周曉寧 中電投電力工程有限公司 上海 （200233）

泵用機械密封失效原因分析與檢修

周曉寧 中電投電力工程有限公司 上海 （200233）

對泵用機械密封失效的原因進行了全面的分析，提出了對機械的檢修和維護措施。

機械密封；失效；泄漏；組裝

1 引言

泵是工業(yè)領(lǐng)域最常用的機械設(shè)備之一，同樣也是重要的核心設(shè)備。泵用機械密封種類繁多，型號各異，但泄漏點主要有五處：軸套與軸間的密封、動環(huán)與軸套間的密封、動、靜環(huán)間密封、對靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封、密封端蓋與泵體間的密封[1]。

2 泵用機械密封失效原因分析

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(xì)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)摩擦副受破壞所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：

操作中，因抽空、氣蝕、憋壓等異常現(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；

動環(huán)密封圈過緊，彈簧無法調(diào)整動環(huán)的軸向浮動量；

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；

工作介質(zhì)中有顆粒狀物質(zhì)，運轉(zhuǎn)中進入摩擦副，擦傷動、靜環(huán)密封端面；

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

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；

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；

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 由于腐蝕而引起的機械密封失效

密封面點蝕，甚至穿透；

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；

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。

2.5 由于高溫效應(yīng)而產(chǎn)生的機械密封失效

熱裂是高溫油泵，如油渣泵、回?zé)捰捅?、常減壓塔底泵等最常見的失效現(xiàn)象。在密封面處由于干摩擦、冷卻水突然中斷，雜質(zhì)進入密封面、抽空等情況下，都會導(dǎo)致環(huán)面出現(xiàn)徑向裂紋；

石墨炭化是使用碳-石墨環(huán)時密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨環(huán)一旦超過使用溫度（一般在-105～250℃）時，其表面會析出樹脂，摩擦面附近樹脂會發(fā)生炭化，當(dāng)有粘結(jié)劑時，會發(fā)泡軟化，使密封面泄漏增加，密封失效；

輔助密封件（如氟橡膠、乙丙橡膠、全橡膠）在超過使用溫度后，將會迅速老化、龜裂、變硬失彈。現(xiàn)在所使用的柔性石墨耐高溫、耐腐蝕性較好，但其回彈性差。而且易脆裂，安裝時容易損壞[2]。

2.6 由于密封端面的磨損而造成的密封失效

摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系數(shù)大、端面比壓（包括彈簧比壓）過大等,都會縮短機械密封的使用壽命。對常用的材料，按耐磨性排列的次序為：碳化硅--碳石墨、硬質(zhì)合金--碳石墨、陶瓷--碳石墨、噴涂陶瓷--碳石墨、氮化硅陶瓷--碳石墨、高速鋼--碳石墨、堆焊硬質(zhì)合金--碳石墨。

對于含有固體顆粒介質(zhì)，密封面進入固體顆粒是導(dǎo)致使密封失效的主要原因。固體顆粒進入摩擦副端面起研磨劑作用，使密封發(fā)生劇烈磨損而失效。密封面合理的間隙，以及機械密封的平衡程度，還有密封端面液膜的閃蒸等都是造成端面打開而使固體顆粒進入的主要原因。

機械密封的平衡程度β也影響著密封的磨損。一般情況下，平衡程度β=75%左右最適宜。β＜75%，磨損量雖然降低，但泄漏增加，密封面打開的可能性增大。對于高負(fù)荷（高PV值）的機械密封，由于端面摩擦熱較大，β一般取65%～70%為宜，對低沸點的烴類介質(zhì)等，由于溫度對介質(zhì)氣化較敏感，為減少摩擦熱的影響，β取80%～85%為好。

2.7 因安裝、運轉(zhuǎn)或設(shè)備本身所產(chǎn)生的誤差而造成機械密封泄漏

由于安裝不良，造成機械密封泄漏。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

動、靜環(huán)接觸表面不平，安裝時碰傷、損壞；

動、靜環(huán)密封圈尺寸有誤、損壞或未被壓緊；

動、靜環(huán)表面有異物；

動、靜環(huán)V型密封圈方向裝反，或安裝時反邊；

軸套處泄漏，密封圈未裝或壓緊力不夠；

彈簧力不均勻，單彈簧不垂直，多彈簧長短不一；

密封腔端面與軸垂直度不夠；

軸套上密封圈活動處有腐蝕點。

設(shè)備在運轉(zhuǎn)中，機械密封發(fā)生泄漏的原因主要有：

泵葉輪軸向竄動量超過標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)軸發(fā)生周期性振動及工藝操作不穩(wěn)定，密封腔內(nèi)壓力經(jīng)常變化等均會導(dǎo)致密封周期性泄漏；

摩擦副損傷或變形而不能跑合引起泄漏；

密封圈材料選擇不當(dāng)，溶脹失彈；

大彈簧轉(zhuǎn)向不對；

設(shè)備運轉(zhuǎn)時振動太大；

動、靜環(huán)與軸套間形成水垢使彈簧失彈而不能補償密封面的磨損；

密封環(huán)發(fā)生龜裂等。

泵在停一段時間后再啟動時發(fā)生泄漏，這主要是因為摩擦副附近介質(zhì)的凝固、結(jié)晶，摩擦副上有水垢、彈簧腐蝕、阻塞而失彈。

泵軸擾度太大。

3 泵用機械密封的檢修和維護

要掌握機械密封檢修與維護，首先要知道機械密封的工作原理。機械密封是由兩塊密封元件（靜環(huán)與動環(huán)）垂直于軸的、光潔而平直的表面相互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而構(gòu)成的密封裝置。它是靠密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動環(huán)和靜環(huán)的接觸表面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個端面緊密結(jié)合，端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封目的的。這層液體膜具有液體動壓力與靜壓力，起著潤滑和平衡力的作用。泵機械密封的檢修工藝主要有以下幾個方面，如圖1。

3.1 機械密封的清掃與檢查

機械密封的工作原理要求機械密封內(nèi)部無任何雜質(zhì)。在組裝機械密封前要徹底清掃動環(huán)、靜環(huán)、軸套等部件。重點檢查：

1）動靜環(huán)（5、6）表面是否存在劃痕、裂紋等缺陷，這些缺陷存在會造成機械密封嚴(yán)重漏泄。有條件的可以用專用工具檢查密封面是否平整，密封面不平整，壓力水會進入組裝后機械密封的動靜環(huán)密封面，將動靜環(huán)分開，機械密封失效。必要時可以制作工裝在組裝前水壓試驗[3,4]。

2）檢查動靜環(huán)座（2）是否存在影響密封的缺陷。如動靜環(huán)座與動靜環(huán)密封膠圈配合表面是否存在傷痕等缺陷，我廠3＃機組汽動給水泵曾經(jīng)由于靜環(huán)座存在類似的缺陷而產(chǎn)生漏泄。

3）檢查機械密封補償彈簧（7）是否損壞及變形，倔強系數(shù)是否變化。

4）檢查密封軸套（8）是否存在毛刺、溝痕等缺陷。

5）清掃檢查所有密封膠圈是否存在裂紋、氣孔等缺陷，測量膠圈直徑是否在工差范圍內(nèi)。

具有泵送機構(gòu)的機械密封還要檢查螺旋泵的螺旋線是否存在裂紋、斷線等缺陷[5,6]。

3.2 機械密封組裝技術(shù)尺寸校核

機械密封檢修工藝較為復(fù)雜，要保證組裝后的機械密封無漏泄，機械密封技術(shù)尺寸的校核必不可少。

1）測量動環(huán)、靜環(huán)（5、6）密封面的尺寸。這項數(shù)據(jù)是用來驗證動靜環(huán)的徑向?qū)挾龋?dāng)選用不同的摩擦材料時，硬材料摩擦面徑向?qū)挾葢?yīng)比軟的大1－3mm，否則易造成硬材料端面的棱角嵌入軟材料的端面上去。

2）檢查動環(huán)、靜環(huán)（5、6）與軸或軸套（8）的間隙，靜環(huán)的內(nèi)徑一般比軸徑大1－2mm，對于動環(huán)，為保證浮動性，內(nèi)徑比軸徑大0.5－1mm，用以補償軸的振動與偏斜，但間隙不能太大，否則會使動環(huán)密封圈卡入而造成機械密封機能的破壞。

3）機械密封緊力的校核。我們通常講的機械密封緊力也就是端面比壓，端面比壓要合適，過大，將使機械密封摩擦面發(fā)熱，加速端面磨損，增加摩擦功率；過小，容易漏泄。端面比壓是在機械密封設(shè)計時確定的，我們在組裝時只能靠測量機械密封緊力來確定。通常情況的測量方法使測量安裝好的靜環(huán)端面至壓蓋（2）端面的垂直距離，在測量動環(huán)端面至壓蓋端面的垂直距離，兩者的差極為機械密封的緊力。

4）測量補償彈簧（7）的長度是否發(fā)生變化。彈簧性能的發(fā)生變化將會直接影響機械密封端面比壓。一般情況下彈簧在長時間運行后長度會縮短，補償彈簧在動環(huán)上的機械密封還會因為離心力的原因而變形。機組給水泵前置泵機械密封檢修過程中曾發(fā)現(xiàn)補償彈簧變短造成機械密封機能下降的情況。

5）測量靜環(huán)防轉(zhuǎn)銷子的長度及銷孔深度，防止銷子過長靜環(huán)不能組裝到位。這種情況出現(xiàn)會損壞機械密封[7]。

3.3 機械密封的組裝

經(jīng)過清掃檢查、技術(shù)尺寸校核后的機械密封即可回裝，在這個過程中要注意以下幾點：

1）組裝時所有密封圈應(yīng)該涂以肥皂水等潤滑劑，這樣可以避免組裝過程中損壞膠圈。動靜環(huán)的密封面之間涂以潤滑脂，防止動靜環(huán)密封面在水泵開車前磨損。

2）浮動環(huán)組裝時，一定要小心不要碰倒浮動環(huán)彈簧，以免彈簧碰倒后影響浮動環(huán)的浮動性能。

3）浮動環(huán)組裝后，可以輕輕按浮動環(huán)，以確定是否就有良好的浮動性能。

4）安裝密封時應(yīng)輕拿輕放，防止損壞密封件，安裝時應(yīng)將密封及腔體擦洗干凈。

5）緊固機械密封壓蓋時緊固螺栓應(yīng)均勻受力，防止受力不均損壞機械密封。對于快裝式機械密封在整體組裝完畢后一定不要忘記將定位片徑向移動道遠(yuǎn)離軸的位置固定[8,9]。

泵的機械密封按照以上三個步驟進行組裝，可以實現(xiàn)組裝后的機械密封無漏泄及其它問題的出現(xiàn)。但機械密封檢修過程中也要做到具體問題具體分析，因為機械密封所密封的介質(zhì)是不同的，涼水和熱水的溫度不同，密封的介質(zhì)是否具有腐蝕性，腔室內(nèi)壓力的不同，機械密封的設(shè)計就會不同，檢修工藝也會有所差別，這就需要我們在檢修工作中靈活應(yīng)變，只有這樣才能保證檢修質(zhì)量。

4 結(jié)語

泵用機械密封失效原因具有多樣性、復(fù)雜性，只有不斷在實踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)經(jīng)驗，才能找到機械密封失效的原因，從而采取有效地解決措施檢修維護，保障泵的安全、有效地運行。

［1］胡亞杰，王志強，趙永極.機械密封失效原因分析［J］橡塑技術(shù)裝備,2002(28):40-41

［2］暢瑞廷，薛紅平，李銳.分析機械密封失效的原因［J］山西建筑，2003（11）:125-125

［3］聶立平.機械密封失效的原因分析［J］工業(yè)技術(shù)，2009（15）:145-145

［4］來永斌，陳秀.機械密封失效的原因分析及裝配［J］潤滑與密封，2005（9）:163-164

［5］黃建平.機械密封失效的原因及常見故障處理［J］中國設(shè)備工程，2004（1）:56-57

［6］安改娣，張希任.機械密封失效的原因探討［J］內(nèi)蒙古石油化工，2008（1）:95-96

［7］王志強，王淑賢.機械密封失效的原因與預(yù)防［J］氧堿工業(yè)，2002(6):38-39

［8］侯艷萍.機械密封的失效分析及對策［J］現(xiàn)代制造工業(yè)，1998(2):54-55

［9］楊煒明，周志平.機械密封的失效因素分析及措施［J］潤滑與密封，2006(6):192-194

周曉寧（1983-）碩士研究生，控制理論與控制工程專業(yè)，助理工程師。中電投電力工程有限公司海陽核電項目部。

2011-8-5