淺析機(jī)械密封失效的原因及對(duì)策

陳宗輝

摘 要：機(jī)械密封在工業(yè)生產(chǎn)中又稱為端面密封，也可以說是一種機(jī)械零部件，但是，機(jī)械密封與普通的零部件不同，機(jī)械密封是當(dāng)前主流的流體機(jī)械和動(dòng)力機(jī)械中不可或缺的重要的零部件，它對(duì)整臺(tái)機(jī)器設(shè)備、整套裝置的正常運(yùn)行都有著重要的影響。本文主要對(duì)導(dǎo)致機(jī)械密封失效的原因進(jìn)行了分析和探討，并提出相關(guān)的改進(jìn)策略，希望對(duì)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)有所幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封；失效原因；對(duì)策

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，中國(guó)工業(yè)的發(fā)展速度讓全球工業(yè)界側(cè)目，但是，在工業(yè)飛速前進(jìn)的背后，仍然有著不少的問題，而機(jī)械密封就是一直困擾工業(yè)發(fā)展的難題之一。機(jī)械密封具有密封性好、性能穩(wěn)定、泄漏量少、摩擦功耗低和對(duì)軸磨損小等優(yōu)點(diǎn)，能滿足多種工況的要求。現(xiàn)代轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的密封大多由原來的填料密封改為機(jī)械密封，然而機(jī)械密封失效會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成重大事故。為此，分析機(jī)械密封失效原因，采取相應(yīng)的解決措施，對(duì)保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義。

一、機(jī)械密封技術(shù)的發(fā)展歷程

1885年，機(jī)械密封以專利形式出現(xiàn)在英國(guó)的歷史中，同時(shí)也出現(xiàn)在世界的歷史中，其出現(xiàn)為機(jī)器制造業(yè)中轉(zhuǎn)軸密封問題的解決提供了支撐。在上世紀(jì)三十年代，隨著新工藝和新材料在機(jī)械裝置中的大量使用，機(jī)械密封技術(shù)逐步開始應(yīng)用到冷凍裝置和內(nèi)燃機(jī)水泵上。第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，為機(jī)械密封技術(shù)在世界范圍的推廣帶來的機(jī)遇，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到平衡型機(jī)械密封和中間環(huán)密封。此外，1961-1963年因原子能工業(yè)的要求，1971-1974年因宇航和核電方面的特殊要求，以及 1980-1990年人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，機(jī)械密封技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)開始由結(jié)構(gòu)重組和密封新材料逐步向密封原理的發(fā)展和控制理論的支持轉(zhuǎn)移。

國(guó)內(nèi)機(jī)械密封應(yīng)用始于1965年，至今也走過了三十多年的時(shí)光。前人的研究成果不僅為研究新型機(jī)械密封技術(shù)提供理論和實(shí)踐參考，更為該領(lǐng)域的發(fā)展研究指明了方向。

二、機(jī)械密封的原理分析

以上各垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的斷面的液體壓力與補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力共同作用來輔助密封，保持貼合且相對(duì)滑動(dòng)而形成的防止流體泄漏的裝置。機(jī)械密封的實(shí)質(zhì)就是將容易產(chǎn)生泄漏的軸向密封轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰仔孤┑臄嗝婷芊狻Ｋ怯纱怪庇谳S線的斷面，靜環(huán)和動(dòng)環(huán)兩個(gè)平滑端面，在彈性元件如彈簧等與密封介質(zhì)的作用下，會(huì)在旋轉(zhuǎn)斷面產(chǎn)生壓力使得兩個(gè)端面緊密貼合，在端面間形成一層穩(wěn)定、極薄的流體膜，達(dá)到密封和潤(rùn)滑的效果。

機(jī)械密封主要是由四個(gè)部分組成：

（1）密封斷面，也稱為摩擦副，是由動(dòng)環(huán)和靜環(huán)組成。

（2）緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，其主要零件為彈性元件如彈簧等，作用是保證密封斷面的緊密配合。

（3）輔助密封圈，又分為動(dòng)環(huán)密封圈和靜環(huán)密封圈。

（4）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其作用是使動(dòng)環(huán)能隨軸旋轉(zhuǎn)。

機(jī)械密封的原理：軸通過傳動(dòng)座與推環(huán)帶動(dòng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)則保持不動(dòng)，在彈簧彈力與介質(zhì)壓力的共同作用下動(dòng)靜環(huán)之間的密封斷面緊密配合，從而形成密封包裝介質(zhì)不泄漏。彈簧的推動(dòng)可以對(duì)摩擦副的磨損形成一定的補(bǔ)償。動(dòng)環(huán)O型密封圈保證了動(dòng)環(huán)與軸之間介質(zhì)通過不產(chǎn)生泄漏，而防止介質(zhì)沿靜環(huán)和壓蓋之間的泄漏是通過O型密封圈達(dá)到。

三、機(jī)械密封失效的改進(jìn)措施

1.設(shè)備改良

在運(yùn)行中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，通過技術(shù)改造使機(jī)泵等設(shè)備的機(jī)械性能得以保證。例如：DA302塔循環(huán)水泵更換機(jī)械密封后，頻繁出現(xiàn)瞬時(shí)密封損壞。究其原因是泵殼密封環(huán)和葉輪口環(huán)間間隙不足產(chǎn)生摩擦造成，這種摩擦產(chǎn)生的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)使泵振動(dòng)導(dǎo)致密封損壞。經(jīng)過加工使口環(huán)配合間隙達(dá)到1. 4mm，在不影響泵的使用性能的前提下，使這一問題得到了最終的解決。

2. 避免摩擦造成的磨損

為避免因摩擦而導(dǎo)致機(jī)械密封失效情況的發(fā)生，應(yīng)使用性能良好的摩擦副，一般按照以下順序選擇摩擦副材質(zhì)：碳化硅-碳石墨、硬質(zhì)合金-碳石墨、陶瓷-碳石墨。通過選擇優(yōu)質(zhì)的材質(zhì)，可提高摩擦副的耐磨性能。另外，高速鋼-碳化硅材料的摩擦副性能優(yōu)越，能較好的提高機(jī)械密封性能，因此，為避免離心泵出現(xiàn)機(jī)械密封失效的問題，應(yīng)注重該種材質(zhì)摩擦副的使用。

3.提高機(jī)械密封的完好程度

眾所周知，一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的完好程度不僅影響機(jī)械工作的效率，也會(huì)影響機(jī)械零部件的使用周期，所以，要想有效提高機(jī)械密封的使用壽命，就必須保證機(jī)械的完好程度，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率較小，運(yùn)轉(zhuǎn)較為平穩(wěn)，那么將會(huì)大幅度提高機(jī)械密封的使用壽命。

4. 安裝

實(shí)踐表明，通過預(yù)防隨機(jī)干擾和改變環(huán)境來達(dá)到密封可靠，消除了隨機(jī)的密封失效，而密封件和設(shè)備的安裝差錯(cuò)就成了密封失效的主要原因。目前所用密封已足以保證泵在檢修間隔期內(nèi)的正常運(yùn)行，但是安裝誤差和對(duì)中不良造成的振動(dòng)和軸與殼體不合理的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)泵和密封都是有害的，因此為了減少軸的振動(dòng)和保證機(jī)械密封的壽命，必須保證安裝過程的準(zhǔn)確細(xì)致。正確的裝配公差、軸（軸套）有合適的表面粗糙度和正確的尺寸、仔細(xì)測(cè)量、認(rèn)真記錄設(shè)備安裝全過程是實(shí)現(xiàn)過程控制的有效保證。同時(shí)，對(duì)檢修隊(duì)伍的素質(zhì)教育、培訓(xùn)也從技術(shù)上提供了有效保證。

四、結(jié)語

大量實(shí)踐表明，引起密封故障的原因是復(fù)雜的，多方面的。因此，選用合理的機(jī)械密封以提高安裝質(zhì)量和減少運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)，加強(qiáng)工藝管理以確保工藝指標(biāo)的穩(wěn)定，防止壓力、溫度等條件的變化過大是提高機(jī)械密封可靠性的有效方法。隨著材料和制造技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械密封的可靠性有了極大的提高。如果能夠恰當(dāng)?shù)剡x擇機(jī)械密封，準(zhǔn)確安裝、精心維護(hù)，機(jī)械密封完全可以長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

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