機械密封在轉動設備上的應用及故障處理

姜琳(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516000)

0 引言

通過介紹機械密封在旋轉設備的應用范圍，分析機械密封的工作原理和工作要求，對常見的機械密封故障現象進行描述和介紹，并提出針對性地解決措施，以期更好地發揮機械密封的作用。

1 機械密封的工作原理及要求

1.1 工作原理

機械密封的另外一個常用名是端面密封，通常應用于泵類以及壓縮機等旋轉設備內軸向旋轉的密封，基于垂直于旋轉軸線端面的作用力，如液體壓力及其他內部結構的彈力，并配合密封元件的作用使二者保持持久的緊密貼合，從而實現防止內部腔體介質的滲漏，因此機械密封在旋轉設備上用途十分廣泛。

1.2 機封結構

機械密封的結構組成由4 個部分組成，分別是靜環、動環、密封元件以及壓緊元件。在旋轉設備工作的過程中，動環跟隨軸進行旋轉運動，依靠靜環和動環的配合形成密封的端面，從而阻擋旋轉設備內的油液等介質發生泄漏。依托旋轉設備密封腔體內的壓力動環被緊緊地壓制在靜環的平面端面上，然后在兩個環之間形成壓力，并產生一層薄薄的液體膜實現機械密封的功效。其中，壓緊元件是壓力的產生源頭，可以保證即使是在泵軸保持靜止的狀態，也能夠使得兩個環之間形成緊密貼合，不至于使得旋轉設備內的油液等密封介質發生泄漏的風險，同時也避免了外部的雜質進入內部密封腔體。

1.3 輔助元件

關于密封元件，其主要是為了實現保證密封動環和旋轉設備軸、壓蓋和密封靜環的空隙的目的，而其中的彈性元件還能夠對旋轉設備的運動、沖擊等機械外力起到緩沖補償的作用。在旋轉設備日常實際的工作過程中，機械密封需要搭配泵和其他組件一起工作，密封效果的好壞不僅取決于機械密封自身的質量，還跟旋轉設備其他的輔助密封配件和安轉的質量有著不可分割的關系，只有形成一個整體才能發揮機械密封的最大功效。

2 機械密封的常見故障現象及原因剖析

2.1 機械密封的常見故障現象

機械密封在跟隨旋轉設備工作的過程中，其密封的元件會遭受到一定程度的損耗，比如端面因磨損而出現發熱的現象，從而使得端面在高溫下發生形變甚至直接裂開。此外，彈簧元件作為消耗性配件，使用時間過久其自身的彈性系數就會降低發生松弛，另外再考慮到旋轉設備內腐蝕介質的作用，彈簧甚至會發生斷裂的情況。最后，輔助密封的密封圈也會在長時間的工作中出現扭曲、形變甚至是直接開裂，導致密封失效，旋轉設備內油液等介質外露。

2.2 機械密封發熱和振動的原因剖析

旋轉設備的運行工作中，長時間的旋轉工作可能會造成密封動環和靜環之間的結合貼面由于摩擦而粗糙不平。此外，動環和靜環二者的結合端面和旋轉設備內部的密封腔體由于空隙過小，在旋轉設備軸的擺動作用下引起振動。另外，部分旋轉設備內部的機械密封的端面在抗腐蝕和抗高溫方面表現不佳，機器長時間工作冷卻不足。此外，在機械密封安裝的過程中不小心混入了其他雜質，這些也是造成機械密封發生不期望振動的原因，進而在振動的影響下，密封開始發熱變形，直至最后裂開，旋轉設備內部的介質出現泄漏。

2.3 機械密封安裝不當導致密封泄漏的故障剖析

在旋轉設備的靜壓實驗過程中，由于工人安裝的不細心，使得密封元件在裝配的過程中被人為原因損傷，比如碰撞、形變以及其他損傷等。另外如果密封端面在安裝前未做好清洗工作，讓外部的顆粒雜質混入其中，或者緊固定位的螺絲沒有擰緊，動靜環的貼合沒有壓實等這些可能的原因都是旋轉設備內部油液外露的事故征兆。此外，旋轉設備本身的精度不達標，密封元件的質量缺陷也都是造成端面不貼合進而發生泄漏的原因。

2.4 機械密封彈性元件選型不當導致密封泄漏的故障剖析

在旋轉設備的陣發性泄漏故障中，旋轉設備密封的轉子在周期性的運動規律下發生振動，另外旋轉設備的軸在運動方向上的竄動量過大也會發生介質泄漏。這是因為機械密封的正常工作需要滿足一定的比壓條件，因此對彈簧元件的質量提出了更高要求，必須要具有合理的壓縮形變量，從而當外力作用在密封端面的時候，在合適的比壓條件下正常旋轉。比壓的正常通常要依靠彈簧的壓縮量保證在0.25mm 及以下才能實現，從而保證軸的竄動在可控制的范圍之內。但是由于彈簧設計的不達標不可靠，造成軸的竄動失常，進而發生泄漏。

3 機械密封故障的應對措施

當旋轉設備內部的機械密封零件出現故障時，通常可以通過更換零部件來完成。但是如果是設計精度本身的問題則需要通過提高制造工藝標準才能完成，比如提高零件的機加工精度，采用更加先進的加工設備。此外如果是泵體等旋轉設備自身的精度不足也需要依靠提高其加工精度，從而保證旋轉設備整體的密封性。而為了保證密封的最佳效果，最主要的就是保證端面的平整度和光潔度。

3.1 機械密封振動和發熱的應對措施

當旋轉設備的機械密封發生振動和發熱時，要根據振動和發熱不同的產生原因對癥下藥。比如當振動產生是由于旋轉設備內部腔體和動靜環的接觸間隙太小時，就要通過增大旋轉設備密封腔內部的直徑或者減小外部旋轉的直徑來實現，調整到合適的間隙，并要至少做到大于0.75mm 的要求。而當旋轉設備振動和發熱的產生是由于端面摩擦、端面的不平整等原因造成時，就要通過改善密封接觸材料的辦法來實現，提高動靜環材料抵抗高溫和腐蝕的性能，讓其變得更加耐用，從而降低發生振動和發熱的概率，提高旋轉設備的密封性。

3.2 機械密封介質泄漏的應對措施

同樣，造成機械密封介質的泄漏也有很多種可能，要客觀分析具體問題采用具體的應對措施。為了避免人為原因造成的泄漏，在密封安裝的過程中就必須嚴格按照安裝說明書的標準去操作，同時著重做好如下措施：(1)在安裝之前，技術人員需要對機械密封的所有接觸面進行細致地擦拭，保證機械密封的零部件、擦拭介質、安裝工具以及擦拭材料的整潔干凈，尤其是動靜環的接觸端面務必要使用合適的柔軟擦拭布進行擦拭。(2)旋轉設備的軸和密封端蓋等處的倒角要進行修整，保證整體的光滑，使其對應的圓角保證砂光亮潔。(3)在安裝機械密封的輔助密封裝置時，橡膠材質的輔助密封圈嚴禁使用煤油和汽油進行浸潤和洗滌，防止橡膠材質的密封圈出現膨脹和形變的現象，降低其使用壽命。

3.3 有效利用清潔清洗等輔助系統

泵軸類的旋轉設備在工作的過程中，外部的雜質進入旋轉設備的密封腔體是不可避免的現象，這些混入其中的雜質包括各種不同直徑不同材質的固體顆粒物。因此，對旋轉設備的機械展開定期的清潔和維護保養便是一項提高旋轉設備機械密封的重要工作。如果不重視清洗的工作，長期地積累會產生結晶，使得固體顆粒物和其他雜質進一步的積累沉淀，從而使得密封的彈簧元件失效。更加具有危害的是，當雜質進入到了摩擦副時，旋轉設備的機械密封將會很快地被摧毀。故而，適當地展開針對機械密封的沖洗和清潔便十分重要，通過清洗可以很好地保護密封的端面，沖走雜質并使得端面長期保持平整、光潔，起到潤滑和冷卻的綜合作用。

4 結語

綜上所述，機械密封是現階段保證旋轉設備良好密封性的重要技術手段，對于提高旋轉設備的壽命和保證設備和人員的安全具有重要的保護意義。而由于各種內外部的影響因素，機械密封也表現出了各種形變、發熱和振動的現象，因此，企業要根據這些機械密封失效的具體原因展開分析，采取針對性的措施，并善于利用輔助清潔沖洗的系統，不斷提高旋轉設備機械密封的效果。