化工泵機械密封選用及失效分析

劉衛(wèi)杰

摘? 要：介紹了機械密封的原理、結構和組成;重點對化工泵的泄漏點進行詳細分析，主要存在五處泄漏位置，關鍵是動密封點泄漏的處理。通過對機械密封的詳細介紹，提出日?；け脵C械密封失效的形式和原因的分析，提出日常機械密封維護中相應改進和選用。

關鍵詞：機械密封;泄漏;失效

中圖分類號：TQ051 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0061-02

Abstract： The principle， structure and composition of mechanical seal are introduced， and the leakage point of chemical pump is analyzed in detail. there are mainly five leakage positions， the key is the treatment of leakage of dynamic sealing point. Through the detailed introduction of the mechanical seal， this paper puts forward the analysis of the failure forms and causes of the mechanical seal of the daily chemical pump， and puts forward the corresponding improvement and selection in the daily mechanical seal maintenance.

Keywords： mechanical seal; leakage; failure

隨著社會的進步，環(huán)保要求越來越高，企業(yè)生產(chǎn)過程中更加注重對環(huán)保的保護工作。在化工企業(yè)中，接觸的介質較多，尤其是腐蝕介質，要杜絕跑冒漏問題，因此在化工泵的選用過程中，要求在日常生產(chǎn)過程中做到無泄漏。因此目前多數(shù)化工泵的密封方式均采用機械式密封的方式?；け貌捎脵C械式密封結構相較于填料密封，其具有更好的密封性能，并且消耗的功率更低，在線使用時間更長，因為有緩沖彈簧所以緩沖性能更好，具有更加廣泛的應用地方。其與填料密封相比結構更復雜，加工精度和安裝要求更嚴格，另外對于安裝人員的素質和技術水平要求更高。因此，找出機械密封泄露的真正原因加以解決，具有較實用的意義，可大大增強機封在線的使用壽命。

1 機械密封的簡介

機械密封又稱為端面密封，其是由一對或多對垂直于泵軸的動靜環(huán)接觸面，在泵內介質壓力和補償彈簧力的共同作用下，保持貼合并相對轉動，防止液體從接觸面泄露的密封裝置。主要用于泵、壓縮機、液壓傳動和其他類似設備的旋轉軸的密封。它的主要功能是將易泄漏的軸向密封改變?yōu)檩^難泄漏的端面機械密封。工作過程中，在動靜環(huán)之間形成一層極薄的液體膜，一方面實現(xiàn)密封介質的作用，另一方面起到潤滑，減少摩擦副磨損的效果。

2 機械密封的結構和組成

機械式密封的制造型式種類較多，從結構上看也有很多區(qū)分的方法。通常是根據(jù)結構特點分類，主要分為以下幾種：根據(jù)機封卸載端面的方式，分為平衡型和非平衡型機械密封;按照機封彈簧是否隨軸一起轉動，分為旋轉式和靜止式機封;按照機封密封腔體內摩擦副的數(shù)量，分為單端面和雙端面機封;根據(jù)彈簧補償結構的不同，分為單彈簧和多彈簧機械密封;根據(jù)機封補償彈簧與介質是否直接接觸，分為內裝式和外裝式機械密封。但從機械密封的組成上講，它主要由4個基本單元組成：密封部分、緩沖補償部分、傳動部分和輔助密封部分。

（1）密封部分：由動環(huán)和靜環(huán)組成的端面形成的密封，其是機械密封最主要的密封面。

（2）緩沖補償部分：主要是以彈簧的彈力來緩沖動靜環(huán)之間的壓力波動，其是機封結構的重要組成部分。

（3）傳動部分：主要是由動環(huán)的固定銷和泵軸的軸套組成，可實現(xiàn)動環(huán)與泵軸一起旋轉。

（4）輔助密封部分：主要是由密封圈組成，實現(xiàn)密封端面外的密封。

3 機械密封原理及泄漏點分析

機械密封的動環(huán)由O型圈、彈簧、傳動座以及固定螺栓組成，將其固定在傳動軸上，隨其轉動。靜環(huán)主要由O型圈、防旋轉固定螺栓組成，將其固定的機封壓蓋上，其與泵殼為一體，是靜止的。機械密封安裝完成后，主要靠泵內介質的壓力和動環(huán)機構上彈簧的彈簧力共同作用下，將動環(huán)緊緊壓在靜環(huán)上。泵運轉時，動靜環(huán)之間由介質或沖洗液形成一層很薄的液體膜，實現(xiàn)機封無泄漏，這是機械密封的主密封。另外，機封靜環(huán)與機封壓蓋、機封壓蓋與泵殼、軸套與泵軸、軸套與動環(huán)之間的密封主要靠O型圈來實現(xiàn)。

由上所述機械密封的主要泄漏點有五處：（1）軸套與軸之間的密封，屬于靜密封點;（2）動環(huán)與軸套間之間的密封，屬于靜密封點;（3）動環(huán)與靜環(huán)的接觸面上的密封，屬于動密封點;（4）靜環(huán)與機械密封壓蓋間之間的密封，屬于靜密封點;（5）機械密封壓蓋與泵體間之間的密封，屬于靜密封點。

4 機械密封的特點

（1）相對填料密封，機械密封的密封效果更好更可靠，在正常使用情況下，可以實現(xiàn)無泄漏或者很少泄漏量，正常情況下，其泄漏率為填料密封的1%。相對填料密封而言，其缺點是在突然失效的情況下，會造成大量的泄漏，導致生產(chǎn)中斷。

（2）機械密封使用壽命相對較長，正常情況下，介質不含顆?；蚝w粒較低的情況下，可以連續(xù)運轉1～2年或更長時間，在運行過程中只需注重冷卻管的沖洗及一些簡單維護即可，不需要進行維修。

（3）機械密封通過摩擦副密封，且摩擦副之間有液膜潤滑，因此摩擦消耗的功率低，約為填料密封的10%～50%，且軸與軸套之間不受磨損。

（4）機械密封相較填料密封，制作精度要求較高。動靜環(huán)端面要求較高的精度和粗糙度，相反對軸的精度和粗糙度要求較低。摩擦副和其他元件材料需根據(jù)介質來選配，難度較大，選配不合理，機械密封極易失效。

（5）機械密封的安裝需要一定的安裝技術，成本較高。

5 化工泵機械密封失效原因分析

（1）端面破損。機械密封密封端面的損壞形式多樣，比如動環(huán)和靜環(huán)因長時間運轉，自然磨損;機械密封摩擦副材質選取不當，造成機械密封摩擦副磨損較快;機械密封端面在安裝過程中劃傷和磕碰造成損傷;動靜環(huán)之間有異物;碳化硅、石墨等易碎材質的端面在運轉過程中因表面有顆?；蛟O備振動大造成破損等。因此，在機械密封選型過程中，要根據(jù)介質的成分、溫度、壓力等綜合考慮，選擇最適合的機械密封。

（2）端面不平。機械密封有嚴格的設計要求，一般情況下，如果機械密封滿足工況使用要求的情況下，運轉設備長時間停用重新開啟，機械密封端面粘結有雜質顆?；蚪Y晶物質時，將會導致機械密封泄漏，這種情況只需清理掉雜物即可，不需更換機械密封。另外部分機械密封端面不平可根據(jù)磨損情況，進行研磨和拋光，也可繼續(xù)在現(xiàn)場使用，達到降成本的目的。

（3）機械密封的彈簧補償力太低。機械密封的彈簧不起作用也是造成機械密封泄露較為多見的原因。多簧式機械密封的部分彈簧失效造成受力不均;彈簧在高溫環(huán)境中長時間運行，彈性降低;彈簧在焦油等粘性介質中造成黏連等均會造成彈簧的失效，從而造成設備的泄漏;密封圈長時間使用其耐磨性、抗腐蝕性、耐極冷即熱性、抗老化性能變差，造成密封圈提前發(fā)生硬化、破裂、溶解、變形等情況，進而導致密封圈彈性降低或破損，引發(fā)介質的泄漏;另外固定動靜環(huán)的防轉銷出現(xiàn)松動錯位、在使用過程中斷掉或者安裝時位置偏差較大，造成機械密封動靜環(huán)壓緊力降低，低于介質所需的緊壓力時，會造成機械密封泄漏。

（4）機械密封材質不符。機械密封常見的密封環(huán)主要有石墨、聚四氟乙烯、青銅、合金鋼、碳化硅等，要根據(jù)介質選擇符合現(xiàn)場要求材質的機械密封。如果現(xiàn)場介質腐蝕性較強，選擇合金鋼的密封環(huán)，機械密封在運轉極短時間內，就可能失效，甚至造成損壞設備的現(xiàn)象。機械密封的密封環(huán)要求聚四氟乙烯，在安裝過程中，安裝的普通橡膠材質密封環(huán)，在運轉中也將造成機械密封的泄漏。因此要根據(jù)介質選擇適合的材質，一旦選擇不好，將造成頻繁的檢修，增大勞動強度，也導致成本升高。

（5）安裝質量缺陷。在機械式密封的使用和安裝過程過程中，最重要的是注意安裝過程中保護機械密封動靜環(huán)的接觸面。機械密封端面需要用棉紗擦拭干凈，檢查機械密封端面有無崩邊、點坑、溝槽、劃痕、裂紋、是否光潔明亮等缺陷。機械式密封動靜環(huán)O型圈表面不得存在凹凸不平、汽泡、雜志等缺陷以及老化跡象。機械密封的端面和O型圈的加工粗糙度和行位公差是否滿足設計規(guī)定。在泵軸、機封配套的軸套上、安裝機械密封的表面、密封端蓋內表面需要提前涂上一層潤滑油，便于安裝，用手壓迫動環(huán)或靜環(huán)組件，組件的浮動應無卡澀感。保證動環(huán)和軸垂直偏差尺寸等，安裝過程中，要嚴格按照安裝規(guī)范進行，一旦檢查不到位，機械密封質量不達標或安裝不合適，均會造成介質泄漏，需重新拆檢費時費力。另外在機械密封出現(xiàn)間歇性泄漏情況時，要細致分析原因，是由于機械密封失效、操作不穩(wěn)定、軸向竄動量較大等什么原因造成的，要根據(jù)實際情況去解決，才能從根源上解決介質泄漏的問題。

（6）設備空運轉。設備最忌諱空運轉，在操作過程中，要確保先開打入口截門，防止離心泵將泵腔內介質抽空，導致泵腔內出現(xiàn)負壓的情況。如果這是機械密封的彈簧力偏弱，會造成靜環(huán)脫離機械密封端蓋，且會在軸上旋轉某一角度，造成機械密封失效，引起介質泄漏。一旦長時間空運轉，機械密封的輔助沖洗系統(tǒng)中沒有介質，該項設計起不到潤滑、冷卻、沖走端面雜物的作用，在密封端面形成不了液膜，造成摩擦副直接接觸摩擦，局部過熱，會導致機械密封端面損壞，將會加劇介質泄漏。另外輔助系統(tǒng)內沖洗液壓力不足、壓力不夠、沖洗位置設計不合適、沖洗液含顆粒雜質等均會影響機械密封的密封效果。

6 結束語

綜上所述，從機械密封的結構、泄漏點分析到機械密封的失效形式，根據(jù)現(xiàn)場的使用做了適當?shù)姆治?，從而提高對機械密封的認識和后續(xù)的應用。機械密封仍是一種較高的密封原件，選用得當，就能保證設備高效、安全的運行，從而為企業(yè)帶來更多的效益。

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