宋麗華

【摘要】目前在化工機(jī)械泵中應(yīng)用的比較廣泛的是新型雙端面機(jī)械密封，屬于接觸式波紋管類的機(jī)械密封，機(jī)械端面之間的摩擦而產(chǎn)生的熱量將導(dǎo)致流體膜的結(jié)焦、機(jī)械密封環(huán)出現(xiàn)老化的現(xiàn)象、端面裂縫等，這些問(wèn)題會(huì)使得機(jī)械密封在機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，這些不僅會(huì)對(duì)機(jī)械造成損壞，同時(shí)還為石油化工的生產(chǎn)工作帶來(lái)了很大的隱患。本文主要是通過(guò)探究新型機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)引起機(jī)械密封失效的原因，然后提出提高機(jī)械密封性能的措施。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械密封密封面材料結(jié)構(gòu)腐蝕性磨損

在石油化工企業(yè)中，機(jī)械密封在流體機(jī)械和動(dòng)力機(jī)械中必須的零件部分，它在機(jī)械當(dāng)中的使用是必不可少的，對(duì)機(jī)器、設(shè)備等的安全性能有很大的影響。

一、新型機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封以其密封性能好、性能可靠、泄露小、使用周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在化工機(jī)泵中有著廣泛的應(yīng)用，并在不斷的發(fā)展中會(huì)成為了很多機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵元件。在石化工業(yè)當(dāng)中，機(jī)械密封廣泛的應(yīng)用于各種旋轉(zhuǎn)設(shè)備當(dāng)中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械密封的制造技術(shù)也越來(lái)越成熟，出現(xiàn)了例如波紋管型、窄環(huán)刃邊型等新型機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。

1.1波紋管型機(jī)械密封

彈性元件、輔助性的密封材料、轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)共同組成了波紋管這種密封元件，所以這種類型的密封元件不同于傳統(tǒng)的密封元件，它的使用是對(duì)彈簧和輔助密封的節(jié)省，減少密封元件。目前這類機(jī)械密封元件市場(chǎng)上有成型金屬波紋管和焊接金屬波紋管兩類機(jī)械密封。

1.2窄環(huán)刃邊型機(jī)械密封

這種密封元件在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)主要就是在將動(dòng)環(huán)的密封面進(jìn)行窄處理形成很窄的刃邊密封，這種密封元件的寬度控制在0.5毫米至0.6毫米之間，密封元件的平衡比控制在0.5以內(nèi)，由于這種新型的密封元件的密封面足夠窄，這樣就保證了雜質(zhì)不易進(jìn)入，即使有雜質(zhì)進(jìn)入了密封元件內(nèi)刀刃也能夠?qū)⑵淝袛嗪笈懦酵饷?。這種類型的密封元件還能夠避免密封元件出現(xiàn)徑向變形，具有抗高壓的作用、很好的冷卻效果。

1.3集裝式機(jī)械密封裝置

這種密封式是傳統(tǒng)的機(jī)械密封發(fā)展而來(lái)形成的新型密封形式，它將軸套、密封端蓋融合在一起，和普通的機(jī)械密封元件相比它具有以下的特點(diǎn)：（1）傳統(tǒng)的機(jī)械密封元件在裝置上只有機(jī)封本身，但是這種機(jī)械密封卻是將軸套和端蓋等融為一體的裝置，通過(guò)在端面上進(jìn)行預(yù)調(diào)可以不斷的進(jìn)行密封裝置的完善。（2）普通、傳統(tǒng)的機(jī)械密封在安裝上任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都要進(jìn)行拆除后重新進(jìn)行安裝，這樣就導(dǎo)致機(jī)械密封的安裝時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，并且裝置的質(zhì)量也是沒(méi)有辦法保證的。但是集裝式機(jī)械密封在出廠前已經(jīng)由專業(yè)人員進(jìn)行了安裝，同時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了出廠試驗(yàn)的檢測(cè)，所以這樣的裝置不僅保證了裝置安裝的時(shí)間也保證了裝置的質(zhì)量。集裝式的機(jī)械密封只需要簡(jiǎn)單的安裝就能夠正常的應(yīng)用于石油化工泵中。（3）集裝式的密封裝置可以根據(jù)客戶的實(shí)際需要進(jìn)行冷卻、沖洗等借口的擴(kuò)展，同時(shí)還能夠和機(jī)械的相關(guān)輔助設(shè)備相連接。（4）這種密封裝置比壓在出廠前已經(jīng)進(jìn)行了調(diào)整，完全符合機(jī)械的運(yùn)營(yíng)需求，所以質(zhì)量和性能上是能夠保障的。（5）這種密封裝置是比較方便運(yùn)輸，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中不容易出現(xiàn)損壞等。

二、造成機(jī)械密封失效的原因

2.1機(jī)封失去彈性或者機(jī)封出現(xiàn)斷裂而導(dǎo)致的密封失效

波紋管機(jī)封在使用時(shí)間長(zhǎng)后，密封件的剛度和彈性都會(huì)隨著時(shí)間而降低，也就是出現(xiàn)了失彈的現(xiàn)象。波紋管機(jī)封實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明當(dāng)失彈率超過(guò)20%的時(shí)候機(jī)械密封就會(huì)失效，從而導(dǎo)致機(jī)械出現(xiàn)泄漏。波紋管機(jī)械密封在使用的過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用溫度高于300攝氏度的時(shí)候，機(jī)械密封就會(huì)出現(xiàn)失彈的現(xiàn)象，而將這些失彈的密封元件拆除進(jìn)行測(cè)量后，測(cè)量結(jié)果顯示波紋管的組件高度減少2至3毫米。如果從機(jī)械密封失效的原理上來(lái)看，這種密封失效的原因主要是密封元件的永久性變形或者是應(yīng)力上的松弛，還有就是波紋管的縫隙中出現(xiàn)晶體的沉淀，這些主要就是高溫和載荷。

如果在高溫條件下，在加上接觸的比壓增大的時(shí)候，高溫和載荷二者共同作用將會(huì)使機(jī)封出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，溫度和載荷越大，斷裂的可能性就越高。

2.2機(jī)封中石墨環(huán)的磨損嚴(yán)重而引起的密封失效

石墨環(huán)的過(guò)度磨損引起的密封失效是比較嚴(yán)重的，波紋管的有效直徑對(duì)機(jī)封的斷面作用，引起比壓的變化，為一個(gè)能夠發(fā)揮有效作用的機(jī)封件直徑是需要根據(jù)壓力的變化而進(jìn)行調(diào)整的，波紋管在收到大量外部壓力的作用下，有效直徑就會(huì)在壓力的作用下而變??；但是當(dāng)波紋管受到的壓力是內(nèi)壓時(shí)，有效直徑是隨著壓力的增大而增大的，壓力不斷的加大，就會(huì)使得摩擦副過(guò)度的摩擦，這樣出現(xiàn)的石墨環(huán)過(guò)度摩擦也就會(huì)引起密封失效。

2.3因?yàn)橛操|(zhì)合金環(huán)出現(xiàn)表面的熱裂而引起的密封失效

機(jī)封的長(zhǎng)期使用就可能在硬質(zhì)合金環(huán)上出現(xiàn)從硬面中心不斷向外發(fā)散的粗細(xì)不一的裂紋，這些都是由于熱裂原因造成的密封失效。所以分析失效的原因主要就是進(jìn)行熱裂原因的分析，局部的熱應(yīng)力是導(dǎo)致熱裂現(xiàn)象的最主要的原因，硬質(zhì)合金環(huán)和環(huán)座這兩種材料的膨脹系數(shù)是有差別的，不管是采用堆焊的結(jié)構(gòu)，還是采用整體的結(jié)構(gòu)，密封沖洗液的類型、密封沖洗的方式、沖洗液的流量這些都是引起機(jī)封端面熱裂的原因。

2.4由于密封墊的失效而引起的密封失效

輔助的密封元件在確保密封效果的時(shí)候是非常重要的，其中動(dòng)靜環(huán)的密封墊片的損壞是引起密封失效的關(guān)鍵原因。這些密封墊的損壞主要是因?yàn)樵诿芊鈮|的安裝過(guò)程當(dāng)中由于工作的失誤而導(dǎo)致的密封墊的損壞，軸套的錐形鋁墊，一種情況下在安裝的過(guò)程當(dāng)中密封墊的螺栓力受力不夠均勻，密封墊由于變形緊密的和軸貼合在一起；另外一種情況是高溫的長(zhǎng)期作用，密封墊出現(xiàn)老化的情況。

三、提高化工機(jī)泵機(jī)械密封性能的措施

3.1機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的選取

一般的情況下，現(xiàn)在應(yīng)用的結(jié)構(gòu)主要有內(nèi)裝式和外裝式、內(nèi)流式和外流式、旋轉(zhuǎn)式和靜止式、單彈簧式和多彈簧式、單端面和雙端面、非平衡式和平衡式六種分類，其都有和自己相適應(yīng)的場(chǎng)合。例如大多數(shù)機(jī)泵密封的結(jié)構(gòu)都采取內(nèi)裝端面型，這種結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，在生產(chǎn)上是比較容易的，在強(qiáng)腐蝕性、顆粒性的介質(zhì)中是都適合的。它在壓力低和介質(zhì)危險(xiǎn)的等級(jí)低的的情況下適用。

高性能的機(jī)械密封體和內(nèi)裝端面結(jié)構(gòu)的機(jī)械密封體在適用范圍上正好是互補(bǔ)的，例如高速的離心泵，出口壓力和離心轉(zhuǎn)速都是比較大的，所以機(jī)械密封就被設(shè)計(jì)成了內(nèi)流型、靜止型等，這樣就和高速運(yùn)轉(zhuǎn)的需求相適應(yīng)。在設(shè)計(jì)機(jī)械密封裝置的時(shí)候一是采取在靜環(huán)處放置彈簧的手段，一種是采取內(nèi)流型的設(shè)計(jì)。這些措施都是保證機(jī)械密封裝置平穩(wěn)運(yùn)行的有效措施。

隨著科技的發(fā)展，密封技術(shù)也在不斷的進(jìn)步著，一些新技術(shù)的誕生為石化企業(yè)的發(fā)展帶去了新的生機(jī)和動(dòng)力。將某化工廠氨泵作為本次研究的例子，在連接方式上采用的是兩級(jí)機(jī)串聯(lián)的方式進(jìn)行的，一級(jí)結(jié)構(gòu)是波紋管密封式，二級(jí)為BW氣體密封式，其錐形塊軸承（見(jiàn)圖1）的形成是基于熱變形帶來(lái)的波浪面，這樣就導(dǎo)致通過(guò)前緣的流體較多，通過(guò)后緣離開(kāi)的流體就比較少了，于是流體的壓力就形成于靜止面和旋轉(zhuǎn)面之間，流體能夠讓靜止面和旋轉(zhuǎn)面相互分離，也就達(dá)到了密封的作用。

3.2密封材料的選取

機(jī)械密封面是有一定的精度的，而它的精度是由密封面的材料決定的，所以要想保障機(jī)械密封的使用我們必須保證好密封材料，做到密封面材料和所要求的精度相匹配：（1）密封面硬材料如何選用：現(xiàn)代應(yīng)用的比較廣泛的硬材料主要分為四種：第一：金屬材料：包括模具鋼、鑄鐵等，金屬材料主要適用于油類液體，負(fù)荷要求比較低的，現(xiàn)在的密封面中金屬材料已經(jīng)應(yīng)用的不多了。第二：工程陶瓷類：負(fù)荷等級(jí)要求中等，在海水和藥液的密封中應(yīng)用的比較多，這種材料的耐腐蝕性很強(qiáng)，但是不耐熱，現(xiàn)在碳化硅已經(jīng)逐漸的代替了工業(yè)陶瓷，并且在酸泵上的使用已經(jīng)是比較成熟的了。第三：硬質(zhì)合金材料：這種材料的主要特點(diǎn)是韌性高、耐腐蝕性強(qiáng)，現(xiàn)在已經(jīng)成為了最受歡迎的密封面材料。第四：新型陶瓷材料：現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的新型陶瓷材料主要有碳化硅，它在硬度上可以和金剛石相媲美，同時(shí)還有很強(qiáng)的耐腐蝕性，同時(shí)還能在極高的溫度下保持優(yōu)點(diǎn)。（2）密封面軟材料如何選用：在機(jī)械密封中應(yīng)用的最多的軟材料是石墨，石墨有很好的潤(rùn)滑性、成本低、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，在使用的時(shí)候一般都會(huì)根據(jù)不同的場(chǎng)合需求對(duì)石墨進(jìn)行熱固性樹(shù)脂的浸漬。聚四氟乙烯中添加石墨粉、玻璃纖維等材料能夠?qū)ζ湫阅苓M(jìn)行改善，同時(shí)還保持了耐腐蝕性能，同時(shí)軟性材料還有工程塑料。在密封面軟材料的選用上需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行，選取適合機(jī)械類型和生產(chǎn)需要的材料。

3.3改造機(jī)封的冷卻水系統(tǒng)

將原本能力不足的熱換器進(jìn)行技術(shù)上的革新，將熱面積進(jìn)行擴(kuò)大。將冷卻水的管線進(jìn)行重新配置，改變?cè)欣鋮s水循環(huán)量不足的現(xiàn)象，不斷的提高冷卻效果。在冷水沖洗管上安置上節(jié)流閥，進(jìn)行沖洗量和壓力的監(jiān)控，防止沖洗的水量問(wèn)題引起的不良后果。同時(shí)，進(jìn)行了冷卻水系統(tǒng)的改造完成后，要進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的正確維護(hù)。

四、總結(jié)

本文的研究可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：（1）通過(guò)對(duì)現(xiàn)在使用的比較廣泛的新型機(jī)械密封裝置進(jìn)行了詳細(xì)的分類，并指出這些密封裝置在密封方面的優(yōu)勢(shì)。（2）本文主要是將波紋管的密封元件作為研究的重點(diǎn)對(duì)象，通過(guò)分析引起密封失效的各種原因，最后指出了如何進(jìn)行密封性能的提高。（3）機(jī)械密封性能的提高可以從密封裝置的結(jié)構(gòu)上，密封元件的材料選取上入手，選取合適性能好的密封裝置是確保機(jī)械密封穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

化工機(jī)泵的機(jī)械密封要想做更好，應(yīng)該更加注重密封裝置的改進(jìn)，從各個(gè)影響因素下手，不斷的進(jìn)行技術(shù)和材料的革新。

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