論旋轉設備中的機械密封效用及故障的方法研究

朱少仁

(五礦二十三冶建設集團第一工程有限公司，湖南 湘潭 411201)

1 機械密封的原理及要求

機械密封又叫端面密封，它是一種旋轉機械的軸封裝置，指由至少一對垂直于旋轉軸線的的端面在液體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。它的主要功用將易泄漏的軸向密封改變為較難泄漏的端面密封。它廣泛應用于泵、釜、壓縮機及其他類似設備的旋轉軸的密封。

機械密封通常由動環、靜環、壓緊元件和密封元件組成。其中動環隨泵軸一起旋轉，動環和靜環緊密貼合組成密封面，以防止介質泄漏。動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙的作用，同時彈性元件對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中是與泵的其它零部件一起組合起來運行的，機械密封的正常運行與它的自身性能、外部條件都有很大的關系。但是我們要首先保證自身的零件性能、輔助密封裝置和安裝的技術要求，使機械密封發揮它應有的作用。

2 機械密封的故障表現及原因

(1)機械密封的零件的故障旋轉設備在運行當中，密封端面經常會出現磨損、熱裂、變形、破損等情況，彈簧用久了也會松弛、斷裂和腐蝕。輔助密封圈也會出現裂口、扭曲和變形、破裂等情況。

(2)機械密封振動、發熱故障原因。設備旋轉過程中，會使動靜環貼合端面粗糙，動靜環與密封腔的間隙太小，由于振擺引起碰撞從而引起振動。有時由于密封端面耐腐蝕和耐溫性能不良，或是冷卻不足或端面在安裝時夾有顆粒雜質，也會引起機械密封的振動和發熱。

(3)機械密封介質泄漏的故障原因。①靜壓試驗時泄漏。機械密封在安裝時由于不細心，往往會使密封端面被碰傷、變形、損壞，清理不凈、夾有顆粒狀雜質，或是由于定位螺釘松動、壓蓋沒有壓緊，機器、設備精度不夠，使密封面沒有完全貼合，都會造成介質泄漏。如果是軸套漏，則是軸套密封圈裝配時未被壓緊或壓縮量不夠或損壞。②周期性或陣發性泄漏。機械密封的轉子組件周期性振動、軸向竄動量太大，都會造成泄漏。機械密封的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個推力，旋轉起來使密封面產生密封所要求的比壓。為了保證這一個比壓，機械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.25mm以內。但在實際設計當中，由于設計的不合理，往往泵軸產生很大的竄量，對機械密封的使用是非常不利的。③機械密封的經常性泄漏。機械密封經常性泄漏的原因有很多方面。第一方面，由于密封端面缺陷引起的經常性泄漏。第二方面，是輔助密封圈引起的經常性泄漏。第三方面，是彈簧缺陷引起的泄漏。其他方面，還包括轉子振動引起的泄漏，傳動、緊定和止推零件質量不好或松動引起泄漏，機械密封輔助機構引起的泄漏，由于介質的問題引起的經常性泄漏等。④機械密封振動偏大。機械密封振動偏大，最終導致失去密封效果。但機械密封振動偏大的原因往往不僅僅是機械密封本身的原因，泵的其它零部件也是產生振動的根源，如泵軸設計不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯軸器的平行度差、徑向力大等原因。

3 處理故障采取的措施

如果機械密封的零件出現故障，就需要更換零件或是提高零件的機械加工精度，提高機械密封本身的加工精度和泵體其他部件的加工精度對機械密封的效果非常有利。為了提高密封效果，對動靜環的摩擦面的光潔度和不平度要求較高。動靜環的摩擦面的寬度不大，一般在2～7毫米之間。

3.1 機械密封振動、發熱的處理

如果是動靜環與密封腔的間隙太小，就要增大密封腔內徑或減小轉動外徑，至少保證0.75mm的間隙。如果是摩擦副配對不當，就要更改動靜環材料，使其耐溫，耐腐蝕。這樣就會減少機械密封的振動和發熱。

3.2 機械密封泄漏的處理

機械密封的泄漏是由于多種原因引起，我們要具體問題具體處理。為了最大限度的減少泄漏量，安裝機械密封時一定要嚴格按照技術要求進行裝配，同時還要注意以下事項:(1)裝配要干凈光潔。機械密封的零部件、工器具、潤滑油、揩拭材料要十分干凈。動靜環的密封端面要用柔軟的紗布揩拭。(2)修整倒角倒圓。軸、密封端蓋等倒角要修整光滑，軸和端蓋的有關圓角要砂光擦亮。(3)裝配輔助密封圈時，橡膠輔助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗滌，以免脹大變形，過早老化。動靜環組裝完后，用手按動補償環，檢查是否到位，是否靈活;彈性開口環是否定位可靠。動環安裝后，必須保證它在軸上軸向移動靈活。

3.3 泵軸竄量大的處理

合理地設計軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量。為了滿足這一要求，對于多級離心泵，設計方案是:平衡盤加軸向止推軸承，由平衡盤平衡軸向力，由軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位。

3.4 增加輔助沖洗系統

密封腔中密封介質含有顆粒、雜質，必須進行沖洗，否則會因結晶的析出，顆粒、雜質的沉積，使機械密封的彈簧失靈，如果顆粒進入摩擦副，會導致機械密封的迅速破壞。因此機械密封的輔助沖洗系統是非常重要的，它可以有效地保護密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。

3.5 泵振動的處理措施

在泵產品的制造裝配過程中，嚴格按標準和操作規程去執行，消除振動源。泵、電機、底座、現場管路等輔助設備在現場安裝時，要嚴格把關，消除振動源。

以上簡單研究了機械密封在旋轉設備上的應用和出現的故障后，以后再遇到機械密封的故障問題，首先要考慮機械密封本身的影響因素，然后還要考慮機械密封外部的一些影響因素。比如:在分析機械密封的質量事故的原因時，要考慮到泵的其它零部件對機械密封運行的影響，采取措施不斷提高機械密封的效果。

［1］肖偉.機械密封泄漏原理.礦山機械.2005(9).

［2］王漢功，趙文軫等編著.修復工程學.北京.機械工業出版社.2002.