1 前言
機械密封(mechanical seal)是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(gòu)彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。
機械密封結(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)原理見圖1）主要由靜止環(huán)（靜環(huán)）
1、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）
2、彈性元件
3、彈簧座
4、緊定螺釘
5、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈
6、靜止環(huán)輔助密封圈
等元件組成，防轉(zhuǎn)銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動。
圖1 機械密封結(jié)構(gòu)原理圖
機械密封具有密封性能可靠、泄漏量小、使用壽命長、功率損耗少和適用范圍廣等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各個技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于高轉(zhuǎn)速、高壓差的工作條件和昂貴或有毒及強腐蝕性的工藝介質(zhì)。同時，機械密封又是設(shè)備的最薄弱環(huán)節(jié)之一。
為延長其使用壽命，除了選擇恰當?shù)哪Σ粮辈牧虾秃线m的端面比壓外，正確的安裝和維修也可起到重要的作用。
本文通過日常檢修的實踐，分析了機械密封失效泄漏的主要原因，總結(jié)出了如何延長機械密封使用壽命的方法。
2 機械密封失效泄漏的原因分析
化工設(shè)備中使用的機械密封種類繁多，型號各異，但主要泄漏點有五處：
①軸套與軸間的密封；
②動環(huán)與軸套間的密封；
③動、靜環(huán)間密封；
④對靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封；
⑤密封端蓋與泵體間的密封。
機械密封中流體可能泄漏的途徑如圖1中的A、B、C、D 四個通道。
2.1 動靜環(huán)端面磨損導(dǎo)致機械密封泄漏
不管哪種類型的機械密封，最主要的特點即密封面為垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，也就是將極易泄漏的軸向密封改為不易泄漏的端面密封。所以，機械密封失效的主要形式是靜、動環(huán)之間的磨損失效。動、靜環(huán)端面摩擦副主要靠彈簧推力來壓緊， 阻止泄漏。動、靜環(huán)壓得越緊越不易泄漏，但其間的摩擦力也隨之增大，動、靜環(huán)接觸端鏡面在較大摩擦力的作用下會很快磨損，最后失效泄漏。
2.2 工藝條件不穩(wěn)定和安裝不良導(dǎo)致機械密封泄漏
工藝條件不穩(wěn)定和安裝不良造成的振動、設(shè)備抽空汽化瞬間斷流都會導(dǎo)致機械密封動靜環(huán)之間的液膜破壞，使機械密封在無潤滑條件下“干態(tài)”運行，密封環(huán)溫度迅速上升，有的直接燒毀，有的當泵恢復(fù)正常工作狀態(tài)時被急劇冷卻，形成熱沖擊而碎裂。沖洗流體與沖洗條件不良也會形成熱沖擊，導(dǎo)致密封環(huán)出現(xiàn)徑向裂紋，加劇動靜環(huán)的磨損失效。同時，當石墨環(huán)超過使用溫度，其表面會析出晶體，在溫度較高的摩擦副附近發(fā)生炭化，其微粒進入摩擦副使動靜環(huán)急劇磨損失效。
2.3 機械密封的密封圈失效也是密封泄漏主要原因
動靜環(huán)密封圈裝配歪斜；與密封圈相配合的軸或軸套表面光潔度不夠，或配合尺寸過小；密封圈與密封介質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，腐蝕變形、老化等，均可導(dǎo)致泄漏。
2.4 裝配不當導(dǎo)致機械密封泄漏
在裝配機械密封前機封組件清洗不潔凈，組件碰傷或劃傷；裝配不到位；彈簧裝偏、緊固螺釘沒緊固；拆卸時損壞等，都是機械密封提前失效的原因。
2.5 機械密封選型設(shè)計不當造成的機封泄漏
由于在化工裝置中工藝介質(zhì)特性的多樣性，機械密封設(shè)計選用不當，使密封端面比壓偏小、偏大或密封材質(zhì)冷縮性較大等，極易使機械密封失效而導(dǎo)致其泄漏。
3 解決措施
根據(jù)上述分析，延長機械密封使用壽命應(yīng)采取以下措施和檢修方法。
3.1 彈簧壓縮量調(diào)整
調(diào)整彈簧的壓縮量就是調(diào)整機械密封的端面比壓，關(guān)系到密封性能及使用壽命的重要參數(shù)，與密封的結(jié)構(gòu)型式、彈簧大小和介質(zhì)壓力有關(guān)。端面比壓過大將損壞摩擦副；比壓過小則易泄漏，往往由廠家給定一個適合的范圍，一般按3～6kg/cm2取值。彈簧的自由長度A，彈簧剛度K（產(chǎn)生單位壓縮量時承受的載荷），規(guī)定要求的比壓P，這些都是廠家給定的參數(shù)。壓縮后尺寸為B，則P/(A-B)=k，得出B=A-P/k，這就是彈簧安裝壓縮后的尺寸。如果彈簧安裝后的尺寸過大，可在彈簧座與彈簧之間增加調(diào)整墊的厚度，尺寸過小則減少調(diào)整的厚度，調(diào)整墊的厚度用千分尺量取。
3.2 動環(huán)密封圈松緊
動環(huán)密封圈過緊有害無益，一是加劇密封圈與軸套間的磨損，過早泄漏；二是增大了動環(huán)軸向調(diào)整、移動的阻力，在工作狀況變化頻繁時無法適時進行調(diào)整；三是彈簧過度疲勞易損壞；四是使動環(huán)密封圈變形，影響密封效果。為保證動環(huán)的浮動性，其內(nèi)徑比軸徑大0.5～1mm，用以補償軸的振動與偏斜，但間隙不能太大，否則會使動環(huán)密封圈卡入而造成機械密封機械性能的破壞。密封圈的松緊程度以涂上潤滑劑后能以一只手用力壓入為準。
3.3 靜環(huán)密封圈松緊
靜環(huán)密封圈基本處于靜止狀態(tài)，相對較緊密封效果會好些，但過緊將導(dǎo)致：一是引起靜環(huán)密封因過度變形，影響密封效果；二是靜環(huán)材質(zhì)以石墨居多，一般較脆，過度受力極易引起碎裂；三是安裝、拆卸困難，極易損壞靜環(huán)。因此，靜環(huán)的內(nèi)徑一般比軸徑大1～2mm ，密封圈的松緊程度以涂上潤滑劑后能以雙手用力壓入為準。手能較輕壓入則太松，雙手用力壓不進則太緊。
3.4 密封新舊拆換
相對而言，使用新機械密封的效果好于舊的，但新機械密封的質(zhì)量或材質(zhì)選擇不當時，配合尺寸誤差較大會影響密封效果。在聚合性和深透性介質(zhì)中，靜環(huán)如無過度磨損（當密封面出現(xiàn)裂紋、掉角、劃痕、麻點、飛邊及偏磨，劃痕、麻點貫穿整個密封端面時稱為過度磨損），還是不更換為好。因為靜環(huán)在靜環(huán)座中長時間處于靜止狀態(tài)，使聚合物和雜質(zhì)沉積為一體，起到了較好的密封作用。
3.5 拆修
機械密封一旦出現(xiàn)泄漏，先不急于拆修，有時密封可能沒有損壞，只需調(diào)整工作狀況或適當調(diào)整密封就可消除泄漏。如調(diào)整彈簧的壓縮量、消除運行設(shè)備的振動、清除使彈簧失彈的水垢及動、靜環(huán)摩擦副上的水垢等。這樣既避免浪費又解決了實際問題同時還可以驗證自己的故障判斷能力，積累維修經(jīng)驗提高檢修質(zhì)量。
3.6 機械密封是精密部件，制造及安裝精度都要求很嚴格，如果裝配不當會影響密封性能，縮短使用壽命，因此必須注意以下要求：
3.6.1 安裝機械密封部位的軸（或軸套）徑向跳動公差按表1。表面粗糙度Ra值應(yīng)不大于3.2um，外徑尺寸公差h6。安裝機械密封的泵或其它類似的旋轉(zhuǎn)式機械在工作時，轉(zhuǎn)子的軸向竄動量不超過0.3mm。密封腔體與密封端蓋結(jié)合的定位端面對軸（或軸套）表面的跳動公差按表1。
表1 軸（或軸套）徑向跳動公差
| 軸（或軸套）外徑 mm |
徑向跳動公差 mm |
| 10～50 |
0.04 |
| >50～120 |
0.06 |
3.6.2 安裝旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈的軸（或軸套）端部應(yīng) 倒角使其圓滑過渡。
3.6.3 安裝機械密封靜環(huán)的密封端蓋（或殼體）的孔的端部符合規(guī)定。密封端蓋（或殼體）與輔助密封圈接觸部位的表面粗糙度。
表2 密封端蓋（或殼體）的孔的端部安裝要求
| 軸（或軸套外徑） mm |
C mm |
| 10～16 |
1.5 |
| >16～48 |
2 |
| >48～75 |
2.5 |
| >75～120 |
3 |
3.6.4 密封零件、軸表面、密封腔體必須清洗干凈，并保證密封端面沖洗液管路暢通。
3.6.5 安裝前，應(yīng)確認產(chǎn)品型號及規(guī)格與設(shè)備要求一致。當輸送介質(zhì)溫度偏高、過低，或有雜質(zhì)顆粒、易燃、易爆、有毒時，必須采取相應(yīng)的阻封、沖洗、冷卻、過濾等措施。
3.6.6 在安裝密封的軸，腔體及壓蓋等與輔助密封圈接觸處均勻涂油（注：對乙丙橡膠、或介質(zhì)不允許注入潤滑油的情況下，可涂抹植物油或肥皂水）。
3.6.7 在安裝密封圈時，不允許涂抹潤滑脂的密封圈禁止涂抹，否則會使密封圈溶脹變大，使機械密封泄漏。
3.6.8 安裝時應(yīng)核對密封安裝尺寸，一般單彈簧密封軸向安裝尺寸最大允差為1.0mm，多彈簧為±0.5mm。
3.6.9 機械密封套上軸，按設(shè)計的工作高度安裝到位。
3.6.10 通孔采用對角線交叉擰緊方式，用螺栓將整個密封與密封腔體（泵蓋）聯(lián)接螺栓擰緊。
3.6.11 密封配有輔助系統(tǒng)時，按標示正確連接管路。
3.6.12 安裝后用手盤動旋轉(zhuǎn)環(huán)，保證靈活轉(zhuǎn)動，并有一定浮動性。然后進行靜壓試驗和動壓試驗后，方可投入使用。
3.7 集裝式機械密封的安裝
對于集裝式機械密封，機械密封出廠時已將機械密封壓縮量調(diào)整完畢，并且進行了機械運轉(zhuǎn)試驗，所以在我們現(xiàn)場安裝時不允許解體機封或者再次重新調(diào)整機封壓縮量。
3.8 波紋管機械密封的安裝
對于波紋管機械密封在安裝前使用煤油對波紋管進行檢漏，確認波紋管完好無泄漏的情況下，方可進行安裝。同時由于波紋管機械密封的波紋管容易破損，在安裝的過程中一定要小心謹慎。
3.9 嚴格工藝操作和工藝指標的控制
在流量調(diào)節(jié)和開停泵時，避免發(fā)生喘振、泵抽空以及沖洗流體斷流等現(xiàn)象。過濾密封介質(zhì)中的雜質(zhì)，合理采用自身平衡沖洗方式或外部強制循環(huán)沖洗方式，改善沖洗冷卻條件，同時加大沖洗系統(tǒng)的限流孔板孔徑，增加沖洗液量，保證沖洗液的供給平穩(wěn)和充足，使機械密封的潤滑和散熱狀況得到改善，防止機械密封因過熱出現(xiàn)燒毀、破裂、裂紋、析出結(jié)晶等現(xiàn)象，延長機械密封的使用壽命。
3.10 機械密封的選型
機械密封在選型時，我們一定要給機械密封制造廠家提供設(shè)備運行的詳細工藝參數(shù)及技術(shù)要求，避免由于所選機械密封不適合現(xiàn)場工況而降低其使用壽命。
4 結(jié)論
綜上所述，只要嚴格按照機械密封的技術(shù)要求進行安裝、維護和使用不僅能達到良好的密封效果，而且還大大延長機械密封的使用壽命。
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