机械密封故障的改善策略分析

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机械密封故障的改善策略分析

摘要：密封技术广泛的应用于泵等机械，是一种高精度的装置。本文在简述机械密封结构以及工作原理的基础上，对机械密封故障进行具体说明，并分析导致故障出现的内外部影响因素，最后针对机械密封故障出现的具体因素提出改善策略。

关键词：机械密封；故障；因素；改善；策略

1　引言

       机械密封因为泄漏量少、摩擦功耗低、密封可靠、使用周期长等优点，能够满足多种工况需求而被广泛的应用于泵、压缩机、反应釜等机械设备中。性能良好的机械密封能够为生产装置的长周期性安全平稳运行提高物质保障。在机械的运行过程中，受内外部因素的影响，很容易产生机械密封故障，严重的还会导致重大安全事故。因此，必须重视机械密封的故障问题，从根源上分析产生故障的原因，并以此提出改善措施，这样才能既延长机械密封的寿命，又节约资源。

2　机械密封的结构和工作原理

　　机械密封，或者称为端面密封，是一种限制工作流体沿转轴泄露的、无填料的轴封装置。机械密封由至少一对垂直于旋转轴线的端面在液体压力或者补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封的主要作用是将容易泄露的轴向密封改为难以泄露的端面密封，这也是机械密封的设计总原理。

　　机械密封一般由四部件组成：①主要部件是动环和静环。动环凭借密封室中的液体压力紧压在静环端面上，并随泵轴一起旋转。动环和静环紧密贴合形成密封面，防止介质泄露。②压紧元件。压紧元件主要是弹簧、推环、波纹管等，压紧元件能够产生压力，可以保证泵在任何状态下都保持端面贴合，防止介质外漏或者杂质进入密封端面。③密封元件。密封元件是指密封圈等。密封元件的作用主要是密封动环与轴之间的缝隙、静环与压盖之间的缝隙，同时能够缓冲压紧元件对泵的振动、冲击。④传送件。弹箕座及键或各种螺钉。

　　机械密封主要有弹簧式机械密封和焊接金属波纹管机械密封两种，弹簧式机械密封一直是机械密封的主流，然而，由于弹簧式机械密封存在着不可避免的缺陷，而随着微束弧等离子焊接工艺技术的发展，焊接金属波纹管机械密封极好的浮动性的优点日益凸显，显示出比弹簧式机械密封更为优良的性能，有逐步取代弹簧式机械密封的趋势。

3　机械密封的要求

　　机械密封在运行中是与其他零部件一起组合起来共同运作的，机械密封的正常运行不仅与其本身的性能有关系，而且与外部环境息息相关。然而，我们必须首先保证机械密封本身的部件性能、密封装置和安装技术的要求，这是机械密封能够运行的基础。

　　首先，机械密封对元件的要求必须得到保证。机械密封的最主要部件是密封环，即动环和静环，它们决定了机械密封的使用性能和寿命。密封环必须具备足够的强度、刚度、硬度和耐腐蚀性，在高温高压和滑动速度等不良工作环境下能保证不损坏、变形尽量小，在工作条件波动的情况下仍能保持密封性；密封环应具备较高的导热系数和较小的热膨胀吸收，在承受高热时不至于开裂，能够耐得住高热冲击；密封环应具备较小的摩擦系数和良好的自润滑性，密封环的材料和密封流体还要具有良好的浸润性；在发生短时间干摩擦时不至于损伤密封端面；密封环要简单、对称并尽可能选择整体型结构或组合式，尽量避免用密封端面喷涂式结构。

　　其次，机械密封的安装要符合要求。在安装过程中避免出现偏差，遵循安装顺序，要先安装紧压盖，在联轴器上找正后再进行，螺栓应均匀上支，防止压盖端面偏斜，用塞尺检查各点，其误差不大于0.05毫米，上紧后还要检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙，四周要均匀，用塞尺检查各点允差不大于0.01毫米：其次弹簧压缩量要按规定进行，不能过大或过小，过大会增加端面比压，加速端面磨损，过小会造成比压不足而不能起到密封作用。一般要求误差2.00毫米；动环安装后，将动环压向弹簧后应能立即自动弹回来。

　　再次，拆卸机械密封时，严禁用手锤和扁铲，以免损伤密封元件。若结垢导致拆卸不下时，应清洗干净后再进行拆卸：在泵两端都采用机械密封的情况下，拆卸时应主要互相照顾，防止顾此失彼：对于运行过时的机械密封，如果压盖松动，密封发生移动，那么接触面的密封性已经有极大可能遭到破坏，这种情况下动环和静环必须更换，不能重新上紧机械使用。

4　机械密封出现的故障分析

　　机械密封故障是机械密封运行中不可避免的问题。主要故障表现为振动、发热、磨损，最终出现介质泄漏。根据机械密封的结构和工作原理，结合生产实践分析，导致机械密封故障的因素主要有温度、压力、被密封介质等。

4.1　高温导致机械密封故障

       当密封室内的温度超过一定的数值时，端面摩擦产生的热就不能够排出，这时密封端面的温度过高，产生干摩擦，密封环摩擦副环会因为干摩擦发生热变形和热裂。检修失效的密封环时，经常会发现有贯穿整个径向端面的裂纹和微沟，尤其是导热系数低的材料制作的摩擦副环更容易发生端面热裂。端面热裂产生的主要原因是密封端面的回转过程产生大量的摩擦热致使端面凹凸不平从而加速了磨损。热裂大多是径向的，加大了泄漏面积，改变了端面间的眼里分布，致使机械密封丧失了严密性，导致端面泄漏增加。

4.2　压力过大致使机械密封发生故障

        影响机械密封的压力主要是密封室内介质的压力。当密封室内的压力超过一定数值时。会导致密封端面压力过大，液膜难以形成，密封端面会因此产生严重的磨损，发热量加大，进而导致机械密封故障。

4.3　密封室内介质引起的机械密封故障

       被密封的介质对机械密封的影响很大，如含杂质、颗粒的介质进入密封室，会划伤密封面或者破坏液膜的连续性，使密封磨损严重，直接威胁机械密封的寿命。如果介质内的杂质在密封环、补偿环内沉淀，则会影响补偿环的浮动性，若杂质沉积在弹簧上，则会影响弹簧弹性，使弹簧失去作用。

4.4　两密封端面失去润滑膜而造成的机械密封故障

       润滑膜的丧失会导致端面的抗摩擦性和抗热性极度下降，出现端面裂纹，产生机械密封故障。导致润滑膜丧失的主要原因有：端面密封载荷的存在导致密封室内缺乏液体，启动机械时发生干摩擦；密封室内介质低于饱和蒸汽压力，使端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；密封室内的介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢时，端面摩擦和旋转元件的搅拌液体产生热量导致介质的饱和蒸汽压上升，造成介质压力低于饱和蒸汽压的状况。

4.5 腐蚀引起的机械密封故障

       腐蚀是威胁机械密封的一大不可忽视因素。腐蚀会使机械密封的零部件损坏，产生严重的机械密封事故。主要表现为：密封端面出现点蚀，甚至穿透；碳化钨环和不锈钢座等焊接，使用中不锈钢易产生晶间腐蚀；焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂。

4.6 其他因素导致的机械密封故障

在机械密封使用过程中，存在机械密封在设计、安装质量等不符合要求的地方，这些都是导致机械密封故障出现的不可忽视因素。

5　机械密封故障的改善策略

　　根据我国现阶段机械密封的使用现状，针对机械密封的结构和工作原理，在具体分析机械密封故障出现原因的基础上，本文认为，要对机械密封故障进行改善，首先要从机械密封设计上进行根本改善，然后针对出现的问题，采取具体措施解决。具体改善策略如下：

5.1　探索新形式，从根本上改善机械密封设计

       焊接金属波纹管机械密封具有代替弹簧式机械密封的趋势说明，机械密封能够通过改善设计，采取新的形式，避免故障的出现。随着各种工艺技术的不断成熟，我们有信心能够找到更加优良的机械密封设计方案，从而改善甚至完全避免现阶段机械密封出现的各种故障。机械密封新形式的形成，一方面依赖于不断进步的高科技和各种工艺技术，另一方面需要机械设计人员不断的探索，创新思想观念，改变思维方式，以新的角度和新的方法去设计机械密封。

5.2 具体问题具体分析，根据故障寻求改善策略

       对于机械密封故障的改善，应着手于故障本身，落实到具体故障改善策略上。

　　对于高温引起的机械密封故障，应采取冲洗措施以降低密封室温度，防止杂质的沉积，保证密封环不被固体颗粒磨损；安装冷却装置，保证密封室内的热能够及时传导出去，尽可能降低温度；选用耐高温的密封材料，建议使用聚四氟乙烯等有机材料；保持端面温度在介质汽化温度以下；有装配关系的地方应选取热膨胀系数相近的材料。

　　对于压力过大引起的机械密封故障，应尽量使密封端面受力合理，减少变形，减少端面宽度：采用高强度材料，尽量减少摩擦磨损：采用平衡性机械密封；选用可靠的传动方式，如键、销等连接方式。

　　对于介质引起的机械密封故障，应采取以下措施预防：保持两端面宽度相等，减少杂质在密封端面、补偿环等处的停留机会：采用高耐磨材料；定期内冲洗，避免杂质沉积；在机械密封进门口设置过滤器或者旋液分离器，防止杂质进入密封室内；采用波纹管结构防止泄漏颗粒在辅助密封圈处聚积，影响补偿环轴向浮动。

　　对于缺乏润滑而导致的机械密封故障，一方面应保证密封室内有液体存在，避免产生干摩擦：另一方面密封室内介质不能低于饱和蒸汽压力，避免闪蒸现象的出现。此外，尽量不选用易挥发的介质。

　　对于腐蚀造成的机械密封故障，选用耐腐蚀的材料：定期对机械密封的零部件进行维护保养：注意机械密封装置的放置环境，尽量不放置于腐蚀性的环境中：对于焊接部位应着重进行保养，一旦出现腐蚀立刻进行修正；防止介质和外力共同腐蚀机械密封零部件。

　　在机械密封的设计、安装、拆卸过程中，一定要注意符合要求规范，不要违规操作，防止机械密封故障的发生。

　　机械密封对于现代工业的作用越来越重要。只有在了解机械密封结构和工作原理的基础上，才能针对其出现的故障采取改善策略。这样才能保证机械密封的使用效果和正常运转，保证生产活动的顺利进行。

参 考 文 献

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[5]徐健，胡昌军.提高机械密封性能的方法探讨[J]池州师专学报

石化学院        贾永磊         安全工程         122085224002