泵用機械密封泄漏原因分析

張克泉

摘 要：機械密封是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（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成的防止流體泄漏的裝置。彈力加載機構與輔助密封是金屬性紋管的機械密封我們稱為金屬波紋管密封。在輕型密封中，還有使用橡膠波紋管作輔助密封的，橡膠波紋管彈力有限，一般需要輔以彈簧來滿足加載彈力。“機械密封”通常被人們簡稱為“機封”。

關鍵詞： 機械密封；泄漏分析

目前泵的軸端密封均采用機械密封，達到了泵轉動穩定可靠，泄漏率較低。但隨著泵轉動周期變長，機封就會因磨損出現不同程度的泄漏。泵用機械密封種類繁多，型號各異，但泄漏發生情況不一而同。

1 安裝靜試時泄漏

機械密封安裝調試好后，一般要進行靜試，觀察泄漏量。如泄漏量較小，多為動環或靜環密封圈存在問題；泄漏量較大時，則表明動、靜環摩擦副間存在問題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎上，再手動盤車觀察，若泄漏量無明顯變化則靜、動環密封圈有問題；如盤車時泄漏量有明顯變化則可斷定是動、靜環摩擦副存在問題；如泄漏介質沿軸向噴射，則動環密封圈存在問題居多，泄漏介質向四周噴射或從水冷卻孔中漏出，則多為靜環密封圈失效。此外，泄漏通道也可同時存在，但一般有主次區別，只要觀察細致，熟悉結構，一定能正確判斷。

2 試運轉時出現的泄漏

泵用機械密封經過靜試后，運轉時高速旋轉產生的離心力，會抑制介質的泄漏。因此，試運轉時機械密封泄漏在排除軸間及端蓋密封失效后，基本上都是由于動、靜環摩擦副受破壞所致。

3 摩擦副密封失效的因素

a） 操作中，因抽空、氣蝕、憋壓等異常現象，引起較大的軸向力，使動、靜環接觸面分離；b） 對安裝機械密封時壓縮量過大，導致摩擦副端面嚴重磨損、擦傷；c） 動環密封圈過緊，彈簧無法調整動環的軸向浮動量；d） 靜環密封圈過松，當動環軸向浮動時，靜環脫離靜環座；e） 工作介質中有顆粒狀物質，運轉中進人摩擦副，探傷動、靜環密封端面；f） 設計選型有誤，密封端面比壓偏低或密封材質冷縮性較大等。上述現象在試運轉中經常出現，有時可以通過適當調整靜環座等予以消除，但多數需要重新拆裝，更換密封。

4 兩密封端面失去潤滑膜而造成的失效：

a）因端面密封載荷的存在，在密封腔缺乏液體時啟動泵而發生干摩擦；b）介質的低于飽和蒸汽壓力，使得端面液膜發生閃蒸，喪失潤滑；c）如介質為易揮發性產品，在機械密封冷卻系統出現結垢或阻塞時，由于端面摩擦及旋轉元件攪拌液體產生熱量而使介質的飽和蒸汽壓上升，也造成介質壓力低于其飽和蒸汽壓的狀況。

5 腐蝕而引起的機械密封失效因素

a）密封面點蝕，甚至穿透。b）由于碳化鎢環與不銹鋼座等焊接，使用中不銹鋼座易產生晶間腐蝕；c）焊接金屬波紋管、彈簧等在應力與介質腐蝕的共同作用下易發生破裂。

6由于高溫效應而產生的機械密封失效因素

a）熱裂是高溫油泵，如油渣泵、回煉油泵、常減壓塔底泵等最常見的失效現象。在密封面處由于干摩擦、冷卻水突然中斷，雜質進入密封面、抽空等情況下，都會導致環面出現徑向裂紋；b）石墨炭化是使用碳—石墨環時密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨環一旦超過許用溫度（一般在-105～250℃）時，其表面會析出樹脂，摩擦面附近樹脂會發生炭化，當有粘結劑時，會發泡軟化，使密封面泄漏增加，密封失效；c）輔助密封件（如氟橡膠、乙丙橡膠、全橡膠）在超過許用溫度后，將會迅速老化、龜裂、變硬失彈。現在所使用的柔性石墨耐高溫、耐腐蝕性較好，但其回彈性差。而且易脆裂，安裝時容易損壞。

7 密封端面的磨損而造成的密封失效因素

a）摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系數大、端面比壓（包括彈簧比壓）過大等，都會縮短機械密封的使用壽命。對常用的材料，按耐磨性排列的次序為：碳化硅—碳石墨、硬質合金—碳石墨、陶瓷—碳石墨、噴涂陶瓷——碳石墨、氮化硅陶瓷——碳石墨、高速鋼——碳石墨、堆焊硬質合金——碳石墨。b）對于含有固體顆粒介質，密封面進入固體顆粒是導致使密封失效的主要原因。固體顆粒進入摩擦副端面起研磨劑作用，使密封發生劇烈磨損而失效。密封面合理的間隙，以及機械密封的平衡程度，還有密封端面液膜的閃蒸等都是造成端面打開而使固體顆粒進入的主要原因。c）機械密封的平衡程度β也影響著密封的磨損。一般情況下，平衡程度β=75%左右最適宜。β<75%，磨損量雖然降低，但泄漏增加，密封面打開的可能性增大。對于高負荷（高PV值）的機械密封，由于端面摩擦熱較大，β一般取65%～70%為宜，對低沸點的烴類介質等，由于溫度對介質氣化較敏感，為減少摩擦熱的影響，β取80%～85%為好。

8 安裝、運轉或設備本身所產生的誤差而造成機械密封泄漏因素

a）由于安裝不良，造成機械密封泄漏。主要表現在以下幾方面：

1）動、靜環接觸表面不平，安裝時碰傷、損壞；2）動、靜環密封圈尺寸有誤、損壞或未被壓緊；3）動、靜環表面有異物；4）動、靜環V型密封圈方向裝反，或安裝時反邊；5）軸套處泄漏，密封圈未裝或壓緊力不夠；6）彈簧力不均勻，單彈簧不垂直，多彈簧長短不一；7）密封腔端面與軸垂直度不夠；8）軸套上密封圈活動處有腐蝕點。

b）設備在運轉中，機械密封發生泄漏的原因主要有：

1）泵葉輪軸向竄動量超過標準，轉軸發生周期性振動及工藝操作不穩定，密封腔內壓力經常變化等均會導致密封周期性泄漏；2）摩擦副損傷或變形而不能跑合引起泄漏；3）密封圈材料選擇不當，溶脹失彈；4）大彈簧轉向不對；5）設備運轉時振動太大；6）動、靜環與軸套間形成水垢使彈簧失彈而不能補償密封面的磨損；7）密封環發生龜裂等。

c）泵在停一段時間后再啟動時發生泄漏，這主要是因為摩擦副附近介質的凝固、結晶，摩擦副上有水垢、彈簧腐蝕、阻塞而失彈。

d）泵軸彎曲度太大，造成機封碰撞而失效。