馬永曉

【摘 要】在生產(chǎn)過(guò)程中，引起機(jī)械密封泄漏失效的因素往往不是其本身造成的，安裝及使用過(guò)程中不正確的操作都會(huì)引起密封泄漏失效，針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)機(jī)械密封的泄露故障表現(xiàn)歸納、總結(jié)，研究分析了其產(chǎn)生原因，為解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題會(huì)提供支持。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械密封；泄露失效；安全可靠；經(jīng)濟(jì)合理；使用壽命；端面磨損

0 引言

機(jī)械密封由于其有著工作可靠，泄漏量少、使用壽命長(zhǎng)，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在煉油、化工、核電、航空等工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別在石化企業(yè)中它對(duì)整臺(tái)機(jī)器設(shè)備、整套裝置，甚至整個(gè)工廠的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)地運(yùn)行起到了關(guān)鍵的作用。

1 靜壓試驗(yàn)時(shí)泄漏

機(jī)械密封在安裝時(shí)由于不細(xì)心，往往會(huì)使密封端面被碰傷、變形、損壞，清理不凈、夾有顆粒狀雜質(zhì)，或是由于定位螺釘松動(dòng)、壓蓋沒(méi)有壓緊，機(jī)器、設(shè)備精度不夠，使密封面沒(méi)有完全貼合，都會(huì)造成介質(zhì)泄漏。如果是軸套漏，則是軸套密封圈裝配時(shí)未被壓緊或壓縮量不夠或損壞。

2 周期性或陣發(fā)性泄漏

機(jī)械密封的轉(zhuǎn)子組件周期性振動(dòng)、軸向竄動(dòng)量太大，都會(huì)造成泄漏。機(jī)械密封的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機(jī)械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個(gè)推力，旋轉(zhuǎn)起來(lái)使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個(gè)比壓，機(jī)械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.25mm以內(nèi)。但在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于設(shè)計(jì)的不合理，往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量，對(duì)機(jī)械密封的使用是非常不利的。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）摩擦痕跡大于端面寬度；

（2）摩擦痕跡小于端面寬度；

（3）硬環(huán)上無(wú)摩擦痕跡。

3 機(jī)械密封的經(jīng)常性泄漏

第一方面，由于密封端面損傷引起的經(jīng)常性泄漏。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）石墨端面出現(xiàn)均勻的環(huán)狀溝紋

（1）端面液膜汽化，介質(zhì)工作溫度高，摩擦熱產(chǎn)生汽化；

（2）端面高溫使浸樹(shù)脂石墨性能下降；

（3）非平衡型機(jī)械密封，K大，PV值高，大量摩擦熱產(chǎn)生汽化；

（4）介質(zhì)潤(rùn)滑性不良（液態(tài)烴、熱水）；

（5）抽空和汽蝕，引起干摩擦或半干摩擦，使溝紋深一些；

2）石墨端面中間產(chǎn)生環(huán)狀深溝

端面過(guò)熱過(guò)載，石墨撕裂附在硬環(huán)上磨損石墨，發(fā)生粘著磨損。

3）石墨內(nèi)緣磨損

高溫泵密封，壓蓋通冷卻水，高溫下冷卻水結(jié)垢，磨掉石墨內(nèi)緣，同時(shí)動(dòng)環(huán)堵塞，無(wú)補(bǔ)償性。

4）石墨環(huán)臺(tái)階過(guò)早全磨掉

（1）介質(zhì)潤(rùn)滑性差（如丁烯等），非平衡型機(jī)械密封，無(wú)沖洗、冷卻；

（2）石墨質(zhì)量差，質(zhì)地粗，不耐磨。

5）石墨環(huán)外緣出現(xiàn)缺口

沖洗量過(guò)大，沖洗孔正對(duì)著石墨，石墨環(huán)被沖蝕出現(xiàn)缺口。

6）石墨環(huán)斷裂

對(duì)于輕烴類介質(zhì)，由于直徑較大，沒(méi)有沖洗等輔助設(shè)施，PV值大，摩擦熱不易散失，密封面間汽化，使石墨環(huán)溫度升高。因石墨傳熱好，使輔助密封圈升溫膨脹（PTFE），擠壓力大。同時(shí)密封端面附近存在膨脹熱應(yīng)力。二力作用，使石墨斷裂。

7）石墨環(huán)出現(xiàn)蝕坑（1-5mm大小不等，形狀不規(guī)則）

多發(fā)生在高粘度介質(zhì)（如100℃左右的渣油）泵上，因表面受擠壓應(yīng)力，同時(shí)又處于滑動(dòng)狀態(tài)。石墨表面內(nèi)部受剪切應(yīng)力。粘度越大，摩擦力越大，剪切應(yīng)力越大，當(dāng)超過(guò)石墨強(qiáng)度時(shí)，表面發(fā)生剝落，表現(xiàn)出來(lái)就出現(xiàn)蝕坑。

8）硬質(zhì)合金表面灼傷和裂紋

密封面上有環(huán)狀溝紋是由于密封表面汽化的結(jié)果（密封腔中仍為液態(tài)），那么，表面灼傷，產(chǎn)生熱裂紋則是密封腔中液體已經(jīng)汽化或抽空，即摩擦副屬于干或半干摩擦，表面溫度急劇升高，摩擦副過(guò)熱，一旦液體重新出現(xiàn)，摩擦副被急劇冷卻，產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力。對(duì)于導(dǎo)熱性好和強(qiáng)度高的材料，會(huì)出現(xiàn)擦亮和變色的痕跡。有時(shí)在密封表面出現(xiàn)裂紋，對(duì)導(dǎo)熱性差，強(qiáng)度低的材料表面出現(xiàn)徑向裂紋。

無(wú)論哪中材料在環(huán)表面都會(huì)出現(xiàn)環(huán)狀溝紋。

第二方面，是輔助密封圈引起的經(jīng)常性泄漏，其原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）鑲嵌環(huán)松脫，端面磨損；

（2）4FV圈唇部卷邊（密封腔汽蝕產(chǎn)生）；

（3）4F由白色變成灰黃色，兩件粘在一起；橡膠出現(xiàn)龜裂粘在密封環(huán)上（泵抽空，密封面干摩擦所致）；

（4）僅僅靠徑向密封的密封圈，使用過(guò)程中，橡膠老化失彈，4F冷流變形，失去過(guò)盈量造成泄漏。

第三方面，是彈簧缺陷引起的泄漏。還包括轉(zhuǎn)子振動(dòng)引起的泄漏，傳動(dòng)、緊定和止推零件質(zhì)量不好或松動(dòng)引起泄漏，機(jī)械密封輔助機(jī)構(gòu)引起的泄漏，由于介質(zhì)的問(wèn)題引起的經(jīng)常性泄漏等。主要有以下幾點(diǎn)：

1）鑲嵌環(huán)松脫

在高溫泵（或PV值高的場(chǎng)合）鑲嵌環(huán)易松脫產(chǎn)生泄漏。如介質(zhì)為重油、渣油等，環(huán)與座之間有油漬，但磨損小（因潤(rùn)滑性好），如介質(zhì)是汽油，液態(tài)輕，環(huán)與座之間有磨損，但無(wú)油漬。

2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失效

密封的傳動(dòng)件常常是緊定螺釘，傳動(dòng)螺釘，傳動(dòng)銷，凸緣，拔叉，甚至是單只大彈簧，造成他們的失效常常是：（1）高溫使其松動(dòng)；（2）泵的汽蝕或非補(bǔ)償環(huán)安裝傾斜，造成振動(dòng)沖擊磨損；（3）端面比壓過(guò)高或頻繁大幅波動(dòng)；（4）組對(duì)不當(dāng)（易咬合）使摩擦系數(shù)高，潤(rùn)滑性不好；（5）開(kāi)、停車頻繁或受力過(guò)大。

3）焊接金屬波紋管故障，原因有：

（1）高溫失彈，高壓破裂；

（2）波片之間結(jié)焦、積碳，堵塞失彈（不能用于結(jié)焦、積碳和有結(jié)晶析出的泵中）；

（3）外裝式彈率小，打開(kāi)端面。

4 機(jī)械密封振動(dòng)偏大

機(jī)械密封振動(dòng)偏大，最終導(dǎo)致失去密封效果。但機(jī)械密封振動(dòng)偏大的原因往往不僅僅是機(jī)械密封本身的原因，泵的其它零部件也是產(chǎn)生振動(dòng)的根源，如泵軸設(shè)計(jì)不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大等原因。

5 泵抽空引起的密封泄漏

泵抽空是指葉輪內(nèi)發(fā)生汽蝕或泵內(nèi)沒(méi)有液體，以及漏進(jìn)氣體或液體汽化。此時(shí)，密封處于干或半干摩擦狀態(tài)。

（1）石墨環(huán)表而出現(xiàn)可目測(cè)的環(huán)狀溝紋；

（2）硬環(huán)（堆焊或噴涂）表面出現(xiàn)徑向裂紋；

（3）硬環(huán)（WC）出現(xiàn)環(huán)狀溝紋，有時(shí)出現(xiàn)徑向裂紋或斷裂；

（4）輔助密封圈變質(zhì)（橡膠老化，龜裂、4F變灰黃色，嚴(yán)重時(shí)兩件粘接在一起）；

（5）熱裝式環(huán)脫落。

6 密封腔中汽蝕引起的密封泄漏

密封腔汽蝕指在機(jī)封周圍產(chǎn)生激烈的水力震蕩，帶動(dòng)密封件發(fā)生迅速的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封遭到嚴(yán)重破壞，比泵抽空要嚴(yán)重得多。其失效現(xiàn)象，包括泵抽空產(chǎn)生的現(xiàn)象，另外，還有以下現(xiàn)象：

（1）靜環(huán)離位或防轉(zhuǎn)銷打彎；

（2）4F-V圈唇部卷邊；

（3）動(dòng)環(huán)被抽到傳動(dòng)座中卡住，彈簧失去作用；

（4）摩擦副中脆性材料（如SiC）因敲擊出現(xiàn)片狀剝落。

7 密封端面汽化造成密封泄漏

端面汽化是由于PV值過(guò)高，或高溫泵沒(méi)有輔助設(shè)施，或沖洗中斷（過(guò)濾網(wǎng)堵塞），以及高溫泵冷卻夾套水結(jié)垢，冷卻能力下降，泵入口壓力下降引起密封腔中壓力下降，在輕烴泵中輕組分的含量增加都可能產(chǎn)生端面汽化。密封腔中仍充滿液體沒(méi)有發(fā)生汽蝕，也沒(méi)有發(fā)生泵的抽空，其失效現(xiàn)象是：

（1）石墨環(huán)端面有均勻細(xì)小的環(huán)狀溝紋；

（2）硬環(huán)、堆焊也出現(xiàn)溝紋；

（3）WC環(huán)表面有局部擦亮，在熱水和輕烴介質(zhì)中有時(shí)也出現(xiàn)溝紋；

（4）硬環(huán)表面粘結(jié)小塊石墨，該小快石墨將石墨環(huán)表面磨出深溝。

8 泵振動(dòng)過(guò)大造成的密封泄漏

泵振動(dòng)過(guò)大沒(méi)有明顯失效現(xiàn)象，但對(duì)密封的可靠性和使用壽命有很大的影響，其程度取決于振動(dòng)的程度。

（1）密封工作不穩(wěn)定，有時(shí)兩端面打開(kāi)（尤其是平衡型機(jī)封），泄漏量大，縮短使用壽命；

（2）機(jī)械雜質(zhì)易進(jìn)入端面，加劇磨損，摩擦痕跡大于端面寬度；

（3）軸套和輔圈磨損加快，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)易損壞失效。

9 沒(méi)有沖洗的密封泄露故障

特別是在高溫?zé)嵊捅玫倪\(yùn)行過(guò)程中，如果沒(méi)有加裝密封沖洗系統(tǒng)，會(huì)嚴(yán)重影響密封的使用壽命。

（1）摩擦熱不能及時(shí)導(dǎo)走，摩擦副溫度高，密封端面易汽化，工作不穩(wěn)定，易失效；

（2）密封腔機(jī)械雜質(zhì)易進(jìn)入端面，端而出現(xiàn)溝紋而失效；

（3）泵葉輪內(nèi)汽蝕或泵抽空時(shí)，易損傷密封；

（4）彈簧周圍淤積雜質(zhì)，堵塞失彈；

（5）有些備用泵長(zhǎng)期不運(yùn)行，密封腔內(nèi)淤塞，致使盤車不動(dòng)。

10 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了機(jī)械密封失效產(chǎn)生的原因，并揭示了其發(fā)生機(jī)理，為實(shí)際生產(chǎn)中泄露問(wèn)題的快速查找以及泄露問(wèn)題的解決提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]賈淑芬，王志強(qiáng).機(jī)械密封失效分析與預(yù)防[J].中國(guó)氯堿，2002（8）：43-45.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]