焊接金属波纹管机械密封在高参数泵上的应用周永生王敬平陈军张兆文3王庆2（1.安庆石化安徽安庆246001；。四川日机密封件有限公司，四川成都610041；中原石化河南濮阳457000）优势的场合的发展方向。

　　自从1950年平衡焊接金属波纹管机械密封用于高温工业泵中以后，焊接金属波纹管逐渐地得到了广泛的应用和认同。这是由于焊接金属波纹管机械密封具有良好的浮动性和随机补偿性，可以补偿密封环因磨损、轴向窜动及振动等原因而造成的泄漏。焊接金属波纹管本身既作弹性元件又起到密封的作用，因此无需设计一般推环型弹簧式机封的动态辅助密封圈，从而避免了因动态辅助密封圈而造成的细微颗粒阻塞，动态辅助密封不耐高温以及有因其产生轴向摩擦阻力而降低密封补偿能力的问题。焊接金属波纹管是由每一个波片内、外径交错紧密焊接而成的，因此不论其作为静止或旋转式使用时均无须考虑旋向问题。焊接金属波纹管可以选择沉淀硬化型不锈钢，高温镍基材料和铬镍型耐蚀材料等制造，因此焊接金属波纹管可适用于较广泛的温度范围（一117~426°0>，及各种酸、碱、盐介质中。选择不同的波片厚度、层数使其在特殊的泵中承受高达7MPa左右的压力。焊接金属波纹管机封的设计一般为平衡型，因此其承受载荷对端面比压的影响很小，焊接金属波纹管机械密封不仅适用于非烃类介质，也适用于闪蒸烃类介质。与普通机械密封相比其使用寿命也得到大大提高（一般为6000~8000小时左右）因此其具有较高的性能价格比。

　　1焊接金属波纹管的设计计算及工作原理（1）焊接金属波纹管载荷系数计算载荷系数k值的大小表示密封介质作用在密封端面上压力增加的程度，波纹管的结构设计决定了其载荷系数k<1波纹管内径；di，d2为密封端面外、内径。

　　波纹管机械密封端面比压Pc是指作用在密封面单位面积上的净剩的闭合力。

　　纹管的弹力；V为介质的反压系数。

　　波数；B为波纹管波片宽度。

　　根据波纹管的不同使用工况和成型制造工艺一般选择S形、U形或V形（如）的波片制成波纹管壁。

　　2焊接金属波纹管密封的优越特性的总体结构（1）与传统推压式密封对比①不使用动态弹性辅助密封，大大扩展了使用温度极限和耐蚀范围，因此波纹管机封甚至可以应用到不带自冲洗及背冷的高温泵上和强腐蚀泵上（但在减压塔底泵等高温油泵中使用时应加背冷，以免泄漏严重时发生火灾。）②波纹管壁既为弹性元件又为动态自密封，其根据美国石油协会在API682离心泵和转子泵密封系统的标准中统一规定，未来焊接金属波纹管机封主要分为BC型两大类（见）。B型为单级内装旋转式，用于低温平衡型集装式焊接金属波纹管机封，弹性元件为哈氏C合金波纹管（旋转式），辅助密封件为氟弹性O形圈，其它结构件为316材料。密封为反应烧结SiC对抗疱疤石墨，并在法兰中备管型的弯曲设计，使其更加适应泵轴的径向和轴向的跳动，窜动和压力的变化。

　　③通过窄环端面与有效直径de的变动，达到载荷平衡（以往实验证明焊接金属波纹管的有效直径是随系统压力增加而减小，载荷系数从而变大）。

　　④结构紧凑（尤其大尺寸密封），这一特点使其在结构尺寸较紧凑的SUNDYNE公司LMV型、英格索兰公司HSPC型等高速泵上，更能体现出优越的追随性和减少了因动态辅助密封选择不当而造成的失效。

　　波片的波型波纹管失效常见的原因为焊接区疲劳而造成裂纹及失弹造成机封失效，对于受高压力的波纹管而言，内径处焊接区易发生，根据实验证明波片内径处为直线段并且垂直于波纹管轴线时，此焊接区应力非常大。再加之材料不同的显微结构和缺陷，从而直接导致焊接可靠性下降。根据弹性理论分析，碳石墨浮环作抑制密封。C型为单级，内装式，高温平衡型集装式焊接金属波纹管机封，弹性元件为Inconel合金波纹管（静止式），辅助密封为柔性石墨，其它结构件为316材料，密封面为反应烧结SiC对抗疱疤石墨，优质碳石墨浮环作为抑制密封，并提供背冷抗结焦导流套。

　　API682标准机械密封4结束语通过提高焊接金属波纹管机械密封加工工艺和对波片的特殊设计，提高抗静态破裂能力，同时用有波片与波纹管轴线保持倾角可降低应力，经试验证明，其中大的弯曲应力随角度增加而减小，在45*时为小，所以将波片的外径上用直线设计，内径上设计45*倾角波型，可适用于高压（3MPa以下）的工况和因装配误操作造成压量过大的场合。

　　除了波片的设计可减少因高压造成波纹管机封失效外，波片的厚度和层数直接决定弹力变化和大耐压能力，双层波片波纹管比同样厚度的单层波纹管提高了>2倍的承爆压力，并且也提高了波纹管自身刚性，避免了在混相介质中使用时，因波纹管的固有振动频率小于泵的脉冲及密封面摩擦造成的振限元分析法优化设计出小应力的热套结构，保持密封面的小变形。焊接金属波纹管机械密封除如前述的优越性外，尽量采用API682的标准结构组织生产等等，将会使焊接金属波纹管机封在高参数泵上得到越来越多应用。