含雜質有顆粒泵用機械密封的選用
時間：2013/9/27 來源：浙江揚子江泵業(yè)有限公司
隨著工業(yè)的發(fā)展，用泵輸送含雜質的介質日益增多。傳統(tǒng)上這類泵習慣用填料密封。近幾年來，由于其泄漏量大，導致能耗與維修費不斷升高，環(huán)境污染日益嚴重，因而采用機械密封的趨勢增強。顯然，這是因為經特殊設計的機械密封可以滿足泄漏量小、能耗低、壽命長，以及合適的價格等要求。
一、分類
雜質介質可以大致分類如下：
1. 按物理性質分類
(1) 溶解性顆粒介質，如各種鹽溶液、熔融尿素、糖溶液、染色體、藥液等。這類介質會因溫度變化而析出結晶或生成凝固物。
(2) 非溶解性顆粒介質，如礦渣液、含砂石的水、煤漿、鉆井漿等。
(3) 纖維漿料介質，如糞便、紙漿液、纖維漿液等。其纖維質量輕，在液體中多呈懸浮狀態(tài)。
2. 按流變學分類
(1) 賓厄姆流體如油漆、瀝青、粘土泥等。
(2) 假塑膠流體如高分子物的溶液及熔融液、淀粉漿、纖維酯、玻璃溶液等。
(3) 膨脹流體如淀粉加水、云母加水的物質，適當比例的泥砂和水的混合物等。
二、機械密封設計要點
對含雜質介質，選用普通單端面機械密封會出現(xiàn)下列問題：
(1) 摩擦副端面早期磨損。
(2) 造成滑動補償機構堵塞，不能作軸向位移。
(3) 堵塞加載機構，使彈性元件失效。
(4) 造成旋轉組件的磨損。
為解決上述問題，需要詳細了解被密封介質的特性和操作條件，并進行專門設計，從設計上確保其結構、材料或密封系統(tǒng)都能符合要求。
1. 結構特點，在設計時，應采用防止雜質顆粒堵塞的結構，如外裝式機械密封;采用內裝密封時，應將彈簧與介質隔離。
一般情況下，應優(yōu)先考慮采用單端面機械密封，因為它費用低，占用空間位置小。但在以下場合必須采用雙端面機械密封：
(1) 固體含量超過10wt%.
(2) 高度濃縮的介質。
(3) 有危險性及有毒介質
(4) 為避免在強腐蝕介質中使用昂貴的材料等。
2. 摩擦副材料當結構設計和循環(huán)系統(tǒng)不能完全提供對密封的保護時，所選用的摩擦副材料的硬度必須高于磨粒的硬度。通常選用抗磨粒磨損性能好的材料組隊，如硬質合金對硬質合金，碳化硅對硬質合金，碳化硼對硬質合金。采用雙端面機械密封時，大氣側的端面材料可與普通機械密封所用材料相同。
3. 密封系統(tǒng)采用單端面機械密封時，為了避免顆粒雜質的危害，須根據不同情況分別采取沖洗、過濾、分離、隔離、保溫和加熱等措施。
采用雙端面機械密封時，要求封液在密封腔內建立壓力，進行封堵、潤滑和冷卻循環(huán)。
三、 各類雜質介質用典型機械密封裝置
以下從結構、摩擦副和密封系統(tǒng)三方面對國內外典型機械密封裝置進行介紹與分析。
1.渣漿泵和泥漿泵用密封在工業(yè)生產的各個領域中，渣漿泵和泥漿泵的使用條件都非常苛刻。密封裝置所遇到的突出問題是磨損與堵塞以及腐蝕問題。介質中固體顆粒越硬，棱角越尖，顆粒越細，溫度或壓力越高，其危害性也越大。密封的可靠性與壽命取決于工況環(huán)境，而環(huán)境是可以通過密封系統(tǒng)技術加以改變的，因此，應因地制宜改善密封運行條件。其措施包括固體物的隔離、分離，溫度調節(jié)以及采用清潔的沖洗液注入密封界面。以下用實例加以說明。
(1)單端面密封一般簡單的單端面密封裝置都有清潔的沖洗液體作用在密封的界面上。沖洗液的可靠性和質量是密封成敗的關鍵。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5-12和圖5-13為兩種結構基本近似的隔離、沖洗系統(tǒng)。從圖5-12中可以看出，在正常操作條件下，當沖洗液進入密封腔時，橡膠、金屬擋板阻擋沖洗液進入工藝介質中。
圖5-13采用了唇形密封和一個橡膠節(jié)流套。采用這兩種措施后，密封腔內均不受漿料的侵襲�？刂茮_洗液的流量十分重要。泵送液不允許過量稀釋，因為漿料趨于采用低轉速，通常沖洗液流量不超過2L/min便可滿足密封的需要。圖中的流量計是用來顯示在沒有過量泄漏情況下流入密封腔的實際流量，以免過大的消耗沖洗液。
如果偶然發(fā)生沖洗液不足或中斷的現(xiàn)象，單向閥會自動關閉。圖5-12中所示摩擦環(huán)便承載介質端流體的負荷，從而切斷了被密封介質進入密封腔，因此可為密封提供保護。
圖5-13所示密封裝置的工作方式與上述類似。在正常的工作條件下，T形的唇形密封被壓向機械密封的一側，當內唇口(與噴涂陶瓷軸套)產生磨損后，則唇形圈的端部貼向軸套臺肩端面，其作用猶如止逆閥一樣。
上述兩實例中，沖洗液被存于密封腔中，以阻止介質進入腔內。如果系統(tǒng)中安裝有壓力開關與報警器(聲或光報警器)，一旦密封腔內沖洗液壓力下降，或輸送的顆粒介質進入封腔時，可迅速停滯運轉，機械密封將不會受到損壞。
沖洗液一般是用水，但也可以根據不同的需要，進行適當的選擇。對于高濃度的礦物渣漿液來說，理想的沖洗液當然是潔凈的水。當不可能獲得清潔液時，可用旋液分離器將泵送的流體通過離心分離處理，如圖5-14所示。泵的出口和旋液分離器間有聯(lián)接管線，清潔液管線從分離器的頂部連接密封腔，污液管從分離器的底部連接泵的吸入口回到泵內。旋液分離器的捕集性能很好，對3μm的粒子，85%可被捕集;對20μm的粒子，幾何100%被捕集，而不存在堵塞的危險。
圖5-15所示密封裝置是專為“揚子江”提水灌溉工程用TGB1400-32/2490貫流泵潛水電機(潛水深度5.4～8.4m)專門設計的。它安裝在電機軸承和葉輪中間軸上，以防止長江水進入電機軸承，保證貫流泵的正常運行。其技術數據為：
葉輪直徑：φ2.3m
軸徑：φ371㎜
轉速：187.5r/min
揚程：5.5m
流量：21m3/s
介質：長江水(含泥沙)
壓力：85KPa
壽命：一年(按每天連續(xù)運轉12h計算，累計時間為4000h)
該密封裝置由機械密封和停機密封以及循環(huán)控制系統(tǒng)所組成。
機械密封為一徑向雙端面機械密封。摩擦副由硬質合金作非補償環(huán)與加固橡膠(533橡膠)補償環(huán)組隊;封液通過非補償環(huán)上的孔進入旋轉環(huán)的環(huán)形溝槽而形成密封腔;加載機構由彈簧和橡膠波紋管共同組成。
事故停車密封為一橡膠氣胎密封，當機械密封失效泄漏則被自動充氣，將停止轉動的主軸抱住，這樣就能防止江水漏入電機。從而避免電機損壞。
封液循環(huán)的氣源控制系統(tǒng)流程如圖5-16所示，控制程序見框圖5-17.封液壓力為0.15MPa,停車密封壓力<0.2MPa，當氣胎內壓達到0.25MPa時，便自動停止充氣。
5-18所示為法國AlnminumPechiney工廠試驗部針對鋁土礦、氫氧化鋁懸浮液設計的GPA型機械密封。它廣泛用于制鋁業(yè)、粉末冶金業(yè)及污水工程、采礦等領域。
GPA密封的主要特點是不需要沖洗。輔助密封圈由合成橡膠或聚四氟乙烯包覆金屬膜片構成，能補償旋轉環(huán)的磨損和調節(jié)與軸的垂直度偏差。彈簧比壓可以由軸套尾部的緊固螺母通過螺紋任意調節(jié)。密封腔流道很寬，與介質接觸的密封元件無狹小間隙，不會產生阻塞故障。摩擦環(huán)采用硬質合金組隊，其結構簡單，安裝方便。
圖5-19所示為荷蘭IHC(荷蘭礦物技術學會)研究開發(fā)的吸揚式挖泥船高壓夾壁泥漿泵用密封。
吸揚式挖泥船挖掘大深度為26m.夾壁泥漿漿液的壓力可高達2.5MPa。泵送介質是帶沙石泥漿水，具有腐蝕性。在如此苛刻條件下工作的機械密封仍具有較高的線速度(軸徑為240㎜)
該密封裝置由旋轉式、平衡型機械密封和唇形密封構成。設有沖洗潤滑系統(tǒng)及陰極防腐蝕裝置。唇形密封用以隔離沖洗流體與被密封介質。該機械密封的載荷系數為0.7，沖洗流量為3m3/h。
(2)雙端面密封
雙端面密封可靠性高，雖然首次安裝費用較高，但可從使用壽命長中得到補償。
采用兩套單端面密封相背布置，如圖5-20所示。在兩組密封之間形成密封腔，腔內注入流體，流體的壓力應比被密封介質的壓力高0.1MPa以上。圖中的封液循環(huán)是利用熱虹吸現(xiàn)象來實現(xiàn)的。熱虹吸系統(tǒng)的設計，廣泛用于雙端面機械密封。熱虹吸容器必須按壓力容器規(guī)范制造與檢驗。該容器用作封液的儲存并進行冷卻，以及利用氣體對封液加壓。有帶冷卻盤管和不帶冷卻盤管兩種設計。
圖5-21所示的串聯(lián)機械由兩套同向不致的單端面密封組成。隔離流體的壓力一般不高于介質壓力，這樣即可使介質側的第一道密封形成合理的壓差，又可使大氣側的第二道密封的負荷降低。若采用較高的壓力，勢必使位于介質側的密封受一推開力，顆粒有可能趁機進入隔離流體，同時又使大氣側第二道密封的壓力載荷上升。因此，在串聯(lián)式雙端面密封中，隔離流體壓力高于被密封的介質壓力是有害無益的。介質壓力大于隔離流體壓力可使密封面緊貼，防止密封介質入侵。由圖可見，當第一套密封失效時，位于大氣側的密封還能維持一定時間的密封作用，直到機泵安全停車。
大多數雙端面密封組隊材料的選擇易標準化。在實際使用中，位于介質端的摩擦副使用硬質合金組隊，或碳化硅組隊;位于大氣端的選用碳石墨與鎳鎘鋼組隊。
3. 造紙廠泵用密封抽送紙漿的泵有柱塞泵、離心泵和轉子泵等。多年來，離心泵已取代了大多數柱塞泵。柱塞泵僅在小排量、高壓下使用。
過去，在紙漿和造紙生產中，都是采用傳統(tǒng)的填料密封來限制或盡量減少泵的泄漏。使用填料密封較方便，但是泄漏量大，運行費用高，其中包括密封成本、水費、維修費、熱損失費、冷凝水損失費，電費等。后五項費用是填料密封不經濟的主要原因。目前，機械密封已被許多造紙廠家所接受，越來越多地用以替換原有的填料密封。實踐證明其經濟效益和社會效益十分顯著。但造紙工業(yè)應用機械密封的進展仍較慢，其主要原因是造紙工藝的條件惡劣，所涉及的磨蝕介質有泥漿、白水、黑液、腐蝕劑和紙漿料等。機械密封用于上述場合并非一切都很理想，必須對機械密封進行特殊設計或正確的選用才能達到預期效果。
以下對裝備有完整漂白設備的造紙廠用機械密封加以敘述。
(1)紙漿泵密封稀濃度紙漿泵(濃度在0.15%以下)可采用圖5-22所示的密封裝置，該密封的主要特點是：
1)橡膠波紋管式機械密封對纖維的積聚不敏感;密封面磨損后可通過流體壓力和彈簧載荷作用于波紋管的位移來補償;與軸無摩擦接觸，是一個自由的撓性元件。
2)采用單個大彈簧，旋轉時能產生附加渦流，不易被阻塞。
3)大氣端采用兩個柔性石墨填料密封圈來阻止隔離冷卻沖洗水向大氣端泄漏。
4)葉輪背后附近的密封腔是敞開的，因而密封件可以靈活的拆卸。
中等濃度的紙漿泵可采用圖5-23所示的雙端面機械密封。封液在雙端面之間進行循環(huán)、冷卻。內側密封可看成是一套外裝單端面密封，它阻止泵送介質向密封腔泄漏。外側密封可看成是一套內裝單端面密封，它阻止封液向大氣側泄漏。封液有較高的壓力是為內側密封界面上提供潔凈液膜所必須的。這類密封還可有效地運用于污水、硫酸鹽和白液泵中。高濃度紙漿泵可采用圖5-24所示的組合密封裝置。該密封裝置在密封腔喉部設置一個聚四氟乙烯唇形密封。大氣端裝以內裝式機械密封。唇形密封用意阻止纖維、雜質進入密封腔。腔內的冷卻沖洗液為低壓低流速的水。
(2)黑液泵密封在硫酸鹽化學紙漿工藝中所用的大量化學藥品需要回收重復使用。所謂黑液是從褐色原料洗滌器內的漿液分離出來的廢硫酸鹽煮液。淡的黑液中含有15%～25%的固體顆粒、纖維和已溶解的化學物質，PH值大約為10.這種液體在多效蒸發(fā)器內濃縮，并且終在再生爐內燃燒，用以產生蒸汽，作為工廠的動力。由再生爐底收集的化學品再用于煮液中。
當淡的黑液在多效蒸發(fā)器中濃縮，固體含量增高時，液體具有較高的粘度。從后一效蒸發(fā)器內得到的液體含有近50%的固體，液體粘度將增大到(15～37)×10-3Pa.s.在蒸發(fā)時，操作溫度為93～104℃.
在蒸發(fā)器內的水蒸發(fā)后，液體中的固體含量增加，可達50%，因此，應避免填料密封或普通機械密封所必須的沖洗水進入蒸發(fā)系統(tǒng)，從而大大提高蒸發(fā)效率。
圖5-25所示為具有旁路沖洗的單端面內內裝式機械密封及系統(tǒng)。它適用于含固體顆粒纖維濃度不大于25%的場合。
該密封不用沖洗水，而是利用泵送介質引入蒸汽管線進行沖洗循環(huán)，排除了沖洗水通過泵進入蒸發(fā)器系統(tǒng)稀釋液體的可能性。密封為平衡型，采用單端面，彈簧被封閉，以防止阻塞。摩擦副用硬質合金組隊。如圖5-25所示，其非補償環(huán)可以利用填料壓蓋夾持，便于將填料密封改為機械密封。
在圖5-25密封腔底部的徑向間隙至少加大到5㎜，且旁通管與密封壓蓋連接處的連接管內徑不小于12㎜，以保證液體介質正常流入密封腔。
來自貯槽的黑液含有50%的固體，尚未濃縮到足以在再燒爐內燃燒的程度。因此需要 更多的直聯(lián)蒸發(fā)器或階式蒸發(fā)器加以濃縮。燃燒段的終產物是固體含量在70%以上的黑液，并且在加入硫酸鈉后，其粘度能達14×10-1Pa.s，液體溫度必須保持在110℃左右才能保證流動和維持再生爐的佳燃燒狀態(tài)。如果出現(xiàn)冷卻，則燃燒段的黑液將會凝結。
濃黑液中的高含量固體給機械密封在循環(huán)泵上的使用帶來了很大的困難。但采用圖5-26所示具有蒸汽沖洗的外裝式單端面機械密封能解決其軸封問題。
適量蒸汽沖洗密封所形成的冷凝液對增加泵的負荷是很小的。它的優(yōu)點是增加液體的熱量而不冷卻降溫。在絕大多數工廠中，低壓蒸汽來源充足，且易于控制壓力和流量。注入的蒸汽應比介質壓力高出0.05～0.1MPa。密封腔內用一金屬套以減少腔體的容積和增強蒸汽的沖洗作用。循環(huán)冷卻說通過壓蓋到達密封的界面上，以便冷凝密封面間的蒸汽，為滑動面提供潤滑。端面材料使用硬質合金與硬質碳石墨組隊。
(4) 白液泵密封在漂白過程中，漂白劑在纖維素纖維的處理和漂白中起著特殊的作用。如果漂白劑中注入沖洗水，會使漂白劑的濃度降低，化學成分發(fā)生變化，這不僅會影響工藝流程的正常進行，還將對管道和設備產生很強的腐蝕。
漂白劑泵用機械密封的關鍵之一是材料的選擇。例如，在Na2CO3溶液中，若材料選用不當會導致密封件因腐蝕而失效。與壽命有關的另一個關鍵因素是，當溫度不穩(wěn)定時，其中某種漂白劑溶液會產生鹽析結晶。這種結晶沉淀物腐蝕性極強，對密封端面的危害很大，而且還容易使密封產生阻塞故障。
圖5-27所示為用于漂白劑泵的單端面機械密封。其特點是：多彈簧置于密封腔外，不受堵塞、腐蝕的影響;當密封端面磨損時，補償環(huán)相對于輔助密封圈朝潔凈的密封區(qū)位移;補償環(huán)與軸不接觸，無磨損卡滯故障。補償環(huán)之間的密封圈為以特制的聚四氟乙烯唇形圈包覆橡膠O形圈。其優(yōu)點是，既具有聚四氟乙烯優(yōu)良的耐腐蝕性，又具有橡膠圈原有的柔性和彈性。聚四氟乙烯摩擦阻力小，橡膠圈的高彈力特性用以克服聚四氟乙烯的蠕變。
圖5-28是在上述單端面機械密封基礎上發(fā)展起來的雙端面機械密封，使用效果很好。其特點在于：密封介質或隔離流體壓力發(fā)生變化時，端面比壓卻變化不大。圖5-29為該密封的受力分析圖。圖5-29A、B中，F(xiàn)2是介質作用在補償環(huán)有效面積上的力;由有效面積A2可決定F2的大小;F1則為介質壓力F2產生的液膜反力，通常設計成F2略大于F1。圖5-29C中，f3是隔離流體作用于A3面積上產生的力，使密封緊密貼合;f3是隔離流體作用于A3面積上產生的力，使密封緊密貼合;f1是f3產生的反力。面積A1、A2、A3決定了密封面的比壓。通常設計時應使f3略大于f1.
這種雙端面機械密封的浮動性極好。圖5-30表示在高速運轉中的狀態(tài)，盡管泵軸產生了大撓曲，其密封端面仍能緊密貼合而不會咬死和泄漏。
以上介紹的白液泵所用機械密封還可廣泛地用于其它化工流程泵。
4. 污水泵用密封城市或工業(yè)區(qū)的廢水常用污水泵排入污水池中進行凈化消毒，泵送介質的組成相當復雜，如含有泥沙、不溶的無機鹽、酸或堿、膠狀物、脂肪渣和纖維等。污水泵用機械密封必須可靠、耐腐蝕、并具有抗堵塞與抗磨損的功能。一般采用清水沖洗密封是有效的。但在下水道用污水泵中，若不具備水沖洗條件時，可采用機油供油潤滑的密封裝置，如圖5-31、圖5-32所示。在設計時應注意下列問題：
(1) 為保證循環(huán)管線的暢通，循環(huán)管線的管徑應盡可能大，內徑不得小于19㎜(3/4〝),同時盡量減少彎頭，中間不應裝過濾器和閥門。
(2) 循環(huán)管線的位置好設在葉輪背面的機殼處，以便利用葉輪的離心力作用排除大量的固體沉淀物。
(3) 密封腔內不應有其它阻礙物，若泵上安裝有節(jié)流套，應拆除。
(4) 就立式泵而言，須在密封腔的適當位置上設排氣孔，以確保密封面處于液相介質中。
(5) 對于供油的固定油箱，應裝在機械密封的大氣端，并配置唇形油封。
(6) 要優(yōu)先采用防阻塞性能好的橡膠波紋管機械密封。
(7) 密封與密封腔內徑之間應有足夠間隙。這樣，循環(huán)液有自由流動的通道，可保障密封不受沖蝕。
根據下水道設施所使用的泵和處理介質的不同，將各種典型機械密封的結構特征介紹如下：
(1) 大型斜流泵、軸流泵用機械密封為保護浸沒式軸承(指水中軸承)需設置的密封密封，分油潤滑式和水潤滑式兩種。
圖5-33、圖5-34分別為斜流泵與軸流泵所用的具有代表性的機械密封。其主要結構特征如下：
1) 滑動端面的外側裝防護罩，防止水中纖維狀雜質影響轉動部件運行，
2) 多彈簧全部安裝在清潔的潤滑液中，同時設置唇形密封圈以防止污物進入其間，避免彈簧內積污和影響密封的浮動、追隨性。
3) 滑動端面采用抗磨粒磨損的硬質合金組隊，或用硬質合金與銅合金組隊。
4) 旋轉環(huán)和補償環(huán)采用合成橡膠作輔助密封圈。圖5-34是采用合成橡膠制成的U形圈作補償環(huán)的保護和限位機構。這種三重緩沖機構的緩沖機能很好。當泵抽吸含有較大固體物的污水而發(fā)生振動時，對滑動端面的沖擊趨于緩和。
5) 采用靜止型結構能保持穩(wěn)定的密封性能，特別是大軸徑的泵。多彈簧可使端面預載荷均勻分布。
圖5-35和圖5-36所示分別為大型軸流泵和大型雙吸式離心泵用剖分式機械密封。盡管采用了剖分式結構，經特殊設計，精密的加工，其泄漏量能控制在整體結構相近的程度。其主要特征如下：
1) 補償環(huán)端面開有溝槽，槽內注入清潔水后形成一個具有壓差的貯水槽，可起到封堵作用，確保密封端面在負壓工況呀也不會出現(xiàn)干摩擦。
2) 彈簧等組件安裝在泵殼之外，因此不會發(fā)生堵塞故障。
3) 從外部可以直接觀察到滑動端面的磨損情況。
4) 不磨損泵軸，更換極為方便。對原來使用壓蓋填料密封的泵特別適用。
5. 潛水、潛油泵用密封潛水泵是30年代發(fā)展起來的一種機泵合一的提水機械。近年來，隨著地下水資源大規(guī)模的開發(fā)利用，造成地下水位普遍下降，使?jié)撍姳孟蛏罹较虬l(fā)展。
潛油泵是應油田開發(fā)而發(fā)展起來的，主要用于油田開采后期的強采。
潛水、潛油泵和電機都是裝在機殼內的貫穿軸上，其軸封的作用是防止提升的液體浸入軸承箱及電機。機械密封由于技術的發(fā)展，采用了合理的設計，獲得了優(yōu)異的性能。目前潛水、潛油泵的密封已廣泛采用機械密封
(1) 潛水泵用機械密封圖5-37為YQSY系列充油式潛水電泵的總體結構。充油式潛水泵的主要特點是機內充滿油(25﹟變壓器油)，它即可作電機內部絕緣，又可起密封、潤滑和冷卻作用，并保護電機內部不受水的侵蝕。因為電機潛入水中工作，所以對密封要求特別嚴格。通常各部位的靜密封能做到“零泄漏”。而旋轉軸的機械密封則成為充油式潛水電泵的技術關鍵。對它的要求是：
1) 堅固可靠、耐用，以便長期使用。
2) 提升的水絕不能侵入。為了保證潛水泵長年在井下運轉，避免損壞軸承，燒毀電機，潤滑液的消耗應極少，泄漏量通常限制在0.1mL/h以下。
3) 不僅要適合連續(xù)運轉和間隙運轉的要求，而且還要適合長期停機，偶而開動，或一年只運轉十幾次的情況。
4) 應適應高速、低速和重載工況條件;抗泥沙磨損，抗腐蝕。
圖5-38為 YQSY150A潛水泵用808型機械密封，圖5-39為YQSY200B、YQSY250B潛水泵用782型機械密封。這兩種結構型式的密封具有下述共同的特征：
1) 摩擦副由硬質材料組隊(用鎳基硬質合金與鎳基硬質合金組對)，抗泥沙磨損，抗鹽鹵腐蝕，并采用了端面變形小的結構。
2) 808型為橡膠波紋管密封。而782型采用橡膠O形圈作輔助密封圈，并增加了防震橡膠O形圈，密封的緩沖性能特別優(yōu)異。其材料為氟橡膠。泵送地下熱水時，輔助密封圈不易老化失效。
3) 機械密封外部裝有橡膠防砂環(huán)，以免砂粒侵入密封。
4) 電機下部裝有保壓補油和貧油信號保護裝置。保壓裝置由油缸、橡皮一油囊、彈簧和托盤等組成。其作用是，依靠油囊和彈簧壓力來維持電機內部油壓大于外部水壓0.02～0.03MPa，防止井水侵入，而且腔內壓差與電泵下潛的深度無關(因為水壓將傳遞給油囊)，始終保持電機內部油壓略高于水壓，以保證泄漏的方向從油到水，并不斷地自動補油。這樣既有利于密封面間的潤滑，又可起到吸熱作用，因為電機、密封在運轉中發(fā)熱，機內的油必然要產生熱膨脹。在電機工作中，若內部進水或油量消耗到規(guī)定界限時，貧油信號裝置會給出指令自動切斷電源，保護電機。貧油保護結構原理如圖5-40所示。
(2)潛油泵密封 潛油泵是近幾年來出現(xiàn)的新型采油設備。它適用于大排量(8000m3/d)、特深井(3000m)和海上油田的斜井等場合。
潛油泵機械密封是從油井套管中潛入上千米的油層，以密封油、水、氣三相混合物。由于下井、提井一次的費用高達萬余元，并影響采油，因此要求有可靠的壽命和密封性能：泄漏量不大于0.11mL/h，壽命1.5a以上。
其運行工況大致為：密封介質含硫化氫和其它腐蝕性組分(PH8.5～9)和泥沙粒子的油、水、氣壓力0.7～1.20MPa(絕壓);溫度50～120℃;轉速2950r/min.
潛油泵所用典型的機械密封(圖5-41)為三級橡膠波紋管型機械密封，其上部為單端面機械密封，下部為雙端面機械密封，見圖5-42，圖5-43，其結構特點是通過輔助裝置把油井壓力通過中間介質傳遞到各腔。第一腔內為油井壓力，油井壓力首先傳遞給U形腔中的惰性氟油，再通過氟油把壓力傳給潤滑腔(第二、第三腔和電機與軸承的第四腔)。這樣便形成了一個互相隔開的連通器，為處于高壓腔中的波紋管機械密封創(chuàng)造了有利于運轉條件，使密封端面內外的壓差△p幾乎為零。當密封出現(xiàn)微量污液泄漏時，由于各腔都與U形腔氟油相通，因此污液將無法穿過高密度的氟油進入清潔的潤滑油腔;盡管可能進入大于氟油密封的顆粒，也只能沉積于U形腔下部，不會進入潤滑油各腔。
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