密封冷卻系統是泵類產品中非常重要的關鍵部位，對目前幾種密封冷卻形式進行了綜合介紹論述，主要介紹的密封冷卻形式為：密封腔夾套冷卻、靜環夾套冷卻、背冷工藝、換熱器冷卻、傳統單層冷卻以及新型雙層冷卻系統。通過各方面的對比分析，認為新型雙層冷卻系統對于高溫高壓熱水循環泵的使用具有顯著的優勢，在泵行業應進行普遍推廣應用。

一、前言

　　機械密封從產生以來便得到了廣泛的使用，并已有百年的發展。良好的密封性能會影響機器設備工作效率的高低、運行的可靠性、能耗的多少以及機器工作成本。而密封的正常工作需要密封輔助系統的支持，所以對于泵用機械密封，不僅要關注密封單元，更重要的是要關注密封整體系統，而密封冷卻輔助系統正是這整體系統中的影響重大的一部分。機器設備傳輸高溫介質時，為了保證密封安全可靠的運行，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在某些工況下是十分重要的。

　　冷卻系統的工作目的主要是將輸送介質的溫度降下來，為密封裝置創造一個良好的密封條件。在泵的應用場合中，高溫和高壓往往是同時存在的，當輸送熱水為高溫的情況時，自然就會帶來高壓，否則輸送熱水將會汽化。當輸送熱水為高溫時，會給泵的運行帶來較大的危害：泵的零部件由于高溫會產生變形，溫差不同產生的變形也將不同；高溫高壓的工況條件會給密封帶來較大的難度；若密封失效而發生泄漏，將會影響生產，更嚴重的情況下會對人身安全造成威脅；高溫高壓將給泵的運行可靠性帶來不利的影響。因此真空技術網(http://203scouts.com/)認為對于高溫高壓熱水循環泵為了能夠理想地正常運行，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行。

二、主要冷卻系統結構

　　冷卻是為了使密封結構的溫度下降，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，同時可以預防雜質的集結以及氣囊的形成，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，將循環冷卻介質通入到中空的機械密封壓蓋中，利用冷卻介質帶走熱量來降低密封壓蓋的溫度。這種冷卻方式經常使用在流量較大、功率較高的高溫塔底油泵中，依靠冷卻系統來保證密封運行的安全可靠。

　　(2)靜環夾套冷卻 靜環夾套冷卻是將一個直徑略小于靜環的靜環夾套放置到靜環中，通過靜環夾套的作用，將冷卻液的流程增加一倍，同時靜環和冷卻液的換熱面積也相應地增加了一倍，使得冷卻液能夠對靜環進行更加充分有效的冷卻。

　　(3)背冷工藝 背冷工藝利用冷卻液(水或油)從靜環背面對靜環實行冷卻。因其能直接快速地將靜環背面冷卻，故又稱作急冷。背冷工藝冷卻效果較好，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入外設的換熱器進行冷卻，然后將冷卻過的液體再次使用，使其對密封進行循環冷卻，保證密封的安全運行。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，同時伴隨的問題是投資較大。

　　(5)傳統單層冷卻 傳統單層冷卻是在密封處設計一個冷卻腔，通入一定壓力的循環冷卻水，將熱量帶走，以達到降低溫度的目的。一般情況下冷卻腔設計在密封腔的外側，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單層冷卻。

圖1 傳統單層冷卻系統示意

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 為了達到高溫高壓熱水循環泵的使用要求，由浙江水泵總廠有限公司與浙江工業大學、清華大學聯合設計了一種新型的冷卻裝置，具體結構原理詳如圖2所示。

　　密封裝置著重設計了內、外冷卻系統，內冷卻系統冷卻水直接進入密封腔體內側進行冷卻，冷卻效果顯著提高，起冷卻的主要作用，在密封腔體內側設計薄壁密封套，在薄壁密封套外側設計一定數量的筋板，增加冷卻效果。外冷卻系統可以通入較大流量的循環冷卻水，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方面：一是通過側壁冷卻泵體內的高溫熱水；二是通過密封腔的外側冷卻密封室的高溫熱水。

圖2 新型密封裝置結構原理

1.節流襯套 2.密封軸套 3.密封腔體 4.浮動環密封 5.泵蓋 6.冷卻室7.組合密封 8.填料環 9.填料密封 10.填料壓蓋

　　內冷卻系統冷卻水直接進入密封腔體內側進行冷卻，冷卻效果顯著提高，起冷卻的主要作用，在密封腔體內側設計薄壁密封軸套，在薄壁密封軸套外側設計一定數量的筋板，增加冷卻效果。傳統的冷卻腔設計均為在密封腔的外側進行冷卻，由于冷卻室壁厚的影響，冷卻效果要差一些，內層冷卻系統的冷卻效果要明顯優于傳統方式的冷卻效果。

三、冷卻系統運行效果

　　密封腔夾套冷卻，在設備初始運行時，可以有效地對機械密封的溫度進行控制，冷卻效果較為顯著；但是當運行時間變長后，冷卻介質由于高溫而結垢，導致蓋板阻塞，因此溫度將會上升，同時若蓋板發生泄漏，將會導致冷卻水流入軸承箱，從而加快潤滑油乳化，可能會對生產造成威脅。由于以上運行特點，目前其僅在某些塔底油泵中使用，很少在其他條件下使用。

　　由國外企業研發的靜環夾套冷卻技術曾在國內非常流行，很多國內泵用機械密封制造企業均依托此項技術來進行產品生產。然而隨著產品廣泛使用，經常發生靜環夾套因為冷卻介質遇高溫結垢而被阻塞，而導致失效的現象，因此目前較少使用在沒有軟化水冷卻的裝置上。

　　傳統單層冷卻存在一個冷卻效果的問題，多年的運行實踐證明，此種冷卻結構可適用于溫度低于200℃以下的情況。當溫度高于215℃時，往往滿足不了現場運行的使用要求，因此經常會出現質量安全事故。

　　經過試驗與現場運行考核，由浙江水泵總廠有限公司與浙江工業大學、清華大學共同聯合研制的新型雙層冷卻系統，通過在高溫高壓熱水循環泵產品上的應用，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，產品樣機經過國家工業泵產品質量監督檢驗中心檢測，各方面性能指標均達到規定要求，批量產品已經投入到市場中應用，密封冷卻系統運行良好，滿足現場高溫高壓熱水的密封冷卻需求。

四、結語

　　通過對目前泵用密封冷卻系統的分析以及實際運行的考核，由浙江水泵總廠有限公司與浙江工業大學、清華大學共同聯合研制的新型雙層冷卻系統，有助于泵用機械密封長期、有效使用。新型雙層冷卻系統通過內冷卻系統冷卻水直接進入密封腔體內側進行冷卻，以及外冷卻腔內通入較大流量的冷卻循環水進行輔助冷卻，內外冷卻同時作用，冷卻效果顯著，是目前為止國內用于高溫高壓熱水循環泵產品中較為理想的密封冷卻系統，故應在泵行業進行推廣和應用。