关于机械密封应用和失效的探讨

摘 要：文章通过解析机械密封的原理和结构，探讨各种材质的性能，达到正确选择机封的应用场所；通过分析机械密封的失效形式，正确判断失效原因，达到及时维修的目的。

关键词：机械密封 构造 选用 失效

随着工业企业流程化、自动化水平的不断提高，设备稳定性、可靠性显得尤为重要。据统计60%机械设备非计划停车事故与密封故障造成泄漏有直接联系，密封性能已成为评定机械产品质量的一个重要指标。随着密封技术水平的不断提高，工业泵用密封正由传统的填料密封向机械密封发展。机械密封技术以其性能可靠、泄漏量少、使用寿命长、功耗低、无需经常检修，应用于冶金、石油、化工企业工业泵中。笔者通过近几年的使用经验，总结出机械密封在工业泵上检修、维护的一些经验，取得了治理泄漏的一些效果

一、机械密封常识机械密封的工作原理

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

二、机械密封的构造

如上图，一般机械密封由1静环、2动环、3弹簧、4弹簧座、5紧定螺钉、6动环密封圈和8静环密封圈等元件组成，7防转销固定在9压盖上以防止静止环转动；A、B、C、D-通道。

机械密封中流体可能泄漏的途径有4种，如图所示： A、B、C、D 4个通道。其中C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖于壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封。但端面磨损时，它仅能随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯材料及金属波纹管的结构。A通道则是旋转环与静止环的断面彼此结合作相对滑动的动密封。因此，对密封端面的加工要求很高（平面度为0.0009mm，表面粗糙度：硬环Ra≤0.1μm，软环Ra≤0.2μm）。为了使密封端面间保持必要的油膜，必须严格控制端面上的单位面积压紧力。端面上单位压力过大，不易形成稳定的液膜，会加速断面的磨损。断面上单位压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能有较长的寿命，在安装机械密封时，一定要保持端面单位压力值在最适当的范围内。

三、机械密封的选用

每一种机械密封，只有用于规定的范围内才能有效地发挥作用。选型不当，则会使密封性能显著降低，寿命缩短，甚至失效；选型的主要参数如下：

1.密封腔介质压力P： 介质性好，粘度较高时，P≤0.8MPa选用非平衡型。 介质性差，粘度低时，P≥0.5Mpa

2.线速度V： V≤25m/s选用旋转型。 V≥25m/s时选用静止型。

3.PV值： PV值涉及到密封面之间流体膜的稳定性（汽化）和磨擦副的耐磨性。 PV极限值举例：当介质为水时，钴铬钨合金/石墨，平衡型是7，非平衡型是2； 碳化钨/石墨，平衡型是35.5，非平衡型是9； 碳化硅/石墨，平衡型是142，非平衡型是35.5； 碳化硅/碳化钨，平衡型是26.6，非平衡型是7； 碳化钨/碳化钨， 平衡型是9，非平衡型是2。

4.密封介质温度

在没有外冷条件下，机械密封的最高温度一般取决于辅助密封材料的安全使用温度。丁晴橡胶安全使用温度为-30～100℃，硅橡胶安全使用温度为-40～200℃，乙丙橡胶安全使用温度为-10～160℃，氟橡胶安全使用温度为-30～180℃，聚四氟乙烯安全使用温度为-100～200℃。

5.介质的特殊性

5.1粘度：低粘度介质易于干磨损宜选用平衡型。高粘度介质，宜选用强制传动结构。

5.2腐蚀和化学溶剂：

5.3含悬浮固体颗粒：

动静环材料宜选用碳化钨/碳化钨，碳化硅/碳化硅，当颗粒易于阻塞密封腔时，需采用辅助装置经过过滤或分离后的冲洗液冲洗端面。

5.4剧毒或气体介质，宜采用双端面机械密封。

四、机械密封的失效

1.安装静试时泄漏

机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。

2.试运转时出现的泄漏

泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致；引起摩擦副密封失效的因素主要有：

A.操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离。

B.对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤。

C.动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量。

D.静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座。

E.工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，损伤动、静环密封端面。

F.设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

3.正常运转中突然泄漏

离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的，主要原因如下：

A.抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏。

B.对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效。

C.回流量偏大，导致吸入管侧容器底部沉渣泛起，损坏密封。

D.对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面。

E.介质中腐蚀性、聚合性物质增多。

F.环境温度急剧变化。

G.工况频繁变化或调整。

I.突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大事故或损失，须予以重视并采取优先措施。

五、结束语

在化工设备中，离心泵多数以机械密封为密封形式，了解机封结构和材质性能，正确选择机封才能实现化工连续稳定生产；当密封失效后，正确判断失效原因，才能更快的修复，并能节约成本，实现效益最大化。

参考文献

[1]顾永泉 《机械端面密封》 石油大学出版社 1994.12.

[2]顾永泉 《机械密封实用技术》 机械工业出版社 2001.

[3]王凤喜 杨红文 徐游 《密封使用与维修问答》机械工业出版社 2004.

[4]胡国桢 《化工密封技术》 化学工业出版社 1990.9.

[5]迈尔 姚兆生 《机械密封》 化学工业出版社 1981.12.