牛繼超

摘要：在日常檢修中比較常見的動(dòng)設(shè)備檢修是機(jī)械密封的泄漏，泄漏帶來的一系列安全、生產(chǎn)、環(huán)保、人身傷害風(fēng)險(xiǎn)，占用較多的檢修費(fèi)用和人力資源。本文通過泵機(jī)械密封理論，闡述了機(jī)械密封選型、材料選擇、密封面比壓、選擇機(jī)械密封的摩擦副及給其創(chuàng)造的條件、輔助系統(tǒng)配置分析等入手，與水泵為例，分析了水泵機(jī)械密封泄漏的現(xiàn)象和原因，并提出了改進(jìn)的對(duì)策和建議。

關(guān)鍵詞：泵機(jī)械密封;泄漏現(xiàn)象及原因;對(duì)策

在實(shí)際生產(chǎn)中，不同的操作條件和生產(chǎn)條件對(duì)泵機(jī)械密封可以產(chǎn)生重要的影響，甚至可能導(dǎo)致失去基本力學(xué)性能，對(duì)泵機(jī)械密封泄漏原因的分析對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要的意義和安全意義，原因的綜合分析可以提高安全性、機(jī)械性能和機(jī)械壽命，因此選擇機(jī)械密封和進(jìn)行維護(hù)一直是許多企業(yè)優(yōu)先考慮的問題之一。

一、泵的機(jī)械密封失效原因

腐蝕導(dǎo)致機(jī)械密封失效

泵的機(jī)械密封腐蝕包括金屬環(huán)的腐蝕、非金屬環(huán)的腐蝕和輔助密封圈及接觸部件的腐蝕。

1、金屬環(huán)的腐蝕

金屬環(huán)本身沒有抗腐蝕的能力，如果它與腐蝕性介質(zhì)直接接觸，就會(huì)被腐蝕。腐蝕能以一定的速度在內(nèi)部擴(kuò)散。在外力作用下，金屬環(huán)會(huì)受力而變形，而變形后裸露的部分是腐蝕的主要區(qū)域，并通過薄弱環(huán)節(jié)逐漸影響其他區(qū)域，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械密封泄漏。

2、非金屬環(huán)的腐蝕

石墨環(huán)的腐蝕也會(huì)使機(jī)械密封失效，腐蝕原因主要有：端面溫度過高、浸漬樹脂選擇不當(dāng)、浸漬樹脂深度不夠等。當(dāng)石墨環(huán)處于氧化介質(zhì)中時(shí)，整體冷卻不良或摩擦?xí)r，環(huán)境產(chǎn)生的三四百度高溫會(huì)促使石墨與氧化介質(zhì)的氧化反應(yīng)，使端面變得失去性能。

3、輔助密封件及接觸部件的腐蝕

不同的材料具有不同的耐腐蝕性，一般選用彈性橡膠作為輔助密封件材料，橡膠腐蝕后會(huì)使表面變得異常粗糙，失去原有的彈性。而橡膠耐高溫性能較差，一般不超過200度。

與輔助密封件接觸的部件處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，它們之間的間隙和摩擦?xí)鸶g，而腐蝕表面一般較寬且較深。

二、水泵機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象及原因分析

生產(chǎn)過程中，水泵機(jī)械密封泄漏原因有自身的原因和外部原因，材料的選擇、安裝和使用方式會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封的失效，失效故障現(xiàn)象也各不相同，學(xué)會(huì)通過不同的故障現(xiàn)象，及時(shí)做出正確的判斷，為實(shí)際生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支持。

1、壓力泄漏

（1）真空操作導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。

對(duì)策：采用雙端機(jī)械密封，有利于改善潤滑條件，提高密封性能。

（2）高壓和壓力波引起的機(jī)械密封泄漏。

對(duì)策：在機(jī)器裝配密封時(shí)，彈簧壓縮量必須按照規(guī)定調(diào)節(jié)，不允許過大或過小，為了使端面受力合理，盡可能減少變形，可用硬質(zhì)合金、陶瓷等抗壓強(qiáng)度高的材料和加強(qiáng)冷卻潤滑措施，選擇可靠的傳輸方式。

2、周期性的泄漏

轉(zhuǎn)子周期性振動(dòng)或泵轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)量大，輔助密封件不能補(bǔ)償密封面的偏斜和振動(dòng)，動(dòng)環(huán)失去軸向浮動(dòng)性，動(dòng)、靜環(huán)接觸端面正常配合關(guān)系被破壞。

對(duì)策：機(jī)械密封裝配時(shí)，轉(zhuǎn)子軸的軸向竄動(dòng)量應(yīng)小于0.1mm，輔助密封件與軸的過盈量應(yīng)適中，在保證徑向密封的同時(shí)，動(dòng)環(huán)裝配后應(yīng)能在軸上靈活移動(dòng)。

3、機(jī)械密封泄漏頻繁

密封面的損傷造成的頻繁泄漏故障包括機(jī)械密封石墨端面均勻環(huán)形凹槽、石墨內(nèi)部磨損、石墨環(huán)斷裂或缺口、石墨環(huán)出現(xiàn)腐蝕坑、硬質(zhì)合金表面裂紋和燒傷等。

密封環(huán)經(jīng)常發(fā)生泄漏故障包括端面磨損、鑲嵌環(huán)松動(dòng)等。

彈簧引起的泄漏包括轉(zhuǎn)子振動(dòng)、部件松動(dòng)、介質(zhì)問題和機(jī)械密封輔助設(shè)施損壞等。

4、其他原因造成的泄漏

安裝動(dòng)環(huán)密封件的軸（或軸套）端面和靜環(huán)密封件的密封蓋（或殼體）端面，應(yīng)倒角修光，避免裝配時(shí)動(dòng)靜環(huán)密封件發(fā)生損傷。彈簧壓縮量必須按照規(guī)定調(diào)節(jié)，不得有過大或過小的現(xiàn)象，誤差在2mm以內(nèi)，壓縮過大或過小，都會(huì)造成其不能密封。

（1）密封環(huán)與軸套之間的水垢使密封環(huán)不能軸向浮動(dòng)，造成密封泄漏。一般熱油離心泵的機(jī)械密封采用強(qiáng)制內(nèi)冷，冷卻水中含有較多的鈣、鎂離子和懸浮物。結(jié)垢溫度一般在80℃左右，雜質(zhì)含量較多的水形成結(jié)垢溫度更低。高溫泵的機(jī)械密封冷卻水，鈣鎂鹽結(jié)晶會(huì)析出在波紋管與擋板套筒之間，導(dǎo)致波紋管結(jié)垢失效而泄漏。

建議：升級(jí)密封冷卻介質(zhì);采用低溫脫鹽水（軟水）作為密封冷卻介質(zhì);高溫介質(zhì)泵采用蒸汽做冷卻介質(zhì)，即防止軸套形成水垢，提高密封追隨性;當(dāng)工藝質(zhì)量允許時(shí)，使用密封油作為冷卻介質(zhì)，防止軸套結(jié)垢。

（2）摩擦副內(nèi)外邊緣缺口。焊接波紋管機(jī)械密封摩擦副的剛性材料為碳化硅，柔性材料為浸銻石墨。碳化硅是一種脆性材料，強(qiáng)度和抗沖擊性較差。塔底泵含有大量雜質(zhì)，雜質(zhì)進(jìn)入密封面后，很容易使狹窄的密封面受損。

建議：根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境選用合適的密封配合。

（3）活動(dòng)密封環(huán)脫落。檢查時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)高溫泵密封環(huán)脫落或密封面變形。

建議：對(duì)于高溫環(huán)境下的密封環(huán)鑲嵌結(jié)構(gòu)容易脫落的情況，采用整體結(jié)構(gòu)的密封環(huán)。

（4）密封面有小裂縫。高溫?zé)嵊捅糜捎诮橘|(zhì)溫度較高，再加上短時(shí)間內(nèi)的機(jī)械載荷或熱載荷，使密封面之間穩(wěn)定的液膜進(jìn)入蒸汽狀態(tài)，溫差在過渡過程中產(chǎn)生徑向裂紋。

建議：為防止高溫密封硬環(huán)產(chǎn)生熱裂紋，將密封壓縮量設(shè)置為4.0-4.5mm，以減少過度壓縮引起的摩擦熱。

三、影響機(jī)械密封效果的外部因素

1、影響密封效果的外部因素分析

（1）加工精度不夠。機(jī)械密封本身的加工精度不夠，泵其他部件的加工精度也不夠。這些原因的存在對(duì)機(jī)械密封的密封效果非常不利。

（2）振動(dòng)較大。機(jī)械密封振動(dòng)過大，造成密封效果惡化。

但機(jī)械密封振動(dòng)的原因往往不是機(jī)械密封本身的原因，主要來源是其他部件的振動(dòng)，如泵軸設(shè)計(jì)不合理、制造原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器對(duì)中性差、徑向力大、液體汽化現(xiàn)象和其他原因。

（3）泵軸軸向竄動(dòng)量。機(jī)械密封的密封面必須有一定的比壓，這樣才能起到密封的作用，為了保證這個(gè)比壓，機(jī)械密封要求泵軸不能有太多的竄量，一般要保證在0.1mm以內(nèi)。

（4）軸向力過大。機(jī)械密封在使用過程中不能承受軸向力，如果存在軸向力，對(duì)機(jī)械密封的影響是嚴(yán)重的。機(jī)械密封承受軸向力，當(dāng)密封壓蓋運(yùn)行時(shí)溫度會(huì)很高，對(duì)于聚丙烯類介質(zhì)，在高溫下會(huì)被熔化，所以泵啟動(dòng)后不久就失去了密封效果，泵停止時(shí)出現(xiàn)間歇泄漏現(xiàn)象。

（5）沒有輔助沖洗系統(tǒng)或輔助沖洗系統(tǒng)設(shè)置不合理。機(jī)械密封輔助沖洗系統(tǒng)非常重要，它能有效地保護(hù)密封面、冷卻、潤滑、清洗雜物等。有時(shí)設(shè)計(jì)人員沒有正確配置輔助沖洗系統(tǒng)，無法達(dá)到密封效果;有時(shí)雖然設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了輔助系統(tǒng)，但由于沖洗液中存在雜質(zhì)，導(dǎo)致沖洗液的流量、壓力不夠、沖洗口位置設(shè)計(jì)不合理等原因，也無法達(dá)到同樣的密封效果。當(dāng)機(jī)械密封異常時(shí)，必須檢查輔助沖洗系統(tǒng)。

2、解決方案

（1）泵產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中要充分分析振動(dòng)的來源，制造和裝配過程中嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和操作程序來實(shí)現(xiàn)，泵、電機(jī)、基礎(chǔ)、現(xiàn)場管道和其他輔助設(shè)備在現(xiàn)場安裝，以及生產(chǎn)、操作、維護(hù)時(shí)，嚴(yán)格監(jiān)管控制，可以消除振動(dòng)的來源。

（2）消除泵軸軸向竄動(dòng)。設(shè)計(jì)方案有兩種：一種是平衡盤加軸向推力軸承，由平衡盤自動(dòng)來平衡軸向力，軸向推力軸承限制泵軸的軸向位移;一種是平衡滾筒與軸向推力軸承，由平衡滾筒平衡掉大部分軸向力，剩下的軸向力由推力軸承承擔(dān)，同時(shí)軸向推力軸承限制泵軸的軸向位移。

（3）消除泵軸的撓度。減少軸承兩端之間的距離;增加泵軸直徑;提高泵軸材質(zhì)等級(jí);完成泵軸的設(shè)計(jì)后，對(duì)泵軸的撓度進(jìn)行校核計(jì)算。

四、持續(xù)改進(jìn)建議

在設(shè)計(jì)泵的機(jī)械密封時(shí)，要考慮機(jī)械密封的外部因素。在實(shí)際工作中，要注意以下幾個(gè)問題：

1、在分析機(jī)械密封質(zhì)量事故的原因時(shí)，應(yīng)充分考慮泵其他部件對(duì)機(jī)械密封運(yùn)行的影響，采取措施不斷提高機(jī)械密封的效果。

2、對(duì)于重要泵類產(chǎn)品，要加大機(jī)械密封保護(hù)措施，提高密封質(zhì)量，減少密封質(zhì)量事故。

3、在泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中充分考慮泵的其他部件以及其他現(xiàn)場設(shè)備對(duì)機(jī)械密封使用效果的影響，為機(jī)械密封創(chuàng)造良好的外部條件。

4、增加對(duì)機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的重要作用的認(rèn)識(shí)，盡可能用完善的機(jī)械密封輔助系統(tǒng)，提高密封效果。

五、結(jié)論

良好的機(jī)械密封設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)，將使機(jī)械密封在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮更重要的作用。通過分析機(jī)械密封失效的原因并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，可以提高機(jī)械密封的使用壽命，降低維修成本，提高生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定性和連續(xù)運(yùn)行。

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（作者單位：浙江江銅富冶和鼎銅業(yè)有限公司）