魏珊珊

（徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221006）

0 引言

機(jī)械密封件屬于精密、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的機(jī)械基礎(chǔ)元件之一，是各種泵類、反應(yīng)合成釜、透平壓縮機(jī)、潛水電機(jī)等設(shè)備的關(guān)鍵部件。其密封性能和使用壽命取決于許多因素，如選型、機(jī)器的精度、正確的安裝使用等。

選型的主要參數(shù)有：密封腔體壓力（MPa）、流體溫度（℃）、工作速度（m/s）、流體的特性以及安裝密封的有效空間等。

選型的基本原則為：1）根據(jù)密封腔體壓力，確定密封結(jié)構(gòu)采用平衡型或非平衡型，單端面或雙端面等；2）根據(jù)工作速度，確定采用旋轉(zhuǎn)式或靜止式，流體動(dòng)壓式或非接觸型；3）根據(jù)溫度及流體性質(zhì)，確定摩擦副和輔助密封材料，以及正確選擇潤(rùn)滑、沖洗、保溫、冷卻等機(jī)械密封循環(huán)保護(hù)系統(tǒng)等；4）根據(jù)安裝密封的有效空間，確定采用多彈簧或單彈簧或波形彈簧，內(nèi)裝式或外裝式。

1 機(jī)械密封安裝、使用技術(shù)要領(lǐng)

1）設(shè)備的密封部位在安裝時(shí)應(yīng)保持清潔，密封零件應(yīng)進(jìn)行清洗，密封端面完好無(wú)損，防止雜質(zhì)和灰塵帶入密封部位；

2）設(shè)備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動(dòng)應(yīng)≤0.04毫米，軸向竄動(dòng)量不允許大于0.1毫米；

3）安裝時(shí)在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機(jī)械油，以便能順利安裝；

4）在安裝過(guò)程中嚴(yán)禁碰擊、敲打，以免使機(jī)械密封摩擦付破損而密封失效；

5）安裝靜環(huán)壓蓋時(shí)，擰緊螺絲必須受力均勻，保證靜環(huán)端面與軸心線的垂直要求；

6）安裝后用手盤動(dòng)轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸應(yīng)無(wú)輕重感覺(jué)；

7）安裝后用手推動(dòng)動(dòng)環(huán)，能使動(dòng)環(huán)在軸上靈活移動(dòng)，并有一定彈性；

8）設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)前必須充滿介質(zhì)，以防止干摩擦而使密封失效。

2 機(jī)械密封的故障分析與應(yīng)對(duì)措施

一般機(jī)械密封分析時(shí)常見的密封故障原因，通常是經(jīng)過(guò)分析使用中經(jīng)歷的過(guò)程而得來(lái)的。

a）密封工作時(shí)氣震（飛濺和濺射）；b）密封泄漏和格蘭結(jié)冰；c）密封面穩(wěn)定滴漏；d）工作時(shí)密封尖叫；e）格蘭外側(cè)有石墨環(huán)粉積聚；f）泵和（或）軸振動(dòng)；g）密封壽命短。

1）干運(yùn)轉(zhuǎn)，端面間液體不足或無(wú)液體。

癥狀：靜環(huán)有嚴(yán)重的磨損和凹槽。硬環(huán)表面有擦亮痕跡，或有徑向裂紋（熱裂）和變色。膠圈硬化。石墨環(huán)有唱片狀溝紋。糾正措施：選用平衡型密封；選用導(dǎo)熱系數(shù)高的硬質(zhì)材料；檢查排氣情況；改善循環(huán)狀況。

2）汽化（閃蒸）當(dāng)密封面摩擦熱集聚時(shí)，端面間液膜發(fā)生局部沸騰。癥狀：密封發(fā)音或冒氣（間歇震蕩）。靜環(huán)被咬蝕，產(chǎn)生彗星狀紋理過(guò)程導(dǎo)致窄環(huán)外緣切邊。硬環(huán)發(fā)生熱裂。端面內(nèi)緣處有石墨粉塵堆積。糾正措施校核密封設(shè)計(jì)參數(shù)；改善循環(huán)狀況。

3）端面變形。癥狀：機(jī)泵啟動(dòng)時(shí)，密封發(fā)生泄漏且泄漏量隨時(shí)間變化。將端面在平臺(tái)上輕研，有變形痕跡。糾正措施：自然時(shí)效變形，重新研磨；裝配不當(dāng)，重新仔細(xì)裝配；機(jī)泵對(duì)中不良、軸承損壞，調(diào)整機(jī)泵。

4）皰疤。高黏度液體端面間的剪切應(yīng)力超過(guò)石墨的破壞強(qiáng)度。停泵時(shí)，由于溫度下降液體黏度增大使泵重新啟動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題。癥狀：碳石墨顆粒從端面脫出；硬環(huán)有拋光痕跡；在細(xì)小間隙中殘留石墨顆粒。糾正措施：檢查循環(huán)情況；采用15～30min的蒸氣預(yù)熱或※低壓蒸汽保溫。

5）磨粒磨損。介質(zhì)中含有磨削性固體顆粒。癥狀：固體顆粒殘留或堆積在端面和細(xì)小間隙等處。糾正措施：采用耐磨材質(zhì)作為端面；改善循環(huán)條件：旋液分離器、外部潔凈沖洗。

6）結(jié)焦。高溫?zé)N常出現(xiàn)結(jié)焦故障。液膜泄漏量小時(shí)，密封的大氣側(cè)就有結(jié)焦傾向，它將阻撓端面的追隨，并造成端面磨損。癥狀：固體顆粒集聚在滑動(dòng)件的大氣側(cè)。糾正措施：改軟質(zhì)端面為硬質(zhì)端面；采用熱水、蒸汽或溶劑作為永久性急冷。

7）滑移直徑損壞。在振動(dòng)和腐蝕情況下，使端面失去追隨性。微震磨損和電化腐蝕。癥狀：滑移直徑上在滑移輔助密封圈附近出現(xiàn)嚴(yán)重的麻點(diǎn)和腐蝕（腐蝕氧化層無(wú)法形成）。糾正措施：檢查泵和電機(jī)的對(duì)中性、消除震動(dòng)、軸承故障以及軸是否彎曲；滑移直徑淬硬或噴涂陶瓷。

8）彈簧變形和斷裂。出現(xiàn)在依靠彈簧傳遞扭矩的單彈簧密封中。癥狀：彈簧斷面處有徑向裂紋。彈簧末端和軸套上有磨痕并由于彈簧打滑而留有縮徑。糾正措施：檢查旋向是否正確。

9）波紋管的斷裂。焊菇，熱影響區(qū)，基體。癥狀：焊菇部位斷裂，屬于焊接質(zhì)量問(wèn)題。熱影響區(qū)部位斷裂首先是因?yàn)檫@一部分是應(yīng)力集中區(qū)，交變載荷引發(fā)密封工作時(shí)的疲勞損傷。奧氏體不銹鋼如316L熱影響區(qū)在焊接高溫作用下，硬度下降，在載荷作用下導(dǎo)致破壞。波片基體斷裂較少見，且僅出現(xiàn)在奧氏體應(yīng)力腐蝕。波紋管在沖壓，焊接等工作過(guò)程中必然殘存應(yīng)力，當(dāng)遇到鹵素離子時(shí)會(huì)沿應(yīng)力方向出現(xiàn)腐蝕，導(dǎo)致材質(zhì)強(qiáng)度下降破壞。糾正措施：提高焊接質(zhì)量。改變波形，將應(yīng)力作用范圍分散，避免過(guò)于集中在熱影響區(qū)。采用馬氏體鋼等成品熱影響區(qū)硬度不變的材料。避免應(yīng)力腐蝕，應(yīng)選擇適當(dāng)材質(zhì)。

10）石墨環(huán)（或陶瓷）斷裂。聚四氟乙烯o型圈的摩擦力小，靜環(huán)隨著動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，接觸銷釘后破碎。癥狀在銷釘槽處的石墨環(huán)開裂或打掉一塊。糾正措施制作銷釘套；采用其他類型密封圈或靜環(huán)結(jié)構(gòu)。o型圈過(guò)熱：通常由于端面熱量傳導(dǎo)不利導(dǎo)致。癥狀：橡膠圈硬化、開裂。聚四氟乙烯變藍(lán)或變黑?？拷芊舛嗣娴那闆r最嚴(yán)重。糾正措施校核密封設(shè)計(jì)；檢查并改善循環(huán)狀況。o型圈擠，o型圈的一部分被強(qiáng)行通過(guò)很小的縫隙。裝配或組裝元件時(shí)用力過(guò)大，或密封間隙過(guò)大。癥狀o型圈被切割或撕破外皮。糾正措施：檢查裝配方法。o型圈腐蝕、溶脹、癥狀、材質(zhì)選用不合適時(shí)，會(huì)發(fā)生溶脹、斷裂、變形等故障。糾正措施依據(jù)實(shí)際工況，重新選擇材質(zhì)。

11）石墨沖蝕（元件）當(dāng)沖洗液壓力過(guò)大或含有磨削性顆粒。癥狀：在沖洗液入口正對(duì)的元件處有沖蝕坑槽。糾正措施降低沖洗液壓力；采用旋液分離器。抽空：系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大或密封端面處產(chǎn)生氣蝕癥狀：端面圓處掉渣，圓周呈波紋狀，o型圈擠出，靜環(huán)離位。糾正措施：改變系統(tǒng)操作工藝，加大沖洗量。

3 機(jī)械密封日常運(yùn)行和維護(hù)問(wèn)題

1）啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)

a）全面檢查機(jī)械密封，以及附屬裝置和管線安裝是否齊全，是否符合技術(shù)要求。b）機(jī)械密封啟動(dòng)前進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，檢查機(jī)械密封是否有泄漏現(xiàn)象。若泄漏較多，應(yīng)查清原因設(shè)法消除。如仍無(wú)效，則應(yīng)拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗(yàn)壓力用2-3公斤/平方厘米。c）按泵旋向盤車，檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動(dòng)時(shí)，則應(yīng)檢查裝配尺寸是否錯(cuò)誤，安裝是否合理。

2）安裝與停運(yùn)

a）啟動(dòng)前應(yīng)保持密封腔內(nèi)充滿液體。對(duì)于輸送凝固的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動(dòng)前必須盤車，以防止突然啟動(dòng)而造成軟環(huán)碎裂。b）對(duì)于利用泵外封油系統(tǒng)的機(jī)械密封，應(yīng)先啟動(dòng)封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng)。c）熱油泵停運(yùn)后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水，應(yīng)待端面密封處油溫降到80度以下時(shí)，才可以停止冷卻水，以免損壞密封零件。

3）運(yùn)轉(zhuǎn)

a）泵啟動(dòng)后若有輕微泄漏現(xiàn)象，應(yīng)觀察一段時(shí)間。如連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)，泄漏量仍不減小，則應(yīng)停泵檢查。b）泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn)，壓力波動(dòng)不大于1公斤/平方厘米。c）泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，應(yīng)避免發(fā)生抽空現(xiàn)象，以免造成密封面干摩擦及密封破

機(jī)械密封本身是一種要求較高的精密部件，對(duì)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、裝配質(zhì)量都有很高的要求。大量實(shí)踐表明，引起密封故障的原因是復(fù)雜的，多方面的。因此，對(duì)密封失效的維修要在正確診斷失效原因的基礎(chǔ)上，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行維修，并且要詳細(xì)分析各種影響機(jī)械密封失效的因素，按照規(guī)定的使用條件和范圍選用機(jī)械密封，才能保證機(jī)械密封的良好運(yùn)[1]行。

［1] 聶立平．機(jī)械密封失效的原因分析[J] ．工業(yè)技術(shù),2009(15).

［2] 王鵬,李文樂(lè),楊延翔,等.歐盟REACH法規(guī)實(shí)施進(jìn)展及中國(guó)石油應(yīng)對(duì)情況[J] .當(dāng)代石油石化,2010,6:27-31.

［3] 顧永泉．機(jī)械密封實(shí)用手冊(cè)[S] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005．