機械密封運用在機泵時的故障表現形式研究

馬永曉

【摘 要】在生產過程中，引起機械密封泄漏失效的因素往往不是其本身造成的，安裝及使用過程中不正確的操作都會引起密封泄漏失效，針對上述問題，本文對機械密封的泄露故障表現歸納、總結，研究分析了其產生原因，為解決生產實際問題會提供支持。

【關鍵詞】機械密封；泄露失效；安全可靠；經濟合理；使用壽命；端面磨損

0 引言

機械密封由于其有著工作可靠，泄漏量少、使用壽命長，適用范圍廣等優點，在煉油、化工、核電、航空等工業中得到了廣泛的應用，特別在石化企業中它對整臺機器設備、整套裝置，甚至整個工廠的安、穩、長、滿、優地運行起到了關鍵的作用。

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。主要體現在以下幾點：

（1）摩擦痕跡大于端面寬度；

（2）摩擦痕跡小于端面寬度；

（3）硬環上無摩擦痕跡。

3 機械密封的經常性泄漏

第一方面，由于密封端面損傷引起的經常性泄漏。主要體現在以下幾點：

1）石墨端面出現均勻的環狀溝紋

（1）端面液膜汽化，介質工作溫度高，摩擦熱產生汽化；

（2）端面高溫使浸樹脂石墨性能下降；

（3）非平衡型機械密封，K大，PV值高，大量摩擦熱產生汽化；

（4）介質潤滑性不良（液態烴、熱水）；

（5）抽空和汽蝕，引起干摩擦或半干摩擦，使溝紋深一些；

2）石墨端面中間產生環狀深溝

端面過熱過載，石墨撕裂附在硬環上磨損石墨，發生粘著磨損。

3）石墨內緣磨損

高溫泵密封，壓蓋通冷卻水，高溫下冷卻水結垢，磨掉石墨內緣，同時動環堵塞，無補償性。

4）石墨環臺階過早全磨掉

（1）介質潤滑性差（如丁烯等），非平衡型機械密封，無沖洗、冷卻；

（2）石墨質量差，質地粗，不耐磨。

5）石墨環外緣出現缺口

沖洗量過大，沖洗孔正對著石墨，石墨環被沖蝕出現缺口。

6）石墨環斷裂

對于輕烴類介質，由于直徑較大，沒有沖洗等輔助設施，PV值大，摩擦熱不易散失，密封面間汽化，使石墨環溫度升高。因石墨傳熱好，使輔助密封圈升溫膨脹（PTFE），擠壓力大。同時密封端面附近存在膨脹熱應力。二力作用，使石墨斷裂。

7）石墨環出現蝕坑（1-5mm大小不等，形狀不規則）

多發生在高粘度介質（如100℃左右的渣油）泵上，因表面受擠壓應力，同時又處于滑動狀態。石墨表面內部受剪切應力。粘度越大，摩擦力越大，剪切應力越大，當超過石墨強度時，表面發生剝落，表現出來就出現蝕坑。

8）硬質合金表面灼傷和裂紋

密封面上有環狀溝紋是由于密封表面汽化的結果（密封腔中仍為液態），那么，表面灼傷，產生熱裂紋則是密封腔中液體已經汽化或抽空，即摩擦副屬于干或半干摩擦，表面溫度急劇升高，摩擦副過熱，一旦液體重新出現，摩擦副被急劇冷卻，產生很大的溫度應力。對于導熱性好和強度高的材料，會出現擦亮和變色的痕跡。有時在密封表面出現裂紋，對導熱性差，強度低的材料表面出現徑向裂紋。

無論哪中材料在環表面都會出現環狀溝紋。

第二方面，是輔助密封圈引起的經常性泄漏，其原因主要有以下幾點：

（1）鑲嵌環松脫，端面磨損；

（2）4FV圈唇部卷邊（密封腔汽蝕產生）；

（3）4F由白色變成灰黃色，兩件粘在一起；橡膠出現龜裂粘在密封環上（泵抽空，密封面干摩擦所致）；

（4）僅僅靠徑向密封的密封圈，使用過程中，橡膠老化失彈，4F冷流變形，失去過盈量造成泄漏。

第三方面，是彈簧缺陷引起的泄漏。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。主要有以下幾點：

1）鑲嵌環松脫

在高溫泵（或PV值高的場合）鑲嵌環易松脫產生泄漏。如介質為重油、渣油等，環與座之間有油漬，但磨損小（因潤滑性好），如介質是汽油，液態輕，環與座之間有磨損，但無油漬。

2）傳動機構失效

密封的傳動件常常是緊定螺釘，傳動螺釘，傳動銷，凸緣，拔叉，甚至是單只大彈簧，造成他們的失效常常是：（1）高溫使其松動；（2）泵的汽蝕或非補償環安裝傾斜，造成振動沖擊磨損；（3）端面比壓過高或頻繁大幅波動；（4）組對不當（易咬合）使摩擦系數高，潤滑性不好；（5）開、停車頻繁或受力過大。

3）焊接金屬波紋管故障，原因有：

（1）高溫失彈，高壓破裂；

（2）波片之間結焦、積碳，堵塞失彈（不能用于結焦、積碳和有結晶析出的泵中）；

（3）外裝式彈率小，打開端面。

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。

5 泵抽空引起的密封泄漏

泵抽空是指葉輪內發生汽蝕或泵內沒有液體，以及漏進氣體或液體汽化。此時，密封處于干或半干摩擦狀態。

（1）石墨環表而出現可目測的環狀溝紋；

（2）硬環（堆焊或噴涂）表面出現徑向裂紋；

（3）硬環（WC）出現環狀溝紋，有時出現徑向裂紋或斷裂；

（4）輔助密封圈變質（橡膠老化，龜裂、4F變灰黃色，嚴重時兩件粘接在一起）；

（5）熱裝式環脫落。

6 密封腔中汽蝕引起的密封泄漏

密封腔汽蝕指在機封周圍產生激烈的水力震蕩，帶動密封件發生迅速的軸向往復運動，使密封遭到嚴重破壞，比泵抽空要嚴重得多。其失效現象，包括泵抽空產生的現象，另外，還有以下現象：

（1）靜環離位或防轉銷打彎；

（2）4F-V圈唇部卷邊；

（3）動環被抽到傳動座中卡住，彈簧失去作用；

（4）摩擦副中脆性材料（如SiC）因敲擊出現片狀剝落。

7 密封端面汽化造成密封泄漏

端面汽化是由于PV值過高，或高溫泵沒有輔助設施，或沖洗中斷（過濾網堵塞），以及高溫泵冷卻夾套水結垢，冷卻能力下降，泵入口壓力下降引起密封腔中壓力下降，在輕烴泵中輕組分的含量增加都可能產生端面汽化。密封腔中仍充滿液體沒有發生汽蝕，也沒有發生泵的抽空，其失效現象是：

（1）石墨環端面有均勻細小的環狀溝紋；

（2）硬環、堆焊也出現溝紋；

（3）WC環表面有局部擦亮，在熱水和輕烴介質中有時也出現溝紋；

（4）硬環表面粘結小塊石墨，該小快石墨將石墨環表面磨出深溝。

8 泵振動過大造成的密封泄漏

泵振動過大沒有明顯失效現象，但對密封的可靠性和使用壽命有很大的影響，其程度取決于振動的程度。

（1）密封工作不穩定，有時兩端面打開（尤其是平衡型機封），泄漏量大，縮短使用壽命；

（2）機械雜質易進入端面，加劇磨損，摩擦痕跡大于端面寬度；

（3）軸套和輔圈磨損加快，傳動機構易損壞失效。

9 沒有沖洗的密封泄露故障

特別是在高溫熱油泵的運行過程中，如果沒有加裝密封沖洗系統，會嚴重影響密封的使用壽命。

（1）摩擦熱不能及時導走，摩擦副溫度高，密封端面易汽化，工作不穩定，易失效；

（2）密封腔機械雜質易進入端面，端而出現溝紋而失效；

（3）泵葉輪內汽蝕或泵抽空時，易損傷密封；

（4）彈簧周圍淤積雜質，堵塞失彈；

（5）有些備用泵長期不運行，密封腔內淤塞，致使盤車不動。

10 結束語

本文分析了機械密封失效產生的原因，并揭示了其發生機理，為實際生產中泄露問題的快速查找以及泄露問題的解決提供參考。

【參考文獻】

[1]顧永泉.機械密封實用技術[M].機械工業出版社，2001.

[2]賈淑芬，王志強.機械密封失效分析與預防[J].中國氯堿，2002（8）：43-45.

[責任編輯：薛俊歌]