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(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的機械基礎(chǔ)元件之一，是各種泵類、反應(yīng)合成釜、透平壓縮機、潛水電機等設(shè)備的關(guān)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(jié)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(shè)備安全運行。

【關(guān)鍵詞】動環(huán);靜環(huán);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(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(gòu)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(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。"常用機械密封結(jié)構(gòu)由靜止環(huán)（靜環(huán)）、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈和靜止環(huán)輔助密封圈等元件組成，防轉(zhuǎn)銷固定在壓蓋上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環(huán)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(huán)與軸套間的密封;③動、靜環(huán)間密封;④對靜環(huán)與靜環(huán)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(huán)與壓蓋;②壓蓋與殼體之間的密封;③旋轉(zhuǎn)環(huán)與軸之間的密封，當(dāng)端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環(huán)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(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時采用兼?zhèn)鋸椥栽δ艿南鹉z、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結(jié)構(gòu)。

1.2動密封泄漏：①旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)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(guān)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(yán)格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩(wěn)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(shè)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(dāng)?shù)姆秶?/p>

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(diào)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(huán)或靜環(huán)密封圈存在問題;泄漏量較大時，則表明動、靜環(huán)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(chǔ)上，再手動盤車觀察，若泄漏量無明顯變化則靜、動環(huán)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(huán)摩擦副存在問題;如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射，則動環(huán)密封圈存在問題居多，泄漏介質(zhì)向四周噴射或從水冷卻孔中漏出，則多為靜環(huán)密封圈失效。此外，泄漏通道也可同時存在，但一般有主次區(qū)別，只要觀察細致，熟悉結(jié)構(gòu)，一定能正確判斷。

2.2試運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)的泄漏

泵用機械密封經(jīng)過靜試后，運轉(zhuǎn)時高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，會抑制介質(zhì)的泄漏。因此，試運轉(zhuǎn)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(huán)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?，F(xiàn)象，引起較大的軸向力，使動、靜環(huán)接觸面分離;（對安裝機械密封時壓縮量過大，導(dǎo)致摩擦副端面嚴(yán)重磨損、擦傷;②動環(huán)密封圈過緊，彈簧無法調(diào)整動環(huán)的軸向浮動量;③靜環(huán)密封圈過松，當(dāng)動環(huán)軸向浮動時，靜環(huán)脫離靜環(huán)座;④工作介質(zhì)中有顆粒狀物質(zhì)，運轉(zhuǎn)中進人摩擦副，探傷動、靜環(huán)密封端面;⑤設(shè)計選型有誤，密封端面比壓偏低或密封材質(zhì)冷縮性較大等。上述現(xiàn)象在試運轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，有時可以通過適當(dāng)調(diào)整靜環(huán)座等予以消除，但多數(shù)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(fā)生干摩擦;②介質(zhì)的低于飽和蒸汽壓力，使得端面液膜發(fā)生閃蒸，喪失潤滑;③如介質(zhì)為易揮發(fā)性產(chǎn)品，在機械密封冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢或阻塞時，由于端面摩擦及旋轉(zhuǎn)元件攪拌液體產(chǎn)生熱量而使介質(zhì)的飽和蒸汽壓上升，也造成介質(zhì)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(chǎn)生熱，故橡膠圈使用溫度應(yīng)低于設(shè)計規(guī)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(chǎn)生的熱較高，所以橡膠圈有繼續(xù)硫化的危險，最終失去密封面之間還會因熱引起介質(zhì)的結(jié)晶，如結(jié)碳，造成滑動部件被粘住和密封面被凝結(jié)。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(qū)考慮冷脆）過熱除能改變介質(zhì)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(shè)計應(yīng)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(huán)與不銹鋼座等焊接，使用中不銹鋼座易產(chǎn)生晶間腐蝕;③焊接金屬波紋管、彈簧等在應(yīng)力與介質(zhì)腐蝕的共同作用下易發(fā)生破裂。

3、結(jié)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(zhì)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(dāng)，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(yè)出版社2009-03

作者簡介：

郭謙（1967-），高級工程師，現(xiàn)工作于河北國華定州發(fā)電有限責(zé)任公司，從事汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)檢修工作。

（作者單位：河北國華定州發(fā)電有限責(zé)任公司）