1　機械密封（fēng）簡介

1.1機械密封定義

機械密封是一（yī）種流體旋轉機械的軸封裝置，又叫端麵密封，在國（guó）家有關標準中是這樣定義的（de）“有至少一對垂直於旋轉軸線的端麵在（zài）流體（tǐ）壓力和（hé）補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的（de）配合下保持貼合並相對滑動而構成的（de）防止流體泄漏的裝置。

1.2機械密封的組成及密封原理

機械密封由於（yú）具有（yǒu）泄漏量少和壽（shòu）命長等優點，近年來發（fā）展很快，根據不同（tóng）的工況出現了各種（zhǒng）各樣的結構，但（dàn）無論（lùn）哪種（zhǒng）結構（gòu）都有以下部分組（zǔ）成：第一部分是由動環和靜環組成的密封端麵，有時也稱為摩擦副；第二部分是由彈（dàn）性（xìng）元件（jiàn）為主要零件組成的緩衝補償機（jī）構，其作用（yòng）是是密封（fēng）端麵緊密貼合；第三部分是輔助密（mì）封圈，其中有動環和靜環密封圈；第四部分是（shì）使動環隨軸旋轉的（de）傳動機構。機械密封的構成（chéng）如圖一所示，通過傳動座6和推環（huán）4，帶動動環2旋轉，靜（jìng）環1固定不（bú）動（dòng），依靠介質壓力（lì）和彈簧力使動靜（jìng）環之間的密封端麵緊密貼合，阻止了介質的泄漏。摩擦副表麵磨損後，在彈（dàn）簧5的推動下實現補償。為了（le）防止介質通過動環和軸之間泄漏，裝有動環密封（fēng）圈3；而靜環密封圈7則（zé）阻（zǔ）止了介（jiè）質沿靜環和（hé）壓蓋（gài）8之（zhī）間的泄漏。

圖一 機械密封

2　機械（xiè）密封常見故障

通（tōng）常，機械密封的使用壽命至少為8000-10000小時。在此期間密封環中較軟的一隻（大都用碳-石墨製造（zào））的承磨台首先被磨掉，磨損量在2-3mm之間，這時表麵雖然基本光潔，但因彈簧不（bú）能補償或比壓過低而喪失了密封能力，其他零件基本上無磨損。這種密封失效屬自然磨損，稱（chēng）之為（wéi）老化性（xìng）故障（zhàng）。顯然，這種磨損是不可避免的。在實際工（gōng）作中，有些密封環的磨損量遠沒有達到2-3mm，但其密封（fēng）麵表麵就有了（le）傷痕（不光潔），或其（qí）他零件失效，使其壽命尚未達到上述預計值，通常（cháng）把這種突發（fā）性的故障（zhàng）稱為事故性故障。據（jù）統計，屬於老化性故障的失效約（yuē）占（zhàn）10%-30%，而大（dà）量的（de）則屬於後一種故障。機械密封主要的失效形（xíng）式就是（shì）泄漏，但造成泄漏的原因是多種多樣的，天脊集團高平化工有限公司尿素車間（jiān）自2006年6月投入生產以來，機（jī）械密封出現故障率較高的主要在以下幾個方麵：密（mì）封麵（miàn）磨損、動靜環破裂、動環（huán）不能（néng）補償、O型圈密封失效、彈簧斷裂等，

3　引起機械密（mì）封失（shī）效的主要因素

機械（xiè）密封的密封性是其主要的指標。影響因素很多，其中有密封結構（gòu）、材料、製造、安裝，介質性質及使用等。哪個環節出現了問題，密封性（xìng）都要受到影響。可把這些因素分為密封件本身和（hé）使用（yòng）條件兩大類。密封結構、材料和製造屬於製造廠。而安裝、介質性質和使用等屬於使用條件的範圍，如何正確使用（yòng）取決於用戶自己。

3.1振動

由於製造（zào）和安裝精度等原（yuán）因（yīn），所有的離心泵都存在著振動，所有的密封（fēng）端麵和軸心都存（cún）在一定的垂直度誤差。垂直度誤差使動環（huán）旋轉時產生一軸向擺動。振擺的幅度（dù）取決於誤差的大小，而其頻率則（zé）取決於彈簧剛度及動環組件的質量，與泵的轉速無關。

泵的振動原因很多，振動原因主要（yào）為轉子不平衡，也有其它原因。例如：泵和電（diàn）機振正不佳，軸承故障、地腳螺栓鬆動等。振動原因不同振動頻率也不（bú）同，絕大多（duō）數泵振動頻率等同於工作轉速，而振動幅度差別很大，從軸承箱表麵測到的振幅不能大（dà）於0.06mm，超過該值就要停泵處理，振動可分（fèn）解（jiě）為三個方向，即垂直、水平和（hé）軸向，其中以軸向振動（dòng）對密封的危害。大多數工藝流程泵的轉（zhuǎn）速在（zài）2950r/min左右（yòu），由於密封的追（zhuī）隨性較差，泵的振動加劇了動靜環的分離，瞬間的分離（lí）在液膜壓力作用下使（shǐ）密封麵開啟，出現大量泄露，如果摩（mó）擦副（fù）附近存在固體顆粒，進入密封端麵（miàn）間會導致密封端麵損壞，從而使機械（xiè）密（mì）封失效。

3.2抽空和汽蝕

故障發生時（shí）正常工作的離（lí）心泵出口壓力大幅度下降並激（jī）烈的波動通稱抽空（kōng），這時泵（bèng）內出現氣化現象，離心泵啟動前沒灌泵、進空氣、液體不滿或介質大量汽化，這種情況下啟動或者運轉離心泵必然抽空，表現在性能上是出口壓力趨近於零或接近泵的入口（kǒu）壓（yā）力，此時機械密封處於幹或（huò）半幹摩擦狀態，常出現的失效形式有（yǒu）：

a.石墨環表麵出現深而粗（cū）的環狀溝紋。

b.硬環用1Cr13表麵堆焊硬質（zhì）合金或噴塗陶瓷時出現徑向裂紋。

c.硬環用碳化鎢（wū）硬（yìng）質合金（jīn）時，出（chū）現環狀溝紋，有時出現徑向（xiàng）裂紋或斷裂。

d.動、靜環密封圈變質（zhì），如橡膠圈老化、龜裂。

e.熱裝式密封環硬質合金環鬆脫。

正在運轉的（de）泵由於葉輪的低壓區氣體氣化或氣體溢出，流至高壓（yā）區時而產生凝聚（jù），這種迅速進行的氣化凝（níng）聚現象稱為（wéi）氣蝕，其特點（diǎn）是運轉中（zhōng）產生激烈地水力衝擊（jī），表現在性能上是出口壓（yā）力有較（jiào）大幅度的激烈波動，泵振動加大，能產生抱 軸和斷軸之類的惡性事故，對密封也有損壞，其程度視汽蝕能量和持續時間而不同，密封腔中摩擦（cā）副（fù）處介質溫度較高，其中部分組分汽化，流至低溫區又凝聚。這也（yě）具備了產生蝕的條件，出現激烈地（dì）水（shuǐ）力衝擊，帶動密（mì）封做迅速的軸向運動，可使動（dòng）、靜環及輔助密（mì）封圈等零件嚴重的損壞，密（mì）封（fēng）性遭到（dào）破壞（huài），若泵出現汽蝕現象，機封損（sǔn）壞一般以下形式：

a.靜環離位或防轉銷打彎。

b.動（dòng）環被“抽”到傳動座中被卡（kǎ）住，彈簧失去作用。

c.摩（mó）擦副有一件用（yòng）脆性材料（liào）製造進（如碳化矽），在密封端麵（miàn）上因“敲擊”而出（chū）現片（piàn）狀剝落。

3.3載荷係（xì）數與彈簧比的確定;

密封流體壓力（lì）作（zuò）用在補償環上（例如機封動環），使其對（duì）於非補償環（例如機封靜環），趨（qū）於閉合的有效作用（yòng）麵積與密封環帶麵（miàn）積（jī）之比稱為載荷係數。載荷係數對機械密封的密（mì）封性及使用壽命可靠性（xìng）等有很大影響，從密封（fēng）性密封角度考（kǎo）慮希望載荷係數大一些，可得到較高的比壓（yā），密封的穩定性（xìng）和（hé）可（kě）靠（kào）都比較好。但（dàn）是載荷係數大產生的摩擦熱較大，如不能及時（shí）散去使密封麵溫度過高，當達到介質氣化溫度時將發生氣化，液膜破壞，磨損加大，使用壽（shòu）命短。

彈簧比壓（yā）就是單位密封端麵的彈簧力，單位是MPa，計算方法是（shì）總的彈簧力除以密封端在的麵積，彈簧比壓是促使密封端（duān）麵貼合的重要因（yīn）素，當泵在停車與啟動（dòng）時壓力（lì）較低，或密封腔中正常工作壓力（lì）低，或工作中壓力出（chū）現較大波動時,彈簧比（bǐ）壓就成為端（duān）麵比壓的主要組成部分。彈簧比壓的大小要根據密封結構、工作條（tiáo）件（jiàn）、介質性質和載荷係數等綜合考（kǎo）慮，彈簧比（bǐ）壓大了有利於密封（fēng）端麵貼合，改善追隨性，增強密封穩定性，若（ruò）過大則摩擦熱量大，功率消耗（hào）增加，使用壽命縮短，彈簧比壓過小，泄露量大，密封穩定性差。

因此，在機械密封的使用選（xuǎn）型過程中，載荷係數與（yǔ）彈（dàn）簧比壓的確定是保（bǎo）證機械密封（fēng）長期穩定運行的一（yī）個十分重要的因素。

3.4輔助密封圈：

機械密（mì）封（fēng）的輔（fǔ）助密封圈包括動環密封圈和靜環密（mì）封圈。根據其作用要求輔助密封圈材料具有良好的彈性，低的摩擦係數，能耐介質的腐蝕溶解和溶脹，耐老化，在壓縮（suō）之後及長（zhǎng）期工作中不較小的永久變形，在高溫下使用具有（yǒu）不（bú）粘著性，低溫下（xià）不硬脆而（ér）失去彈性（xìng），具有一定的強度和抗壓性，另外，要求來源方便（biàn），成本低廉些。

根據泵（bèng）內流體的物理特（tè）性，應選擇合適的密（mì）封材料，密封材料選擇的（de）合適與否將直接影（yǐng）響機（jī）械密封的使用壽命。

3.5其（qí）它

造成機械密封失效的原因有很（hěn）多，有機械密封本身的原因（yīn），也有（yǒu）安裝和使用方麵的原（yuán）因（yīn），表二對（duì）造成機械密封失效的原因進行了（le）匯總。

4　實例

4.1廢（fèi）液泵（位號（hào）：P06413，介（jiè）質：解析廢液，溫度：70℃左右，平（píng）時2開（kāi）2備），該泵在運行過程中（zhōng）由於介質溫度（dù）較高，介質組分為多組分混合（hé）液體，部分組分在該溫度下經常性（xìng）發生（shēng）汽化，導致該泵（bèng）在運行過程中經常發生汽蝕，泵振動（dòng）增大，噪音高。據統計該泵（bèng）平均每4個月機（jī）械密封更換一次，機（jī）械密封在拆出檢查時發現存在密封麵片狀脫落，靜環破損現象。

4.2回流泵（位號（hào）：P06412，介質：30-40%甲胺液，溫度：50-60℃，平時2開2備），在2011年4月11日至6月17日僅67天（tiān）之（zhī）間，就頻繁（fán）更換機械密封達7次，對生產造成了一定影響，每次機械密封發生泄漏後拆開檢查時，發現機械密封動、靜（jìng）環及補償（cháng）彈簧等均完好，而動環、靜環密封圈（quān）嚴重老化，失去彈性。後通過檢查記錄報表分析確定該泵每次機械密封失（shī）效前，泵入口液（yè）位均出現過偏低現象，泵在（zài）短（duǎn）時間內（nèi）存在抽空現象。

4.3高壓（yā）洗（xǐ）滌器循環水泵（位（wèi）號：P06402，介質：普通（tōng）調（diào）溫水（shuǐ），溫度：130℃左右）和低壓（yā）冷（lěng）凝（níng）器循環水（shuǐ）泵（bèng）（位號（hào）P06403，介質：普通調溫水，溫（wēn）度：130℃左右），機械密（mì）封泄漏一般發生在倒泵過程中，機（jī）械密封拆開後，動（dòng）靜環密封麵完好，但是彈簧發生了卡（kǎ）澀，軸套部（bù）分麻（má）坑（kēng）較多，後將該泵軸套由碳鋼改為304材質不（bú）鏽鋼且（qiě）表麵做硬（yìng）質處（chù）理後，該泵在倒泵過程（chéng）中出（chū）現機械（xiè）密封泄漏的故障明顯減少。

5　優（yōu）化操作

在實際生產過程中（zhōng），以離心泵為（wéi）例，分（fèn）析優化操作對機械密（mì）封長周（zhōu）期使用（yòng）的影響和作用。

5.1 試車前準備工（gōng）作

① 檢查泵的各連（lián）接螺栓及地腳螺栓是否有鬆動現象。

② 檢（jiǎn）查軸承箱（xiāng）潤滑（huá）油位是（shì）否正常，是否有漏油現象。

③ 盤車，檢查泵是否有卡澀現（xiàn）象。

④ 檢查泵的進出口壓力表是否完好。

⑤ 檢（jiǎn）查泵的安全護罩（zhào）等是否完好。

⑥ 將泵內（nèi）充（chōng）滿液體，排除泵內氣體，檢（jiǎn）查（chá）機械密封是否泄漏。

5.2 試車

① 電機電動實驗（yàn），檢查電機轉動方向是否正確。

② 打開進口閥，啟動電機，打開出口閥，避免軸承溫度過高，損壞機械密（mì）封。

③負荷試車應（yīng）符合以下（xià）要求：機械密封無泄漏；運行平穩，無雜音；潤滑、冷卻係統均正（zhèng）常；流量（liàng）、壓力平穩無波動；電流（liú）不超過額定值。

5.3正常運行

① 泵啟動後若有輕微泄漏現象，則先觀察一段時間，如（rú）果連續運轉4 小時，泄（xiè）漏量（liàng）仍不減（jiǎn）小，停泵檢查。

② 泵（bèng）的操作壓力應平穩，壓力波動不大於0.1MPa。

③ 運轉中（zhōng）避免發生抽空現象（xiàng），以避（bì）免造（zào）成機械（xiè）密封損壞（huài）。

④ 確保冷卻水及密封水暢通。

⑤ 發現設備（bèi）有不正常情況應立即停泵檢查原因。

6　總結

綜上所訴，機械密（mì）封的長周（zhōu）期（qī）運行要從零件的加工精度、選材以及安裝、維修、使用等方麵入手進行改進（jìn），同時應不斷提高操作人（rén）員（yuán）的現場操作水平，以確保機械密封使用的穩定性和長期性。

（來源：中國（guó）通用機械工業協會泵業（yè）分會）