常用機械密封失效分析及判斷

郭謙 李勇 谷軍生

【摘 ?要】機械密封件屬于精密、結構較為復雜的機械基礎元件之一，是各種泵類、反應合成釜、透平壓縮機、潛水電機等設備的關鍵部件。其密封性能和使用壽命取決于許多因素，如選型、機器的精度、正確的安裝使用等。液壓密封有壓力要求，要求結合面有一定的光潔度，密封元件多采用橡膠，通過密封件的局部變形達到封閉效果。通過對常見機械密封泄漏途徑分析，找出泄漏的原因并進行初步判斷，確保設備安全運行。

【關鍵詞】動環;靜環;壓緊彈簧;密封件;失效分析

引言

機械密封是"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。"常用機械密封結構由靜止環（靜環）、旋轉環（動環）、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉環輔助密封圈和靜止環輔助密封圈等元件組成，防轉銷固定在壓蓋上以防止靜止環轉動。旋轉環和靜止環往往還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環或非補償還。

泵用機械密封種類繁多，型號各異，但泄漏點主要有五處：①軸套與軸間的密封;②動環與軸套間的密封;③動、靜環間密封;④對靜環與靜環座間的密封;⑤密封端蓋與泵體間的密封。

1、機械密封中流體泄漏途徑分析：

1.1靜密封泄漏：①靜止環與壓蓋;②壓蓋與殼體之間的密封;③旋轉環與軸之間的密封，當端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環沿軸向作微量的移動，實際上仍然是一個相對靜密封。因此，這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環的旋轉環或靜止環輔助密封，有時采用兼備彈性元件功能的橡膠、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結構。

1.2動密封泄漏：①旋轉環與靜止環的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關鍵。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，必須嚴格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩定的潤滑液膜，會加速端面的磨損;壓力過小，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設計和安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當的范圍。

2、失效原因分析及判斷

2.1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。

2.2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、靜環摩擦后受破壞所致。引起摩擦后密封失效的因素主要有：①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;（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;②動環密封圈過緊，彈簧無法調整動環的軸向浮動量;③靜環密封圈過松，當動環軸向浮動時，靜環脫離靜環座;④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;⑤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。

2.3由于兩密封端面失去潤滑膜而造成的失效

①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;②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;③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。

2.4過熱造成的失效

①因密封面上會產生熱，故橡膠圈使用溫度應低于設計規范。氟橡膠和聚四氟乙烯的使用溫度為216℃，丁晴橡膠的使用溫度為162℃，雖然它們都能承受較高的溫度，但因密封面產生的熱較高，所以橡膠圈有繼續硫化的危險，最終失去密封面之間還會因熱引起介質的結晶，如結碳，造成滑動部件被粘住和密封面被凝結。而且有些聚合物因過熱而焦化，有些流體因過熱而失去潤滑等甚至閃火。

②彈性而泄漏。（冷區考慮冷脆）過熱除能改變介質的狀況外，還會加劇它的腐蝕速率。引起金屬零件的變形，合金面的開裂，以及某些鍍層裂縫，設計應選用平衡型機械密封，以降低比壓防止過熱。

2.5由于腐蝕而引起的機械密封失效

①密封面點蝕，甚至穿透;②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;③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。

3、結束語

通過對常用機械密封失效分析及判斷，針對機封的密封特點，采取從機械密封的選型、安裝前外觀質量的檢查、幾何尺寸的檢驗及正確的安裝工藝等措施入手，只要防范措施得當，消除機械密封滲漏的故障具有很好的效果。

參考文獻：

[1]機械密封實用方法與技巧[M]石油工業出版社2009-03

作者簡介：

郭謙（1967-），高級工程師，現工作于河北國華定州發電有限責任公司，從事汽輪機調節系統檢修工作。

（作者單位：河北國華定州發電有限責任公司）