機(jī)械密封在轉(zhuǎn)動設(shè)備上的應(yīng)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(jī)械密封在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的應(yīng)用范圍，分析機(jī)械密封的工作原理和工作要求，對常見的機(jī)械密封故障現(xiàn)象進(jìn)行描述和介紹，并提出針對性地解決措施，以期更好地發(fā)揮機(jī)械密封的作用。

1 機(jī)械密封的工作原理及要求

1.1 工作原理

機(jī)械密封的另外一個常用名是端面密封，通常應(yīng)用于泵類以及壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)軸向旋轉(zhuǎn)的密封，基于垂直于旋轉(zhuǎn)軸線端面的作用力，如液體壓力及其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)防止內(nèi)部腔體介質(zhì)的滲漏，因此機(jī)械密封在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上用途十分廣泛。

1.2 機(jī)封結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)組成由4 個部分組成，分別是靜環(huán)、動環(huán)、密封元件以及壓緊元件。在旋轉(zhuǎn)設(shè)備工作的過程中，動環(huán)跟隨軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，依靠靜環(huán)和動環(huán)的配合形成密封的端面，從而阻擋旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)的油液等介質(zhì)發(fā)生泄漏。依托旋轉(zhuǎn)設(shè)備密封腔體內(nèi)的壓力動環(huán)被緊緊地壓制在靜環(huán)的平面端面上，然后在兩個環(huán)之間形成壓力，并產(chǎn)生一層薄薄的液體膜實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封的功效。其中，壓緊元件是壓力的產(chǎn)生源頭，可以保證即使是在泵軸保持靜止的狀態(tài)，也能夠使得兩個環(huán)之間形成緊密貼合，不至于使得旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)的油液等密封介質(zhì)發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，同時也避免了外部的雜質(zhì)進(jìn)入內(nèi)部密封腔體。

1.3 輔助元件

關(guān)于密封元件，其主要是為了實(shí)現(xiàn)保證密封動環(huán)和旋轉(zhuǎn)設(shè)備軸、壓蓋和密封靜環(huán)的空隙的目的，而其中的彈性元件還能夠?qū)πD(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)動、沖擊等機(jī)械外力起到緩沖補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｔ谛D(zhuǎn)設(shè)備日常實(shí)際的工作過程中，機(jī)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(jī)械密封自身的質(zhì)量，還跟旋轉(zhuǎn)設(shè)備其他的輔助密封配件和安轉(zhuǎn)的質(zhì)量有著不可分割的關(guān)系，只有形成一個整體才能發(fā)揮機(jī)械密封的最大功效。

2 機(jī)械密封的常見故障現(xiàn)象及原因剖析

2.1 機(jī)械密封的常見故障現(xiàn)象

機(jī)械密封在跟隨旋轉(zhuǎn)設(shè)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(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，從而使得端面在高溫下發(fā)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(shù)就會降低發(fā)生松弛，另外再考慮到旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)腐蝕介質(zhì)的作用，彈簧甚至?xí)l(fā)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(xiàn)扭曲、形變甚至是直接開裂，導(dǎo)致密封失效，旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)油液等介質(zhì)外露。

2.2 機(jī)械密封發(fā)熱和振動的原因剖析

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

2.3 機(jī)械密封安裝不當(dāng)導(dǎo)致密封泄漏的故障剖析

在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的靜壓實(shí)驗(yàn)過程中，由于工人安裝的不細(xì)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(zhì)混入其中，或者緊固定位的螺絲沒有擰緊，動靜環(huán)的貼合沒有壓實(shí)等這些可能的原因都是旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部油液外露的事故征兆。此外，旋轉(zhuǎn)設(shè)備本身的精度不達(dá)標(biāo)，密封元件的質(zhì)量缺陷也都是造成端面不貼合進(jìn)而發(fā)生泄漏的原因。

2.4 機(jī)械密封彈性元件選型不當(dāng)導(dǎo)致密封泄漏的故障剖析

在旋轉(zhuǎn)設(shè)備的陣發(fā)性泄漏故障中，旋轉(zhuǎn)設(shè)備密封的轉(zhuǎn)子在周期性的運(yùn)動規(guī)律下發(fā)生振動，另外旋轉(zhuǎn)設(shè)備的軸在運(yùn)動方向上的竄動量過大也會發(fā)生介質(zhì)泄漏。這是因?yàn)闄C(jī)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(zhì)量提出了更高要求，必須要具有合理的壓縮形變量，從而當(dāng)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(zhuǎn)。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(shí)現(xiàn)，從而保證軸的竄動在可控制的范圍之內(nèi)。但是由于彈簧設(shè)計(jì)的不達(dá)標(biāo)不可靠，造成軸的竄動失常，進(jìn)而發(fā)生泄漏。

3 機(jī)械密封故障的應(yīng)對措施

當(dāng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部的機(jī)械密封零件出現(xiàn)故障時，通常可以通過更換零部件來完成。但是如果是設(shè)計(jì)精度本身的問題則需要通過提高制造工藝標(biāo)準(zhǔn)才能完成，比如提高零件的機(jī)加工精度，采用更加先進(jìn)的加工設(shè)備。此外如果是泵體等旋轉(zhuǎn)設(shè)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(zhuǎn)設(shè)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(jī)械密封振動和發(fā)熱的應(yīng)對措施

當(dāng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的機(jī)械密封發(fā)生振動和發(fā)熱時，要根據(jù)振動和發(fā)熱不同的產(chǎn)生原因?qū)ΠY下藥。比如當(dāng)振動產(chǎn)生是由于旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部腔體和動靜環(huán)的接觸間隙太小時，就要通過增大旋轉(zhuǎn)設(shè)備密封腔內(nèi)部的直徑或者減小外部旋轉(zhuǎn)的直徑來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整到合適的間隙，并要至少做到大于0.75mm 的要求。而當(dāng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動和發(fā)熱的產(chǎn)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(shí)現(xiàn)，提高動靜環(huán)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(fā)生振動和發(fā)熱的概率，提高旋轉(zhuǎn)設(shè)備的密封性。

3.2 機(jī)械密封介質(zhì)泄漏的應(yīng)對措施

同樣，造成機(jī)械密封介質(zhì)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(yīng)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(yán)格按照安裝說明書的標(biāo)準(zhǔn)去操作，同時著重做好如下措施：(1)在安裝之前，技術(shù)人員需要對機(jī)械密封的所有接觸面進(jìn)行細(xì)致地擦拭，保證機(jī)械密封的零部件、擦拭介質(zhì)、安裝工具以及擦拭材料的整潔干凈，尤其是動靜環(huán)的接觸端面務(wù)必要使用合適的柔軟擦拭布進(jìn)行擦拭。(2)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的軸和密封端蓋等處的倒角要進(jìn)行修整，保證整體的光滑，使其對應(yīng)的圓角保證砂光亮潔。(3)在安裝機(jī)械密封的輔助密封裝置時，橡膠材質(zhì)的輔助密封圈嚴(yán)禁使用煤油和汽油進(jìn)行浸潤和洗滌，防止橡膠材質(zhì)的密封圈出現(xiàn)膨脹和形變的現(xiàn)象，降低其使用壽命。

3.3 有效利用清潔清洗等輔助系統(tǒng)

泵軸類的旋轉(zhuǎn)設(shè)備在工作的過程中，外部的雜質(zhì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)設(shè)備的密封腔體是不可避免的現(xiàn)象，這些混入其中的雜質(zhì)包括各種不同直徑不同材質(zhì)的固體顆粒物。因此，對旋轉(zhuǎn)設(shè)備的機(jī)械展開定期的清潔和維護(hù)保養(yǎng)便是一項(xiàng)提高旋轉(zhuǎn)設(shè)備機(jī)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(chǎn)生結(jié)晶，使得固體顆粒物和其他雜質(zhì)進(jìn)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(dāng)雜質(zhì)進(jìn)入到了摩擦副時，旋轉(zhuǎn)設(shè)備的機(jī)械密封將會很快地被摧毀。故而，適當(dāng)?shù)卣归_針對機(jī)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(hù)密封的端面，沖走雜質(zhì)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(jié)語

綜上所述，機(jī)械密封是現(xiàn)階段保證旋轉(zhuǎn)設(shè)備良好密封性的重要技術(shù)手段，對于提高旋轉(zhuǎn)設(shè)備的壽命和保證設(shè)備和人員的安全具有重要的保護(hù)意義。而由于各種內(nèi)外部的影響因素，機(jī)械密封也表現(xiàn)出了各種形變、發(fā)熱和振動的現(xiàn)象，因此，企業(yè)要根據(jù)這些機(jī)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(tǒng)，不斷提高旋轉(zhuǎn)設(shè)備機(jī)械密封的效果。