淺談離心泵機械密封的應用

劉 帥

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

機械密封最早于19世紀末期開始得到部分應用，當時的機械密封結構非常簡單，密封效果也不好，但隨著工業化的快速進步，機械密封的設計逐步得到優化，其結構類型、密封面材料的使用也迅速增加，應用范圍也迅速擴大。由于機械密封本身是一種較為精密的構件，在安裝、使用時應盡可能地分析各種應用因素，使機械密封滿足于離心泵的工況要求，這樣才能保證機械密封能夠長期穩定的使用。

1 離心泵機械密封簡介

機械密封在離心泵中的應用最為廣泛和普及，離心泵的機械密封由一對或兩對

摩擦副組成，摩擦副與軸套配合使用，其中的一片靜止稱為靜環，一片在壓縮彈簧的作用下與靜環保持密切的貼合可跟隨泵軸同步旋轉，稱為動環。動靜環結合再依靠O型圈作為輔助密封，達到阻止離心泵腔內介質泄漏的密封裝置。離心泵的機械密封一般有靜環和動環以及壓緊彈簧和輔助密封等部件。

機械密封的動、靜環是密封的主要部位，共同組成摩擦副，壓緊彈簧能夠確保離心泵運轉時動、靜環始終保持貼合狀態。確保離心泵內的介質不外漏，同時也能夠防止冷卻水以及其他介質進入到離心泵的泵腔中。輔助密封填充在相對靜止的部件間隙中，也能夠緩沖泵在運轉時產生的振動。離心泵中的機械密封是一個可以單獨更換的備件，但在實際運行中并不是一個孤立的部件，機封與離心泵的其他部件共同組合在一起運行。

2 機械密封泄漏部位和泄漏形式

機械密封具有密封嚴密、能耗小等一系列優點，所以不僅在離心泵中廣泛應用，而且在風機、攪拌軸等設備中應用的也非常多，目前隨著節能降耗減少泄漏活動的開展以及設備技術水平的不斷提高機械密封的應用前景也更加的廣泛，而機械密封的應用效果也直接決定了設備的整體運行效率。

機械密封一旦損壞泄漏不僅造成污染周邊區域衛生還直接造成物料的浪費，同時也嚴重的影響設備的正常運行。一般而言機械密封的泄漏主要有5個部位，分別是動環與靜環的接觸面、靜環與壓蓋之間、動環與軸套之間、軸套與軸之間、壓蓋和泵體之間，這些部位泄漏多是由于輔助密封的老化損壞或者壓縮彈簧的疲勞失效而引起。輔助密封老化損壞造成的泄漏量一般較小，因為輔助密封主要填充在部件與部件的間隙內，而動環與靜環的接觸面的泄漏量則比較大，這主要是因為壓縮彈簧失效造成動環與靜環無法緊密貼合，兩者之間的間隙較大，因而泄漏量也較大。

3 常見的機械密封故障

3.1 運轉時發出異響或嗡鳴

機械密封環所用的金屬材料的表面與離心泵中的腐蝕性介質相接處，但金屬材料本身并不耐腐蝕，長期接觸離心泵中的腐蝕性介質會造成機械密封表面的腐蝕。在正常的工況條件下金屬表面很難形成氧化膜，造成機械密封表面均勻腐蝕，并逐漸的損壞機械密封的密封斷面而產生泄漏，這會造成機械密封在運行時發出摩擦聲響。

要解決這種介質腐蝕需要加大機械密封的沖洗水量或者在機械密封處安裝旁路沖洗管路，確保密封端面的沖洗和冷卻，定期檢查機械密封密封腔內的壓力，溫度及介質壓力檢查沖洗水是否夾帶離心泵輸送的介質。

3.2 波紋管發生徑向裂紋或斷裂

一套離心泵的機械密封有多種金屬材料包括硬質合金、不銹鋼等，這些材料在制作過程中很容易因為處理不當出現機械應力損壞，因為在加工制作過程中有應力的存在，所以當離心泵帶動機械密封高速旋轉時內部應力造成的破壞就很容易發生。且溫度越高破壞就越快。有些機械密封用波紋管替代了壓縮彈簧，波紋管與軸套之間有一個水夾套，波紋管與水夾套間隙直徑為2毫米左右，機械密封的冷卻水長期沖洗波紋管很容易形成一側水垢，這些水垢會使得波紋管逐漸失去彈性而產生細小的裂紋，任其發展則會造成波紋管的斷裂，要避免這種情況一方面機械密封的冷卻水要經過軟化處理，另一方面也可以增加冷卻水壓力，提高冷卻水的流速減少結垢的形成。

3.3 石墨環表面出現深且粗的環狀溝紋

在使用中，如果工作介質溫度很高，再加上密封摩擦副端面的摩擦熱， 一旦沖刷系統發生故障， 使得端面溫度急劇升高，超過允許使用溫度（一般在－105～250℃）時，其表面會析出樹脂，摩擦面四周樹脂會發生炭化，石墨炭化是使用碳―石墨環時密封失效的主要原因之一。

高溫還可使密封端面間的液膜汽化或閃蒸，產生殘留物質，造成石墨環磨損，石墨環表面產生環狀溝紋， 碳化鎢 （動環）也易脫落。應改善潤滑狀態，防汽化。

4 減少機械密封失效的措施

4.1 保持離心泵運行穩定減緩泵軸竄動

離心泵的振動是造成機械密封損壞的一個重要原因，要保持離心泵的穩定運行減緩泵軸竄動在多級離心泵上有兩個比較常見的方案一是在離心泵的平衡盤增加軸向推力軸承依靠平衡盤平衡軸向力并由軸向推力軸承對泵軸進行限位控制，二是平衡鼓加軸向止推軸承，由平衡鼓平衡掉大部分軸向力，再依靠軸向力止推軸承進行限制，同時軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位。著兩種方案各有長短，在實際應用中應根據設備的實際情況靈活采用。

4.2 減緩運行軸向力

根據設備的運行條件合理地選用軸向力平衡裝置，使設備能夠充分的將運行的軸向力平衡掉，這樣可以確保機械密封在運行時始終處于穩定狀態，對于重要級別較高的離心泵還可以在泵的轉子上增加一個軸向測力環以檢測離心泵運行后的軸向力變化。確保機械密封處于良好的運行條件之下，及時解決出現的問題。

4.3 增加輔助沖洗水

在條件允許的情況下，盡量設計輔助沖洗系統。密封腔壓力要根據每種泵的結構形式、系統壓力等因素來計算。軸封腔壓力很高時或者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時，也可由密封腔引液體至低壓區，使軸封液體流動以帶走摩擦熱。

密封的可靠性和壽命，在很大程度上取決于密封輔助系統的配置。對泵輸送含有固體顆粒的介質時，應選用碳化鎢對碳化鎢摩擦副的機械密封。

5 結語

機械密封時離心泵發生故障頻率最高的部位，這在很大程度上制約了離心泵的高效率運行，而且由于機械密封的更換過程需要將離心泵全部拆解，所以更換、維修機封的工作量非常大，維修成本也非常高。

因此離心泵和機械密封在實際的應用中應多總結分析以往的損壞原因，并根據實際的工況條件制定合理的優化措施，分析以往機械密封的損壞原因一方面有利于制定設備的優化方案，另一方面也有利于開展后續的修舊利廢工作，從總體上有利于減少機械密封的損壞幾率、降低維修成本。