由于固液兩相流中磨蝕性顆粒介質(zhì)的存在，采用一般的機(jī)械密封常會(huì)構(gòu)成如下5種危害：①密封端面的加劇磨損。密封面之間因顆粒泄漏進(jìn)入端面，起著磨料作用，加速了密封面的磨損。②介質(zhì)側(cè)顆粒堵塞。由于顆粒的堆積，架橋，阻礙了彈簧、銷和輔助密封封圈的運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致補(bǔ)償環(huán)的追隨性和浮動(dòng)性下降。③大氣側(cè)顆粒堵塞。由于常規(guī)設(shè)計(jì)的機(jī)械密封，密封面內(nèi)徑和軸(或軸套)之間的間隙較小，泄漏的固體顆粒不能及時(shí)排出，易堆積、阻塞，阻礙了輔助密封圈的運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致密封失敗。④磨蝕。指密封元件表面由于受到磨蝕性顆粒的作用而產(chǎn)生的局部咬蝕、撕裂。它通常發(fā)生在使用較軟的鋼材或石墨材料時(shí)，由于沖洗水或封液的沖擊而造成的。在有顆粒介質(zhì)的情況下，發(fā)生得更加嚴(yán)重；⑤傳動(dòng)元件的磨損。由于傳動(dòng)銷這些元件處于顆粒介質(zhì)中，運(yùn)動(dòng)時(shí)由于顆粒的研磨作用加劇了元件本身的磨損。
　　在選型時(shí)，應(yīng)使機(jī)械密封產(chǎn)品盡量避免顆粒的作用，不致產(chǎn)生這5種失效，機(jī)械密封解決顆粒介質(zhì)作用的問(wèn)題有兩大途徑：一是對(duì)機(jī)械密封設(shè)置一些附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或采取輔助措施(如螺旋密封、唇封、封液、沖洗水、水箱或油箱建立液障防止顆粒堆積等)，或者外部裝置(如旋流固液分離器、磁濾器等)，盡量避免上述5種失效出現(xiàn)，維護(hù)機(jī)械密封良好的工作狀態(tài)。這種途徑對(duì)于比較重要的場(chǎng)合，重要的設(shè)備可以使用。但對(duì)于由于空間受到限制，或者由于輔助設(shè)施耗費(fèi)太高，以及由于有些場(chǎng)合，物料不允許有封液或沖洗水進(jìn)入產(chǎn)品的情況，就應(yīng)采取選擇設(shè)計(jì)出一種新型的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，能直接用在顆粒介質(zhì)中，滿足生產(chǎn)流程對(duì)密封的要求。
　　為了使機(jī)械密封達(dá)到密封可靠、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、易調(diào)節(jié)、成本低的目的，具體辦法如下：
　　采用彈簧和輔助密封圈相結(jié)合使用。主要優(yōu)點(diǎn)是：具有較高的彈性，且彈簧不與介質(zhì)接觸，避免了易受顆粒堵塞的問(wèn)題。
　　為了保證摩擦副在顆粒介質(zhì)中具有耐磨損和耐磨蝕的目的，摩擦副材料的硬度必須高于磨粒的硬度。通?？蛇x用硬對(duì)硬組對(duì)，材質(zhì)可為碳化鎢或碳化硅。與碳化鎢相比，碳化硅具有更高的硬度，更好的導(dǎo)熱率，化學(xué)穩(wěn)定性較好，還有自潤(rùn)滑性，但成本較高。
　　根據(jù)A.I.GoLubiev(前蘇聯(lián))等人，對(duì)在磨蝕性顆粒介質(zhì)中高硬度摩擦副磨損機(jī)理的研究所得出的結(jié)論，摩擦副寬度應(yīng)比一般機(jī)械密封的寬，以獲得較高的使用壽命。動(dòng)、靜環(huán)的寬度相等，有利于防止顆粒對(duì)密封端面的磨損，同時(shí)，有足夠的面積，以避免大的失配。因此，能夠適應(yīng)比一般機(jī)械密封端面大得多的徑向和軸向跳動(dòng)。
　　混流泵用機(jī)械密封應(yīng)設(shè)計(jì)為內(nèi)流式，顆粒介質(zhì)在密封環(huán)外側(cè)，離心力和慣性力的作用使顆粒、雜質(zhì)向外運(yùn)動(dòng)，拋離密封面。
　　與一般機(jī)械密封不同，軸套與密封環(huán)之間的間隙應(yīng)較大，當(dāng)有物料泄漏時(shí)，能及時(shí)排出，避免顆粒的堆積和阻塞。密封腔的設(shè)計(jì)必須有適當(dāng)?shù)目臻g，使密封腔的物料能流動(dòng)，不堆積沉淀，并易冷卻和潤(rùn)滑密封。為了減少泵內(nèi)介質(zhì)壓力對(duì)密封端面比壓的影響，采用平衡型機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。
　　端面比壓是影響密封性能和使用壽命的最重要因素之一。為了防止顆粒介質(zhì)進(jìn)入密封端面，泄漏量增大，端面磨損加劇，導(dǎo)致密封的失效，應(yīng)使端面比壓比一般的要大些。但端面比壓過(guò)大，將造成摩擦面發(fā)熱和磨損加劇，功率消耗增加。設(shè)計(jì)時(shí)，端面比壓為0.3MPa左右。
　　采用單端面機(jī)械密封(圖1)時(shí)，為了避免顆粒雜質(zhì)的危害，需根據(jù)不同情況分別采取沖洗、過(guò)濾、分離、隔離、保溫和加熱等措施。沖洗液的可靠性和質(zhì)量是密封成敗的關(guān)鍵。若從外部注入清潔沖洗液，密封的工作環(huán)境可得到改善，但必須損耗沖洗液，而且，其先決條件是所輸送的液體允許被沖洗液微量稀釋。

圖1　內(nèi)裝式單端面機(jī)械密封

       采用雙端面機(jī)械密封(圖2)時(shí)，要求封液在密封腔內(nèi)建立壓力，進(jìn)行封堵、潤(rùn)滑和冷卻循環(huán)。雙端面密封可靠性高，但制造成本和安裝費(fèi)用較高。大多數(shù)雙端面密封組對(duì)材料的選擇已標(biāo)準(zhǔn)化。在實(shí)際使用中，位于介質(zhì)端的摩擦副使用硬質(zhì)合金組對(duì)或碳化硅組對(duì)；位于大氣端的選用碳石墨與鎳鉻鋼組對(duì)。

圖2　內(nèi)裝式雙端面機(jī)械密封

       山西鋁廠目前使用的B173-125型(圖3)機(jī)械密封的選用就考慮了以上幾個(gè)方面。其工作參數(shù)如下。
　　介質(zhì)：含少量氫氧化鋁固體微粒
　　壓力：0.5MPa
　　轉(zhuǎn)速：480r／min
　　溫度：120～150℃
　　B173-125型機(jī)械密封是單端面、內(nèi)流式機(jī)封。采用外沖洗液(圖3)。

圖3　B173型機(jī)械密封

       摩擦副材料選用碳化鎢對(duì)碳化鎢。其性能參數(shù)如下。
　　牌號(hào)：YG6
　　線膨脹系數(shù)：4.5～5.0×10－6／℃
　　溫度范圍：-10～450℃
　　硬度：89.5HRA
　　比重：14.6～15g/cm3
　　抗彎強(qiáng)度：1421MPa
　　碳化鎢的特點(diǎn)是具有較高的硬度和強(qiáng)度，良好的耐磨性、耐高溫性。
　　該機(jī)械密封是集裝式機(jī)封，成套組裝后，放入密封腔，安裝并無(wú)特殊要求。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，先將沖洗液閥門(mén)打開(kāi)，再打開(kāi)介質(zhì)閥門(mén)，然后開(kāi)機(jī)運(yùn)行。由于該機(jī)械密封在選型時(shí)，綜合考慮了上述的條件，因此，使用過(guò)程中是非常簡(jiǎn)單的，僅僅要求保證外沖洗冷卻的延續(xù)性，而且使用效果良好。