离心泵基础：内部冲洗与外部冲洗机械密封.docx

前言

无论您是安装还是设计液体循环暖通空调（HVAC）系统，您可能都知道泵密封对泵的运行和用户满意度起着至关重要的作用。除非您有机会近距离接触一台拆卸下来的泵，否则密封的功能和材料可能仍然是一个谜。今天，我们将为您揭开这些组件的神秘面纱，并解释暖通空调离心泵中通常使用的密封（冲洗）类型之间的差异。

从填料密封到机械密封的演变

泵叶轮安装在穿过泵壳体或蜗壳的泵轴上。如果没有泵密封，轴进入蜗壳的中空“潮湿”部分处就会成为持续泄漏的源头。
一百多年前，大多数泵都依靠填料来防止泵泄漏，同时允许轴自由旋转。这种类型的填料或填料密封最初是在泵内形成一个区域，被称为填料函，将填料推入或塞入其中。这些老技术的泵被称为“填料函结构”。50年前，这项技术得到了改进，填料密封由几圈编织纱线和石墨填料组成，这些填料环绕着轴，并位于老的“填料函”中。这些填料由填料压盖牢牢压紧，以防止系统水从泵壳体中渗出。
由于填料和轴之间的摩擦产生了大量热量，因此填料密封需要大量润滑。这种润滑是通过系统水进行的，系统水从泵的出口侧流出，冲洗过填料，然后排出泵外。这就形成了一个“开放式”系统，即一个定期使用并泄漏冲洗水的系统。水的“泄漏”是必需的，并以大约每秒一滴的速度从泵中滴出。当然，这些水必须用补充水代替，这就意味着向系统引入更多的空气，从而增加腐蚀。
此外，填料密封必须通过手动拧紧压盖来定期调整，以保持正确的润滑量，这就造成了部件的过度磨损。几十年前，这种类型的密封是大多数工业泵的标准配置，如今在某些工业应用中仍在使用。
如今，机械密封已成为HVAC泵的标准配置。机械密封不存在任何类型的泄漏，而是一体式弹簧提供抵靠两个高度抛光的密封面的压力，从而密封泵。即使是 B&G 泵的竞争对手，其老式泵蜗壳设计有外部填料函，也被改装为采用机械密封。这就是为什么如今在HVAC系统中，有两种类型的泵机械密封 - 一种是为带有外部冲洗管路的老式泵设计的密封，另一种是模仿 B&G 设计的内部冲洗式密封。
外部冲洗的机械密封及其应避免的原因
外部冲洗密封的工作原理与其它机械密封类似，但其设计目的是安装在泵壳体/蜗壳的干燥空间中，就像老式填料密封一样。因此，它们需要外部润滑，以防止轴与旋转和静止密封部件之间的摩擦导致过热。这种润滑是由毛细管型管提供的，毛细管型管将水从泵的出口输送到机械密封，从而使系统与外部润滑的填料密封相比成为封闭系统。这种设计有三个缺点。
首先要考虑的是冲洗管道的尺寸。这些管道通常是1/4英寸或 3/8 英寸的铜管。如果水质开始在管路中积聚沉淀物或管路出现现场损坏，就会限制冲洗流量。与制造商设计的流量相比，降低流量会缩短密封的使用寿命。
第二个问题同样与水质有关。密封面是高度抛光的表面。密封面之间的任何砂砾（固体颗粒）都会腐蚀密封面，轻则导致过早失效，重则造成密封泄漏。
第三个问题是冲洗密封的水量，以减少摩擦引起的热量积聚。流量大小取决于入口和出口之间的压力差以及管道摩擦损失。制造商设计的管道尺寸和流量与泵所需的相匹配。当我们在泵上安装变速驱动器时会发生什么？封闭系统中的吸入压力保持相当恒定，但排出压力会下降。流量随着压力差的平方根而变化，冲洗流量也随之下降。这在冷冻水系统中可能不是什么大问题，但在供热系统中可能会导致密封寿命缩短。
下面的剖面图显示了这些管道位于典型的外置机械密封（中开双吸泵）的两侧。请注意，它们直接进入装有密封的填料函。

内部冲洗机械密封及其优越性
与外部冲洗式机械密封一样，内部冲洗式机械密封也能防止水从泵壳体中流出，同时允许泵轴自由旋转。不过，内部冲洗机械密封的设计更复杂、更可靠。
内部机械密封的位置更靠近泵的叶轮，在启动时会充满水。因此，它们基本上浸没在系统水中，暴露在大约25%的泵流体中。这一点很有价值，因为：1）不需要任何外部润滑和管道；2）密封周围的水流速度较高，可提供更好的冲洗效果，从而延长密封的使用寿命。
    在外部冲洗密封中，管道以非常高的流速将所需的全部冲洗液直接作用于密封。而内部冲洗密封实质上是浸没在一个充满水的浴缸里。为什么这会延长密封的使用寿命？想象一下，你正在水槽中清洗祖母的一件精美瓷器，而用来清洗的水质非常糟糕 - 水中有大量的沙子。你会使用高速喷淋来清洗它、还是将它浸泡在水槽中，然后用毛巾轻轻地在它周围打转？就像瓷器一样，离心机械密封的更换费用也很高，而且经常暴露在含有大量颗粒的水中。
    虽然目前仍有采用外部冲洗密封设计的泵，但我们建议您为水力HVAC系统指定和要求采用内部冲洗机械密封的泵，无论该泵是全新安装的，还是替换现有的外部密封泵。内部冲洗密封所需要的维护更少，而且有助于延长泵的使用寿命。