 為了達(dá)到高溫高壓熱水循環(huán)泵的使用要求，由浙江水泵總廠有限公司與浙江工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)聯(lián)合設(shè)計(jì)了一種新型的冷卻裝置，具體結(jié)構(gòu)原理詳如圖2所示。

　　密封裝置著重設(shè)計(jì)了內(nèi)、外冷卻系統(tǒng)，內(nèi)冷卻系統(tǒng)冷卻水直接進(jìn)入密封腔體內(nèi)側(cè)進(jìn)行冷卻，冷卻效果顯著提高，起冷卻的主要作用，在密封腔體內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)薄壁密封套，在薄壁密封套外側(cè)設(shè)計(jì)一定數(shù)量的筋板，增加冷卻效果。外冷卻系統(tǒng)可以通入較大流量的循環(huán)冷卻水，起冷卻的輔助作用。

　　外冷卻腔可以通入較大流量的循環(huán)冷卻水，由于它的流量比較大，可以冷卻帶走較大部分的熱量，它的冷卻方式主要是兩個(gè)方面：一是通過側(cè)壁冷卻泵體內(nèi)的高溫?zé)崴�；二是通過密封腔的外側(cè)冷卻密封室的高溫?zé)崴��?/p>

圖2 新型密封裝置結(jié)構(gòu)原理

1.節(jié)流襯套 2.密封軸套 3.密封腔體 4.浮動(dòng)環(huán)密封 5.泵蓋 6.冷卻室7.組合密封 8.填料環(huán) 9.填料密封 10.填料壓蓋

　　內(nèi)冷卻系統(tǒng)冷卻水直接進(jìn)入密封腔體內(nèi)側(cè)進(jìn)行冷卻，冷卻效果顯著提高，起冷卻的主要作用，在密封腔體內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)薄壁密封軸套，在薄壁密封軸套外側(cè)設(shè)計(jì)一定數(shù)量的筋板，增加冷卻效果。傳統(tǒng)的冷卻腔設(shè)計(jì)均為在密封腔的外側(cè)進(jìn)行冷卻，由于冷卻室壁厚的影響，冷卻效果要差一些，內(nèi)層冷卻系統(tǒng)的冷卻效果要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方式的冷卻效果。

三、冷卻系統(tǒng)運(yùn)行效果

　　密封腔夾套冷卻，在設(shè)備初始運(yùn)行時(shí)，可以有效地對機(jī)械密封的溫度進(jìn)行控制，冷卻效果較為顯著；但是當(dāng)運(yùn)行時(shí)間變長后，冷卻介質(zhì)由于高溫而結(jié)垢，導(dǎo)致蓋板阻塞，因此溫度將會上升，同時(shí)若蓋板發(fā)生泄漏，將會導(dǎo)致冷卻水流入軸承箱，從而加快潤滑油乳化，可能會對生產(chǎn)造成威脅。由于以上運(yùn)行特點(diǎn)，目前其僅在某些塔底油泵中使用，很少在其他條件下使用。

　　由國外企業(yè)研發(fā)的靜環(huán)夾套冷卻技術(shù)曾在國內(nèi)非常流行，很多國內(nèi)泵用機(jī)械密封制造企業(yè)均依托此項(xiàng)技術(shù)來進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。然而隨著產(chǎn)品廣泛使用，經(jīng)常發(fā)生靜環(huán)夾套因?yàn)槔鋮s介質(zhì)遇高溫結(jié)垢而被阻塞，而導(dǎo)致失效的現(xiàn)象，因此目前較少使用在沒有軟化水冷卻的裝置上。

　　傳統(tǒng)單層冷卻存在一個(gè)冷卻效果的問題，多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，此種冷卻結(jié)構(gòu)可適用于溫度低于200℃以下的情況。當(dāng)溫度高于215℃時(shí)，往往滿足不了現(xiàn)場運(yùn)行的使用要求，因此經(jīng)常會出現(xiàn)質(zhì)量安全事故。

　　經(jīng)過試驗(yàn)與現(xiàn)場運(yùn)行考核，由浙江水泵總廠有限公司與浙江工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)共同聯(lián)合研制的新型雙層冷卻系統(tǒng)，通過在高溫高壓熱水循環(huán)泵產(chǎn)品上的應(yīng)用，密封裝置的密封效果及冷卻效果都比較理想，降溫效果顯著，產(chǎn)品樣機(jī)經(jīng)過國家工業(yè)泵產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，各方面性能指標(biāo)均達(dá)到規(guī)定要求，批量產(chǎn)品已經(jīng)投入到市場中應(yīng)用，密封冷卻系統(tǒng)運(yùn)行良好，滿足現(xiàn)場高溫高壓熱水的密封冷卻需求。

四、結(jié)語

　　通過對目前泵用密封冷卻系統(tǒng)的分析以及實(shí)際運(yùn)行的考核，由浙江水泵總廠有限公司與浙江工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)共同聯(lián)合研制的新型雙層冷卻系統(tǒng)，有助于泵用機(jī)械密封長期、有效使用。新型雙層冷卻系統(tǒng)通過內(nèi)冷卻系統(tǒng)冷卻水直接進(jìn)入密封腔體內(nèi)側(cè)進(jìn)行冷卻，以及外冷卻腔內(nèi)通入較大流量的冷卻循環(huán)水進(jìn)行輔助冷卻，內(nèi)外冷卻同時(shí)作用，冷卻效果顯著，是目前為止國內(nèi)用于高溫高壓熱水循環(huán)泵產(chǎn)品中較為理想的密封冷卻系統(tǒng)，故應(yīng)在泵行業(yè)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。