机械密封的作用和原理篇1
关键词：机械密封；失效；改进策略；探究
随着社会经济的飞速发展，机械设备被广泛应用到生活中的各个领域。机械设备在使用的同时不可避免的要对其进行密封，以确保设备的长久使用，降低企业的维修成本。机械密封是当前主流的流体机械和动力机械中不可或缺的重要的零部件，它对整台机器设备、整套装置的正常运行都有着重要的影响，甚至有的机械密封对整个工厂的生产工作的安全性都有巨大的影响。如果出现机械密封失效情况，会对机械设备造成损坏，提高维修成本，进而造成企业严重的经济损失。因此，加大对机械密封失效的改进措施的研究工作十分重要。
一、机械密封的发展进程
机械密封最早出现在英国，它的出现为机械制造业中转轴密封问题的解决提供了支撑。到上世纪三十年代，随着新工艺和新材料在机械装置中的大量使用，机械密封技术逐步开始应用到冷冻装置和内燃机水泵上。随着第二次世界大战的爆发，机械密封技术在世界范围内得到推广，其应用范围扩展到平衡型机械密封和中间环密封。渐渐地，随着社会经济的发展和人们环境保护意识的提高，机械密封技术的发展重点开始由结构重组和密封新材料逐步向密封原理的发展和控制理论的支持转移。我国机械密封技术应用始于1965年，至今也走过了三十多年的时光。前人的研究成果不仅为研究新型机械密封技术提供理论和实践参考，更为该领域的发展研究指明了方向。
二、机械密封失效的原因分析
（一）压力造成机械密封失效
压力造成机械密封失效的原因主要表现在以下三个方面：第一，高压引起的失效。其主要原因是当密封腔内的压力超过3mpa的临界值时，液膜会因密封端面的压力比过大而无法形成，此情况造成磨损加剧、热量增多，进而导致机械密封失效；第二，压力波动引起失效。其主要原因是因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生摩擦以及介质的压力低于饱和蒸汽压力，使端面液膜发生闪蒸，丧失效果，另外由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也会造成介质压力低于其饱和蒸汽压而使机械密封失效；第三，真空引起失效。造成这种情况的主要原因是密封腔内没有任何介质气体，出现干摩擦现象，从而因漏气导致密封失效。
（二）高温造成机械密封失效
在机械密封失效的诸多原因当中，密封过热也是常见的原因之一，密封过热是因为机械超负荷运行，导致热量无法及时散出，从而引发的密封失效。
（三）介质造成机械密封失效
介质造成机械密封失效主要表现在以下两个方面：第一，介质自身的强腐蚀性所引起的。若介质具有强腐蚀性，就会产生腐蚀现象，腐蚀的后果是使接触面变得粗糙，从而引起泄漏量过大、密封失效的情况出现；第二，因介质中含有固体颗粒杂质造成的机械密封失效。若介质内含有颗粒杂质，一旦机械密封装置开始高速运转，那么这些杂质不可避免地会进入密封端面，在高温情况下会划伤密封面或破坏液膜的连续性，从而降低密封的效果。
（四）管理力度不严格造成机械密封失效
在机械密封工艺管理中，导致机械密封失效的原因还有相当一部分是由人为因素引起。也就是说，由于管理人员的管理不严，同样可以导致机械密封失效。
三、机械密封失效的改进策略
（一）对压力造成密封失效的改进策略
若是因高压引起失效，采取的措施为调整端面受力分布，采用各种硬质或其他各种耐压强度高及刚度高的材料以减小零部件形变，还要注意冷却装置、措施和传动方式的选用；若是因压力波动引起失效，应当扩大密封介质的温度剧变，从而有效的避免这种现象的发生；若是因真空引起失效，采取的措施为采用双端面机械密封，该装置不仅具有双重保险的功效，还有助于改善条件和提高密封性能。
（二）对高温造成密封失效的改进策略
解决高温引起机械密封失效的关键措施在于选取新型耐高温密封材料，提高其热传导效率。此外，还要提高辅助密封圈的耐热能力。金属波纹管机械密封装置具有机械密封追随性较好、耐高温幅度大、柔软性较好、缓冲能力强等优点。研究表明，当机械运转时的温度超过220℃时，使用金属波纹管机械密封，既可以解决高温失效的问题，还可以避免失弹现象的产生。
（三）对介质造成密封失效的改进策略
介质中含有颗粒是导致密封失效的最重要原因。因此，在机械生产过程中，应当仔细过滤介质，确定悬浮颗粒的来源，对密封端面进行彻底冲洗，减少悬浮颗粒在端而间驻留和沉积的机会。如果颗粒在密封区域受到冲洗时，应当向密封的管腔内适当注入温度合适的冲洗液，保证机械运行的正常。
（四）加强管理人员的管理和巡查力度
在工业企业机械管理当中，设备管理人员应当提高机械工艺的管理，确保工艺指标在生产过程中保持稳定。另外，防止由于工作压力、环境温度等不稳定条件的变化，引起机械密封的损坏，设备管理人员应当加强操作过程的监督和检查，认真填写检查记录，对需要及时冷却和修护的机械密封进行重点检查，确保冷却水的通畅无阻，如果发现问题，应当及时进行处理。
四、结束语
综上所述，机械密封失效会给机械正常生产造成严重影响，给企业运营造成困扰。如何对机械密封的失效进行有效的预防，是当前设备管理工作者面临的巨大挑战。由于引起机械密封故障的原因是复杂的、多方面的。因此，管理者在对机械密封失效的维修工作中，要在正确诊断失效原因的基础上，采取针对性的措施进行维修，并且要详细分析各种影响机械密封效用的因素，按照规定的使用条件和范围选用机械密封，才能有效保证机械密封的良好运行。
参考文献：
[1]赵昕.机械密封失效的原因及其改进策略[J].机械研究与应用，2011.
机械密封的作用和原理篇2
关键词:机械密封;故障处理;原因分析}
机械密封在旋转设备上的应用非常广泛,机械密封的密封效果将直接影响整机的运行,严重的还将出现重大安全事故。
从机械密封的内外部条件的角度分析了影响密封效果的几种因素和应采取的合理措施。
1机械密封的原理及要求
机械密封又叫端面密封,它是一种旋转机械的轴封装置,指由至少一对垂直于旋转轴线的的端面在液体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。它的主要功用将易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的端面密封。它广泛应用于泵、釜、压缩机及其他类似设备的旋转轴的密封。
机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环随泵轴一起旋转,动环和静环紧密贴合组成密封面,以防止介质泄漏。动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上,并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧元件产生压力,可使泵在不运转状态下,也保持端面贴合,保证密封介质不外漏,并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用,同时弹性元件对泵的振动、冲击起缓冲作用。机械密封在实际运行中是与泵的其它零部件一起组合起来运行的,机械密封的正常运行与它的自身性能、外部条件都有很大的关系。但是我们要首先保证自身的零件性能、辅助密封装置和安装的技术要求,使机械密封发挥它应有的作用。
2机械密封的故障表现及原因
2.1机械密封的零件的故障旋转设备在运行当中,密封端面经常会出现磨损、热裂、变形、破损等情况,弹簧用久了也会松弛、断裂和腐蚀。辅助密封圈也会出现裂口、扭曲和变形、破裂等情况。
2.2机械密封振动、发热故障原因
设备旋转过程中,会使动静环贴合端面粗糙,动静环与密封腔的间隙太小,由于振摆引起碰撞从而引起振动。有时由于密封端面耐腐蚀和耐温性能不良,或是冷却不足或端面在安装时夹有颗粒杂质,也会引起机械密封的振动和发热。
2.3机械密封介质泄漏的故障原因
(1)静压试验时泄漏。机械密封在安装时由于不细心,往往会使密封端面被碰伤、变形、损坏,清理不净、夹有颗粒状杂质,或是由于定位螺钉松动、压盖没有压紧,机器、设备精度不够,使密封面没有完全贴合,都会造成介质泄漏。如果是轴套漏,则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。(2)周期性或阵发性泄漏。机械密封的转子组件周期性振动、轴向窜动量太大,都会造成泄漏。机械密封的密封面要有一定的比压,这样才能起到密封作用,这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量,给密封端面一个推力,旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压,机械密封要求泵轴不能有太大的窜量,一般要保证在0.25mm以内。但在实际设计当中,由于设计的不合理,往往泵轴产生很大的窜量,对机械密封的使用是非常不利的。(3)机械密封的经常性泄漏。机械密封经常性泄漏的原因有很多方面。第一方面,由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏。第二方面,是辅助密封圈引起的经常性泄漏。第三方面,是弹簧缺陷引起的泄漏。其他方面,还包括转子振动引起的泄漏,传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起泄漏,机械密封辅助机构引起的泄漏,由于介质的问题引起的经常性泄漏等。(4)机械密封振动偏大。机械密封振动偏大,最终导致失去密封效果。但机械密封振动偏大的原因往往不仅仅是机械密封本身的原因,泵的其它零部件也是产生振动的根源,如泵轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。
3处理故障采取的措施
如果机械密封的零件出现故障,就需要更换零件或是提高零件的机械加工精度,提高机械密封本身的加工精度和泵体其他部件的加工精度对机械密封的效果非常有利。为了提高密封效果,对动静环的摩擦面的光洁度和不平度要求较高。动静环的摩擦面的宽度不大,一般在2~7毫米之间。
3.1机械密封振动、发热的处理
如果是动静环与密封腔的间隙太小,就要增大密封腔内径或减小转动外径,至少保证0.75mm的间隙。如果是摩擦副配对不当,就要更改动静环材料,使其耐温,耐腐蚀。这样就会减少机械密封的振动和发热。
3.2机械密封泄漏的处理
机械密封的泄漏是由于多种原因引起,我们要具体问题具体处理。为了最大限度的减少泄漏量,安装机械密封时一定要严格按照技术要求进行装配,同时还要注意以下事项。
(1)装配要干净光洁。机械密封的零部件、工器具、油、揩拭材料要十分干净。动静环的密封端面要用柔软的纱布揩拭。(2)修整倒角倒圆。轴、密封端盖等倒角要修整光滑,轴和端盖的有关圆角要砂光擦亮。(3)装配辅助密封圈时,橡胶辅助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗涤,以免胀大变形,过早老化。动静环组装完后,用手按动补偿环,检查是否到位,是否灵活;弹性开口环是否定位可靠。动环安装后,必须保证它在轴上轴向移动灵活。
3.3泵轴窜量大的处理
nbsp;合理地设计轴向力的平衡装置,消除轴向窜量。为了满足这一要求,对于多级离心泵,设计方案是:平衡盘加轴向止推轴承,由平衡盘平衡轴向力,由轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。
3.4增加辅助冲洗系统
密封腔中密封介质含有颗粒、杂质,必须进行冲洗,否则会因结晶的析出,颗粒、杂质的沉积,使机械密封的弹簧失灵,如果颗粒进入摩擦副,会导致机械密封的迅速破坏。因此机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的,它可以有效地保护密封面,起到冷却、、冲走杂物等作用。
3.5泵振动的处理措施
机械密封的作用和原理篇3
关键词：机械密封故障处理原因分析
机械密封在旋转设备上的应用非常广泛，机械密封的密封效果将直接影响整机的运行，严重的还将出现重大安全事故。从机械密封的内外部条件的角度分析了影响密封效果的几种因素和应采取的合理措施。
1、机械密封的原理及要求
机械密封又叫端面密封，它是一种旋转机械的轴封装置，指由至少一对垂直于旋转轴线的的端面在液体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。它的主要功用将易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的端面密封。它广泛应用于泵、釜、压缩机及其他类似设备的旋转轴的密封。
机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环随泵轴一起旋转，动环和静环紧密贴合组成密封面，以防止介质泄漏。动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时弹性元件对泵的振动、冲击起缓冲作用。机械密封在实际运行中是与泵的其它零部件一起组合起来运行的，机械密封的正常运行与它的自身性能、外部条件都有很大的关系。
2、机械密封的故障表现及原因
2.1机械密封的零件的故障旋转设备在运行当中，密封端面经常会出现磨损、热裂、变形、破损等情况，弹簧用久了也会松弛、断裂和腐蚀。辅助密封圈也会出现裂口、扭曲和变形、破裂等情况。
2.2机械密封振动、发热故障原因
设备旋转过程中，会使动静环贴合端面粗糙，动静环与密封腔的间隙太小，由于振摆引起碰撞从而引起振动。有时由于密封端面耐腐蚀和耐温性能不良，或是冷却不足或端面在安装时夹有颗粒杂质，也会引起机械密封的振动和发热。
2.3机械密封介质泄漏的故障原因
（1）静压试验时泄漏。机械密封在安装时由于不细心，往往会使密封端面被碰伤、变形、损坏，清理不净、夹有颗粒状杂质，或是由于定位螺钉松动、压盖没有压紧，机器、设备精度不够，使密封面没有完全贴合，都会造成介质泄漏。如果是轴套漏，则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。（2）周期性或阵发性泄漏。机械密封的转子组件周期性振动、轴向窜动量太大，都会造成泄漏。机械密封的密封面要有一定的比压，这样才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求泵轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.25mm以内。但在实际设计当中，由于设计的不合理，往往泵轴产生很大的窜量，对机械密封的使用是非常不利的。（3）机械密封的经常性泄漏。机械密封经常性泄漏的原因有很多方面。第一方面，由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏。第二方面，是辅助密封圈引起的经常性泄漏。第三方面，是弹簧缺陷引起的泄漏。其他方面，还包括转子振动引起的泄漏，传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起泄漏，机械密封辅助机构引起的泄漏，由于介质的问题引起的经常性泄漏等。（4）机械密封振动偏大。机械密封振动偏大，最终导致失去密封效果。但机械密封振动偏大的原因往往不仅仅是机械密封本身的原因，泵的其它零部件也是产生振动的根源，如泵轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。
3、处理故障采取的措施
如果机械密封的零件出现故障，就需要更换零件或是提高零件的机械加工精度，提高机械密封本身的加工精度和泵体其他部件的加工精度对机械密封的效果非常有利。为了提高密封效果，对动静环的摩擦面的光洁度和不平度要求较高。动静环的摩擦面的宽度不大，一般在2～7毫米之间。
3.1机械密封振动、发热的处理
如果是动静环与密封腔的间隙太小，就要增大密封腔内径或减小转动外径，至少保证0.75mm的间隙。如果是摩擦副配对不当，就要更改动静环材料，使其耐温，耐腐蚀。这样就会减少机械密封的振动和发热。
3.2机械密封泄漏的处理
机械密封的泄漏是由于多种原因引起，我们要具体问题具体处理。为了最大限度的减少泄漏量，安装机械密封时一定要严格按照技术要求进行装配，同时还要注意以下事项。
（1）装配要干净光洁。机械密封的零部件、工器具、油、揩拭材料要十分干净。动静环的密封端面要用柔软的纱布揩拭。（2）修整倒角倒圆。轴、密封端盖等倒角要修整光滑，轴和端盖的有关圆角要砂光擦亮。（3）装配辅助密封圈时，橡胶辅助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗涤，以免胀大变形，过早老化。动静环组装完后，用手按动补偿环，检查是否到位，是否灵活；弹性开口环是否定位可靠。动环安装后，必须保证它在轴上轴向移动灵活。
3.3泵轴窜量大的处理
nbsp；合理地设计轴向力的平衡装置，消除轴向窜量。为了满足这一要求，对于多级离心泵，设计方案是：平衡盘加轴向止推轴承，由平衡盘平衡轴向力，由轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。
3.4增加辅助冲洗系统
密封腔中密封介质含有颗粒、杂质，必须进行冲洗，否则会因结晶的析出，颗粒、杂质的沉积，使机械密封的弹簧失灵，如果颗粒进入摩擦副，会导致机械密封的迅速破坏。因此机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的，它可以有效地保护密封面，起到冷却、、冲走杂物等作用。
3.5泵振动的处理措施
机械密封的作用和原理篇4
关键词：水泵；机械密封
目前机械密封在泵类产品中的应用非常广泛，而随着产品技术水平的提高和节约能源的要求，机械密封的应用前景将更加广泛。机械密封亦称端面密封,其有一对垂直于旋转轴线的端面,该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下,依赖辅助密封的配合与另一端保持贴合,并相对滑动,从而防止流体泄漏。大庆石油化工总厂万隆物业公司光明锅炉使用的循环泵，型号为200LGY75a，流量275m3/h，工作压力0.4mp，工作温度为95，介质为清水，密封为机械密封的水泵，本文笔者结合工作实际，浅谈一下水泵的密封问题。
1水泵机械密封的渗漏现象及原因
1.1由于压力产生的渗漏
1.1.1真空状态运行造成的机械密封渗漏
泵在起动、停机过程中,由于泵进口堵塞,抽送介质中含有气体等原因,有可能使密封腔出现负压,密封腔内若是负压,会引起密封端面干摩擦,内装式机械密封会产生漏气(水)现象,真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性差异,而且机械密封也有其某一方向的适应性。
对策:采用双端面机械密封,这样有助于改善条件,提高密封性能。
1.1.2高压和压力波造成的机械密封渗漏
由于弹簧比压力及总比压设计过大和密封腔内压力超过3mpa时,会使密封端面比压过大,液膜难以形成,密封端面磨损严重,发热量增多,造成密封面热变形。
对策:在装配机封时,弹簧压缩量一定要按规定进行,不允许有过大或过小的现象,高压条件下的机械密封应采取措施。为使端面受力合理,尽量减小变形,可采用硬质合金、陶瓷等耐压强度高的材料,并加强冷却的措施,选用可靠的传动方式,如键、销等。
1.2周期性渗漏
1.2.1转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡,汽蚀或轴承损坏(磨损),这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。
对策:可根据维修标准来纠正上述问题。
1.2.2泵转子轴向窜动量大,辅助密封与轴的过盈量大,动环不能在轴上灵活移动。在泵翻转,动、静环磨损后,得不到补偿位移。
对策:在装配机械密封时,轴的轴向窜动量应小于0.1mm,辅助密封与轴的过盈量应适中,在保证径向密封的同时,动环装配后保证能在轴上灵活移动(把动环压向弹簧能自由地弹回来)。
1.2.3密封面油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。
对策:油室腔内油面高度应加到高于动、静环密封面。
1.3.因其他问题引起的机械密封渗漏
1.3.1安装动环密封圈的轴(或轴套)端面及安装静环密封圈的密封压盖(或壳体)的端面应倒角并修光,以免装配时碰伤动静环密封圈。
1.3.2弹簧压缩量一定要按规定进行,不允许有过大或过小的现象,误差±2mm,压缩量过大增加端面比压,摩擦热量过多,造成密封面热变形和加速端面磨损,压缩量过小动静环端面比压不足,则不能密封。
2影响机械密封效果的因素
2.1影响密封效果的外部因素分析
2.1.1机械加工精度不够
机械加工精度不够，原因有很多，有的是机械密封本身的加工精度不够，这方面的原因容易引起人们的注意，也容易找到。但有时是泵其它部件的加工精度不够，这方面的原因，不容易引起人们的注意。例如：泵轴、轴套、泵体、密封腔体的加大精度不够等原因。这些原因的存在对机械密封的密封效果是非常不利的。
2.1.2振动偏大
机械密封振动偏大，最终导致失去密封效果。但机械密封振动偏大的原因往往不是机械密封本身的原因，泵的其它零部件是产生振动的根源，如泵轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。
2.1.3泵轴的轴向窜量大
机械密封的密封面要有一定的比压，这样才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求泵轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.5mm以内。
2.1.4轴向力偏大
机械密封在使用过程中是不能够承受轴向力的，若存在轴向力，对机械密封的影响是严重的。有时由于泵的轴向力平衡机构设计的不合理及制造、安装、使用等方面的原因，造成轴向力没有被平衡掉。机械密封承受一个轴向力，运转时密封压盖温度将偏高，对于聚丙烯类的介质，在高温下会被熔融，因此泵启动后很快就失去密封（下转第91页）（上接第88页）效果，泵静止时则密封端面出现间断的喷漏现象。
2.1.5没有辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设置不合理
机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的，它可以有效地保护密封面，起到冷却、、冲走杂物等作用。有时设计员没有合理地配置辅助冲洗系统，达不到密封效果；有时虽然设计人员设计了辅助系统，但由于冲洗液中有杂质，冲洗液的流量、压力不够，冲洗口位置设计不合理等原因，也同样达不到密封效果。
2.2应采取的措施
2.2.1消除泵振动的措施
a.泵产品在设计过程中，要充分分析振动的来源，以消除振动源;b.泵产品的制造装配过程中，严格按标准和操作规程去执行，消除振动源;c.泵、电机、底座、现场管路等辅助设备在现场安装时，要严格把关，消除振动源;d.现场生产、操作、维修、调节时，严格把关，消除振动源。
2.2消除泵轴窜量大的措施
比较理想的设计方案有两个：一个是平衡盘加轴向止推轴承，由平衡盘平衡轴向力，由轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位；另一个是平衡鼓加轴向止推轴承，由平衡鼓平衡掉大部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承承担，同时轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。
2.3消除泵轴挠度偏大的措施：减少两端轴承之间的距离；增加泵轴的直径；提高泵轴材料的等级；泵轴设计完成后，对泵轴的挠度要进行校核检验计算。
3结束语
在设计泵用机械密封时，不仅要考虑机械密封本身的影响因素，而且要考虑机械密封外部的各种影响因素。在实际工作中要注意以下几个问题：
3.1、分析机械密封的质量事故的原因时，要充分考虑到泵的其它零部件对机械密封运行的影响，采取措施不断提高机械密封的效果。
3.2、对重要泵产品的机械密封，要增加保护措施，提高密封质量，减少密封质量事故。
3.3、在泵产品的设计过程中要充分考虑到泵其它零部件以及现场其它设备对机械密封的使用效果的影响，为机械密封创造一个良好的外部条件。
3.4、增加对机械密封辅助系统的重要作用的认识，尽可能配备完善的机械密封辅助系统，以提高密封效果。
参考文献：
[1]牟介刚《水泵的设计与研究》1999(1)：9～131.
机械密封的作用和原理篇5
【关键词】:水泵，机械密封；选型；维修
中图分类号：U464.138+.1文献标识码：a文章编号：
1.机械密封的结构组成及工作原理
机械密封亦称端面密封,其至少有一对垂直于旋转轴线的端面,该端面在流体压力及补偿机械外弹力(磁力)的作用下,加之辅助橡胶或氟塑料密封的配合,与另一端面保持紧密贴合并相对滑动,从而构成有效防止工作介质泄漏的密封结构。由于两个密封端面的紧密贴合,使密封端面之间的交界(密封界面)形成一微小间隙,当有压介质通过此间隙时,形成极薄的液膜,造成阻力,阻止介质泄漏,又使端面得以,由此获得长期的密封效果。机械密封与软填料密封相比具有:密封可靠、使用寿命长、摩擦功率消耗小、维修周期长、抗振性好等优点。但机械密封存在结构较复杂,零部件加工制造要求高,安装与更换比较麻烦,要求操作员工有一定的技术水平,特别是当机械密封在运行中出现偶发故障时,处理比较困难。
当前常见的机械密封主要由静止环、旋转环、弹性元件、紧定螺钉、辅助密封件、压盖等零配件组成。根据泵用机械密封国家标准(GB6556—86)规定,常用的有两种型式,分别是单端面机械密封和双端面机械密封,对于在机械密封中起关键作用的旋转环和静止环,由于它们是机械密封中最主要的零配件,其性能好坏直接关系到密封效果和寿命,因此,对密封环的材料、结构、形状、尺寸以及表面加工质量等都有较高的要求。
2.机械密封的选型使用
机械密封的选型使用时要根据介质的工作压力、温度、轴径、转速、介质特性、安装环境、允许泄漏量等参数加以选择使用。但在工厂使用过程中,只需根据各种标准泵用机械密封加以合理选择使用既可。按JB1472—75标准,常用的泵用机械密封型式有103、104、105、109、111、114等七个种类。其中103、104、105三种机械密封为内装单端面单弹簧(105为多弹簧)非平衡性机械密封,在介质粘度较大,良好的使用环境时,这些型式的机械密封使用压力为0—0.78mpa;当介质粘度较小、性差时使用压力下降为0—0.49mpa;正常使用温度范围在—45—+200℃。109、110、111三种机械密封为内装单端面单弹簧(111为多弹簧)平衡型结构,当在介质粘度较大、性能良好的工作环境时其使用压力可达0.78—2.94mpa;当介质粘度较小,性较差时使用压力为0.49—2.94mpa;正常使用的温度范围为—45—+200℃。
上述6种机械密封适用的介质有汽油、煤油、硝酸、浓硫酸、碱液、海水等环境下。114型机械密封为外装单端面单弹簧旋转外流型结构,使用压力为0—0.4mpa,温度0—60℃,适用介质为腐蚀性介质如浓硫酸、稀硫酸、40%以下硝酸、磷酸、
3.机械密封常见故障及处理方法
1)加水或静压试验时发生泄漏。由于安装不良,机械密封加水或静压试验时就会发生泄漏。安装不良可能由下面几种情况引起:动静环接触面不平,安装时发生碰伤或损坏,导致密封失效;动静环密封圈尺寸有误,损坏或未压紧;动静环表面有异物如铁锈或砂尘夹入;动静环上的密封圈漏装或安装时强行挤入导致损坏;动环紧定件没安装到位,使弹簧座后退;当用手盘动泵轴时,如泄漏有明显的方向性则可能是由于弹簧力不均匀或密封腔体和轴的垂直度超差所致。对以上原因所致的泄漏现象,应根据产生原因加以相应的处理。
2)由安装、运转等引起的周期性泄漏:运转中如果泵叶轮轴向窜动量超标或轴发生周期性振动以及工艺参数操作不稳定时,密封腔内压力也会经常发生变化,从而导致机械密封产生周期性泄漏。对这些原因引起的机械密封泄漏现象应严格控制轴的窜动量,及时更换间隙超差的轴承。对轴的圆跳动量应控制在标准以内,必要时应更换新轴。
3)在运转中经常发生泄漏现象:产生这种失效的原因主要有以下几方面:①动静环接触面变形引起泄漏。当端面比压过大,磨擦热易引起动静环的热变形;当安装时零配件有受力不均现象时,也会引起端面变形。②摩擦副夹入结晶性颗粒等杂质。③辅助密封件由于选材不正确,导致被工作介质溶胀失去弹性。④动静环密封面对轴线不垂直度误差过大。⑤动静环与员套间形成水垢不能及时补偿磨损位移。⑥长期运转导致动静环端面严重磨损。由以上原因造成的泄漏现象,应在设备检修时,对损坏件加以认真的检查和分析,并根据产生原因加以对症处理。
4)机械密封产生突发性泄漏现象:一般由以下原因造成机械密封突发性失效现象如泵出现强烈振动、抽真空等原因破坏了摩擦副的工作状态时;补偿弹簧发生断裂时;防转销脱落或传动销断裂时;辅助装置有故障使动静环冷热骤变导致密封面变形或产生裂纹。出现上述故障时,必须进行更换新的机械密封以恢复使用。
4.日常安装维护要点
1)安装前的准备工作包括:检查机械密封的型号、规格是否符合设计图纸或设备说明书的技术要求,所有零配件(特别是密封面、辅助密封圈)有无损伤、变形、裂纹、缺失等现象,若有上述缺陷,必须进行更换或修复;检查机械密封各零件的配合尺寸、表面粗糙度、平行度是否符合机械密封的设计要求;使用有多个小弹簧的机械密封时,应检查小弹簧的长短和刚度是否相同;并应认真检查水泵轴的窜动量、摆动是和挠度是否符合技术要求,密封腔是否符合安装尺寸,密封端盖与轴是否垂直。一般要求:轴窜动量不大于?0.5mm;轴摆动量(旋转环密封圈处)不大于0.06mm;轴最大挠度不大于0.05mm;密封端盖与垫片接触平面对中心线的不垂直度允许差0.03—0.05mm。
2)安装过程中应保持清洁,特别是旋转环和静止环密封面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘。不允许用不清洁的布擦拭密封面。允许在安装时在动静密封环的摩擦面涂以少量机械油(n46),以防止在空试水泵时导致密封面损坏。安装时不允许用铁质工具用力敲打密封元件,以防止密封件被损坏。旋转部件应小心的套在轴上,并分几次均匀的拧紧固定螺栓,最后要用手向后压迫旋转环,看旋转环是否能轴向浮动。特别需注意的是动环与静环间的正向压力调节到以刚好能封住工作介质时为宜,防止机械密封在短时间内发生损坏现象。
5.结束语
综上所述,对于这种制造精度高、价格较贵、维修不便的机械密封,只要在使用中注意正确选型,按要求认真装配,是能够发挥其性能稳定、泄漏量少、摩擦功率小、使用寿命长的优点,并将逐步取带软填料密封等简易的密封形式,并切实提高泵类设备的运行可靠性,延长设备使用寿命。
【参考文献】:
【1】徐灏.密封【m】.北京:中国冶金工业出版社,2002
机械密封的作用和原理篇6
关键词：离心泵机械密封故障分析
1概述
随着机械密封技术的不断发展，工业泵采用的密封装置正由传统的填料密封向性能可靠、泄漏量少、使用寿命长、功耗低、无需经常检修的机械密封转变。尤其是在石油化工领域内，因处理的介质具有易燃、易爆、易挥发、剧毒等特性，一旦出现泄漏，将严重影响生产正常进行，所以，石油化工生产用泵的密封多数采用机械密封装置。
经对国内、外离心泵故障的统计分析发现，机械密封故障仍占其中的50%～70%，而机械密封故障中绝大多数属于事故性故障，事故性故障是指一个或几个密封零件没达到预期的使用寿命便丧失了使用功能，造成整个装置泄漏量超过了允许值。实践证明，故障分析是技术改进和减少故障的一种行之有效的科学手段。在评定泵用机械密封优劣时，采用的主要指标为泄漏量、使用寿命和可靠性，这些指标贯穿在机械密封的设计、制造、选型、安装及使用管理等环节。由于流体机械的可靠性主要取决于密封装置，因此，提高密封装置的可靠性可大大减少离心泵的故障率。经统计分析，除了密封设计、制造的原因外，超过50%的失效都是用户使用不当或维护不及时造成的。
人们在进行故障分析时，通常习惯于把故障原因放在机械密封装置本身，很少有人在机械密封安装、使用等外部条件方面去查找原因。本文作者将通过分析影响石化行业泵用机械密封效果的几种外部因素，提出提高密封装置运行可靠性和运行周期的建议。
2机械密封装置的工作原理
机械密封也称端面密封，整个装置至少有一对垂直于旋转轴线的端面，随轴旋转的动环端面在流体压力及补偿机构的外弹力(或磁力)作用下，并配以辅助密封与另一固定在端盖上的静环端面保持贴合并作旋转式相对滑动而达到阻止流体泄漏的轴封装置。两个紧密贴合的密封端面之间存在一微小间隙，当具有一定压力介质通过此间隙时，会形成一层极薄的液膜，该液膜的阻力阻止介质泄露，且使端面得到。典型机械密封结构见图1。
机械密封装置主要由以下四大部分组成：①由静环和动环组成的一对或几对密封端面，有时称密封端面为摩擦副；②以弹性元件（或磁性元件）为主的补偿缓冲机构；③辅助密封圈；④保证动环和轴一起旋转的传动机构。
生产实际中，泵用机械密封装置流体可能泄漏的途径有以下几处：①端面摩擦副的密封面处泄漏。这是决定机械密封装置摩擦性能和密封性能的关键部位，也是决定机械密封装置工作寿命的关键所在，因此，对接触端面的要求应给与高度重视。由于动环与静环端面作旋转式相对滑动的动密封，对密封端面的加工要求很高，其平面度为0.0009mm，硬环表面粗糙度Ra≤0.1μm，软环表面粗糙度Ra≤0.2μm。为了使密封端面间保持必要的油膜，必须严格控制端面上的单位面积压紧力。端面上单位压力过大，不易形成稳定的液膜，会加速端面的磨损；端面上单位压力过小，泄漏量会增加。所以，要获得良好的密封性能和较长的寿命，在安装机械密封时，一定要保持端面单位压力值在最适当的范围内。②静环与压盖的辅助密封件处泄漏和动环与轴（或轴套）的辅助密封件处泄漏。这两处是辅助密封面，静环与压盖间的密封属静密封，端面磨损时，动环仅能沿轴向作微量的移动，此处仍可看作是一个相对静密封。工程实际中，动环的追随性是此处辅助密封的关键，因此，动环与轴（或轴套）密封面，特别应防止锈蚀、水垢或化学反应物料堆积而造成的动环卡死现象。③压盖与密封箱体之间静密封和轴套与轴的静密封。这两处均为静密封，可根据密封介质选用相容的材料。另外，动环采用镶嵌结构也可能在配合处泄漏。
通过机械密封装置工作原理可以看出，机械密封装置正常运行应满足以下基本条件：首先，动静环端面应保持良好的和散热，防止端面热变形、热裂、泡疤、炭化等现象发生；其次，泵轴的窜量不能太大，否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压；另外，泵轴不能有太大的挠度，泵的振动应在规定范围之内，否则密封端面比压会不均匀。只有满足以上的外部基本条件，再加上良好的机械密封装置自身性能，才能达到理想的密封效果。
3离心泵运行时机械密封故障及分析
机械密封装置发生泄漏主要有以下四种情况：一是加水或静压试验时发生泄漏；二是安装后、运转时产生周期性泄漏；三是经常性泄漏；四是突发性泄漏。
对机械密封静压试验时发生泄漏故障，经统计分析，其原因是由于检修、安装未达到标准要求。主要有以下几种现象存在：①动、静环接触表面不平，安装时碰伤、损坏。②动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧。③动、静环表面有异物。④动、静环V形密封圈方向装反，或安装时反边。⑤紧定螺钉未拧紧，弹簧座后退。⑥密封圈未装或压紧力不够，造成轴套处泄漏。⑦弹簧力不均匀，单弹簧不垂直，多弹簧长短不一或个数少；密封腔端面与轴垂直度不够。⑧静环压紧不均匀。
安装后、运转时产生周期性泄漏，经统计分析发现，运转中如泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动，工艺操作不稳定及密封腔内压力经常变化均是导致机械密封周期性泄漏的原因。
机械密封发生泄漏现象的原因主要有以下几种：①动、静环接触端面比压过大，摩擦热引起动、静环的热变形。②安装时零件受力不匀等，造成密封端面发生变形。③弹簧比压过小。④动、静环密封面对轴线不垂直，误差过大。⑤转轴振动。⑥动、静环与轴套间形成水垢不能补偿磨损位移。⑦安装密封圈处轴套部位有沟槽或凹坑腐蚀。⑧动环浮动性差。⑨辅助装置有问题。
对机械密封突发性泄漏现象，经统计分析，其原因主要有以下几种：①泵强烈振动、抽空破坏了摩擦副。②弹簧断裂。③防转销脱落或传动销折断而失去作用。④辅助装置出现故障，使动、静环冷热骤变导致密封面变形或产生裂纹。⑤由于温度变化，摩擦副周围介质发生冷凝、结晶影响密封。⑥停泵一段时间再开动时发生泄漏。这是由于摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢；弹簧锈蚀、堵塞而丧失弹性，均可引起泵重新开动时发生泄漏。
4机械密封故障防治措施
从前面对离心泵运转时机械密封故障及统计分析，可以看出，除了密封设计、制造工艺本身的原因外，大部分失效原因都是由于用户使用不当或维护不到位造成的。以下就离心泵运行中常见的故障给出防治措施和解决方案。
机械密封装置是泵的一个重要部件，泵的安装及运转情况无疑要对密封产生一定的影响。一台振动很大的泵，密封寿命和泄漏量不可能正常，密封的可靠性明显下降。此外，轴串量、密封箱端面和轴的垂直度、压盖和密封箱止口间隙、泵盖和泵体的止口间隙、轴套和径向跳动等，这些部位的尺寸超标，对密封性都会产生影响。仅仅提高密封本身的安装精度是很不够的，必须全面提高泵的安装质量（包括密封）才能达到预期的密封目的。
4.1满足泵安装的基本要求
4.1.1转子部分。为使转子平衡和运转中不至于产生较大的振动，安装时应注意做到以下几点。
①轴的径向跳动最大不超过0.03～0.05mm。转子的径向跳动分别为，叶轮口环不超过0.06～0.10mm，轴套等部位不超过0.04～0.065mm（小直径对应较小值，大直径对应较大值）。见图2轴弯曲的测量及曲线图。
②叶轮应找静平衡。在3000r/min工作的叶轮不平衡量不得大于以下规定。
③属于下列情况之一者还要检查转子的动平衡。
单级泵的叶轮直径超过300mm时；两级泵的叶轮直径超过250mm时。
④对于弹性柱销式及其他用铸铁制造的联轴器，当直径超过￠125mm，总长度超过300mm时也需进行动平衡校验。
4.1.2各部件的相对位置公差。密封箱与轴的同轴度0.10mm；密封箱与轴的垂直度0.05mm；转子的轴向串量0.30mm；压盖与密封箱配合止口同轴度0.10mm。
4.1.3与电机的同心度。电机单独运转时其振幅不超过0.03mm；工作温度下泵与电机的同心度，轴向0.08mm；径向0.10mm；立式泵采用的刚性联轴器同心度，轴向0.04mm；径向0.05mm。
4.1.4泵运转时双振恒值最大不超过0.06mm。
4.2减小泵轴窜量
合理地设计轴向力的平衡装置，减小泵轴窜量消除轴向窜量。为了满足这一要求，对于多级离心泵，比较理想的设计方案有两个:一个是平衡盘加轴向止推轴承，由平衡盘平衡轴向力，由轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位；另一个是平衡鼓加轴向止推轴承，由平衡鼓平衡掉大部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承承担，同时轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。第二种方案的关键是合理地设计平衡鼓，使之能够真正平衡掉大部分轴向力。对于其它单级泵、中开泵等产品，在设计时采取一些措施保证泵轴的窜量在机械密封所要求的范围之内。
4.3增加辅助冲洗系统
在条件允许的情况下，尽量设计辅助冲洗系统。冲洗压力一般要求高于密封腔压力0.107～0.11mpa，如果输送介质属于易汽化的，则应高于汽化压力0.1175～0.12mpa。密封腔压力要根据每种泵的结构型式、系统压力等因素来计算。轴封腔压力很高时或者压力几乎接近该密封使用最高极限时，也可由密封腔引液体至低压区，使轴封液体流动以带走摩擦热。
5结论
通过对泵用机械密封的工作原理及结构分析，结合对生产实际中泵用机械密封装置故障的分析统计，我们发现，影响时机械密封可靠性的因素不仅与机械密封装置的设计和制造有关，更重要的是要考虑机械密封装置的安装、维护和保养等外部的各种影响因素。统计并分析离心泵运行时的机械密封故障，其中绝大多数出现在安装与维护过程中，由于安装未达到技术要求，使得机械密封装置的运行周期大大降低。对天津石化运行泵的故障统计分析，其泵用机械密封装置的正常运行周期高于国内同类用泵的平均值，其原因与天津石化长期以来重视职工专业技能培训工作分不开，职工理论水平的提高和熟练掌握国内、外设备的设计和结构对泵用机械密封装置的维护，保障其长期安全、正常运行具有重要意义。
参考文献：
[1]化工密封技术，胡国桢，石流，阎家宾.化学工业出版社，1990.
[2]流体动密封，上册，顾永泉，中国石化出版社，1990.
机械密封的作用和原理篇7
【关键词】水泵；密封；问题；对策
【中图分类号】U464.138+.【文献标识码】a【文章编号】1672—5158（2012）08—0129-01
1.机械密封装置的原理
机械密封是靠一对相对运动的环的端面a（一个固定，另一个与轴一起旋转）相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用，这种装置称为机械密封机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧元件产生压力，可使中开泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙B、静环与压盖的间隙c的作用，同时对中开泵的振动、冲击起缓冲作用。机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件，它是与中开泵的其它零部件一起组合起来运行的，同时通过其基本原理可以看出，机械密封的正常运行是有条件的，例如：泵轴的窜量不能太大，否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压；机械密封处的中开泵轴不能有太大的挠度，否则端面比压会不均匀等等。只有满足类似这样的外部条件，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。
2.水泵密封存在的问题
2.1机械密封装置管系的焊接质量差严重影响给水泵的安全，当运行中管系轻微泄漏使机械密封液温度缓慢升高（由于经热交换器的机械密封液减少，或机械密封液得不到良好的冷却）；当管系严重泄漏使机械密封液温度急剧升高。这些都使机械密封动环和静环及贴和面得不到很好的冷却，使动静环过热而损坏。运行中多次发生由于机械密封管系泄漏导致给水泵跳闸，也加重了机械密封的磨损。因此对机械密封装置管系的焊接质量提出了更高的要求。
2.2给水水质对机械密封装置的影响。由于机械密封装置对水质的要求较高，当水质恶化时，由于机械密封装置的循环管系比较细，使机械密封装置急易堵塞造成机械密封液温度升高；当给水泵在低转速运行时，当水质恶化时，由于高鲁皮夫（Golubiev）反向螺旋槽的提升压力较低，使杂质不能被水及时带走，导致杂质沉积在机械密封贴和面处，划伤机械密封动静环的贴和面，使机械密封泄漏。因此必须加强机组启停机和正常运行的水质的监督。
2.3运行方式对机械密封装置的影响。
2.3.1当机组处于经常性的负荷调整，使给水泵处于变工况状态或给水泵经常处于启停状态时，导致给水泵泵轴的瞬间窜动，使给水泵动静环间的贴和面间隙过小，不足以形成流动膜，而造成动静环的干摩擦，使机械密封装置损坏。
2.3.2当给水泵处于正常备用状态时，此时该泵静止。由于泵备用时必须投入暖泵装置，这时虽然投入了机械密封装置的冷却水，但由于泵组未转动，因此机械密封装置中的水不可能流动，所以机械密封装置的石墨环（静环）处于100℃以上的高温中，而当备用泵联启立即带负荷时，100℃以上水突然流动起来经过冷却器后变成30℃以上的回水流过机械密封装置的石墨环，使石墨环骤冷而产生裂纹，导致机械密封装置泄漏。因此在泵组正常备用时可加一个小的循环泵使机械密封装置的水流动起来，避免上述现象的发生。
3.水泵密封存在问题的成因分析
3.1泵轴的轴向窜量大
平衡盘平衡轴向力的工作原理平衡盘工作时自动改变平衡盘与平衡环之间的轴向间隙b，从而改变平衡盘前后两侧的压差，产生一个与轴向力方向相反的作用力来平衡轴向力。由于转子窜动的惯性作用和瞬态中开泵工况的波动，运转的转子不会静止在某一轴向平衡位置。平衡盘始终处在左右窜动的状态。平衡盘在正常工作中的轴向窜量只有0105～011mm，满足机械密封的允许轴向窜量015mm的要求，但平衡盘在泵启动、停机、工况剧变时的轴向窜量可能大大超过机械密封允许的轴向窜量。泵经过长时间运行后，平衡盘与平衡环摩擦磨损，间隙b随着增大，机械密封轴向窜量不断增加。由于轴向力的作用，吸入侧的密封面的压紧力增加，密封面磨损加剧，直至密封面损坏，失去密封作用。吐出侧的机械密封，随着平衡盘的磨损，转子部件的轴向窜量大于密封要求的轴向窜量，密封面的压紧力减小，达不到密封要求，最终使泵两侧的机械密封全部失去密封作用。
3.2中开泵轴的挠度偏大
机械密封又称端面密封，是一种旋转轴向的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封之间要受力均匀。但由于泵产品设计的不合理，泵轴运转时，在机械密封安装处产生的挠度较大，使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好。
3.3没有辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设置不合理
机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的，它可以有效地保护密封面，起到冷却、、冲走杂物等作用。有时设计员没有合理地配置辅助冲洗系统，达不到密封效果；有时虽然设计人员设计了辅助系统，但由于冲洗液中有杂质，冲洗液的流量、压力不够，冲洗口位置设计不合理等原因，也同样达不到密封效果。
4.解决对策
4.1消除泵轴窜量大的对策
合理地设计轴向力的平衡装置，消除轴向窜量。为了满足这一要求，对于多级离心中开泵，比较理想的设计方案有两个：一个是平衡盘加轴向止推轴承，由平衡盘平衡轴向力，由轴向止推轴承对中开泵轴进行轴向限位；另一个是平衡鼓加轴向止推轴承，由平衡鼓平衡掉大部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承承担，同时轴向止推轴承对中开泵轴进行轴向限位。第二种方案的关键是合理地设计平衡鼓，使之能够真正平衡掉大部分轴向力。对于其它单级中开泵、中开中开泵等产品，在设计时采取一些措施保证中开泵轴的窜量在机械密封所要求的范围之内。
4.2消除中开泵轴挠度偏大的对策
首先，减少两端轴承之间的距离。中开泵叶轮的级数不要太多，在中开泵总扬程要求较高的情况下，尽量提高每级叶轮的扬程，减少级数；其次，增加中开泵轴的直径。在设计中开泵轴直径的时候，不要简单地仅考虑传递功率的大小，而要考虑机械密封、轴挠度、起动方法和有关惯性负荷、径向力等因素。很多设计员没有充分认识到这一点。
4.3增加辅助冲洗系统
机械密封的作用和原理篇8
【关键词】离心泵机械密封密封失效失效原因
1机械密封原理
机械密封主要是运用弹性元件实现对静、动环断面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，也称之为端面密封。所以，机械密封通常包含静环、动环、压紧元件和密封元件几个基本的组成部分，同时依靠在静环和动环之间的端面产生的摩擦副，来将密封室中的液体压力进行控制，使其保持在适当的比压值，实现不同端面之间的贴合，保证介质不会产生泄漏，同时也能够避免外部的杂质对介质产生影响。在离心泵机械系统中，密封圈的设置主要是为了保证密封环与轴之间的间隙获得有效填充，这样便能够使得静环与压盖之间的间隙消除，并且对离心泵的运转所产生的振动起到很大的缓冲作用。从某种意义上来说，机械密封的存在与其他的零件是相互影响的一个整体，其并不是孤立存在的，只有与其他零件进行有效的协调，才能够保证其有效的运行。所以，机械密封失效对于离心泵整体的运行也有着十分重要的影响。
2机械密封失效的原因分析
新的机械密封在投入使用时，在允许的范围内会产生一定的泄漏量，这与机械密封本身的结构有着一定的关系，当机械密封使用的时间较长时，很多机械密封就会产生失效，这与机械密封的安装工艺、设备运行状况等多方面的因素都有关系，笔者认为可以从以下几个方面分析：
2.1泵抽空或汽蚀
离心泵抽空是由于其在启动之前没有进行灌浆，所以液体介质中会进入一定的空气，在泵出口处的压力就会随之减少，这时便容易由于干摩擦的产生而导致密封失效。同时，机械密封表面出现老化、硬化现象也会造成密封失效。当介质流入到低压地区产生老化或者是气泡破裂，就会造成周围的流体以较高的速度溢出，占据周围的空间，就会产生较大的压强，形成汽蚀现象。
2.2密封面磨损造成的密封失效
机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。由于原油输送过程中，介质中包含大小不同的颗粒杂质，会随着原油的流动而进入到系统中，导致密封面磨损，因此容易造成密封失效。密封面自身的密封作用会受到原油中含有杂质的影响，当密封面受到杂质磨损后，便会产生不同程度的痕迹，经过长时间的磨损，会产生大面积的裂痕以及裂缝，在这种情况下，原油流经密封系统时则会产生外泄，不仅造成原油本身的浪费，同时也容易由于原油中含有的颗粒杂质而导致密封面磨损更加严重。
2.3腐蚀而引起的密封失效
经过离心泵机械系统输送的介质大多带有不同程度的腐蚀性，对于机械系统本身会产生一定的腐蚀作用。由于受到腐蚀而引起的密封失效，一般可以分为以下几个现象：第一，由于密封面点蚀，甚至穿透，而造成机械系统受到腐蚀；第二，由于碳化钨环与不锈钢底座焊接处产生的锈蚀而导致底座容易受到腐蚀；第三，焊接金属管、弹簧的设备在介质的腐蚀作用下容易发生破裂，这些都是容易造成机械密封失效的因素。
2.4密封圈失效
当前密封系统在密封圈的使用上，大多为橡胶材质或者是乙丙烯橡胶，但是由于生产厂家在生产工艺以及选材等方面，无法保证密封圈的质量，无法保证其全部为橡胶，当这种含有杂质的密封圈经过长时间的粘稠杂质的浸泡，很容导致其失去弹性，而产生硬化、老化，以及原油流经产生的磨损，因此容易造成密封圈失效而导致密封失效。
3加强机械密封的措施
3.1消除泵抽空和汽蚀
一方面，要对输送介质的温度进行有效的控制，使其在常压下维持在80℃以下；另一方面，加强岗位员工的巡检质量，需要注意相连旁接介质罐体的液位，始终要高于最低安全液位，而离心泵进口的压力也要进行有效的控制，保证其处在0.2-0.4mpa之间为宜。再一方面，认真做好员工岗位业务技能的培训，熟练掌握在用离心泵设备的各项操作规程，防止出现离心泵启动之前，没有开启入口阀，没有进行泵体放空和盘泵，使得机械密封由于缺少介质而形成干摩擦，最终造成密封失效的低级失误。最后还要协调好长输管线清管期间和调度室及上下站的沟通，在清管器到站之前提前停止泵的运行，避免蜡泥、清管器产生的空气段造成泵的抽空和汽蚀。
3.2消除摩擦引起的磨损
摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压（包括弹簧比压）过大等，都会缩短机械密封的使用寿命。对常用的材料，按耐磨性排列的次序为：碳化硅―碳石墨、硬质合金―碳石墨、陶瓷―碳石墨、喷涂陶瓷―碳石墨、氮化硅陶瓷―碳石墨、高速钢―碳石墨、堆焊硬质合金―碳石墨。通过选材的改进，能够有效的降低磨损。同时，高速钢―碳化硅也是当前一种较为常用的材料，其在提高密封效率方面也有着十分重要的意义。
3.3减轻腐蚀引起的密封失效
为了有效的减轻腐蚀引起的密封失效，需要重视泵的定期保养工作，达到保养期限时，需要使用干净、高纯度耐腐蚀的透平油对密封件进行冲刷清洗来达到减轻作用。
3.4对密封圈的更换
对于密封圈引起的密封失效，应当及时的对密封圈进行更换，尤其是在泵的二保规定期限到达以后，必须要定期对密封圈进行检查和更换，并且选择质量有保证的密封圈，消除由于密封圈失效所引起的密封失效。
4结束语
在实际的运行过程中，引起离心泵机械密封失效的因素有很多，除了其自身的因素之外，在运行状况、工艺条件等方面也可能会引起机械密封失效，因此必须要通过对机械密封的磨损状况以及离心泵的运行状况进行细致的观察，对引起密封失效的原因进行全面的分析，才能够采取有效的措施解决这一现象，以此保证机械密封安全可靠。
参考文献
[1]王雅萌，杜刚.机械密封失效原因及维护的探讨[J].化工设备与管道，2009（01）
[2]谢祯平.污水处理泵用机械密封失效分析与解决方案[J].福建轻纺，2011（02）
[3]孙秀丽.离心泵机械密封泄漏原因分析及处理方法[J].化学工程师，2008（03）
机械密封的作用和原理篇9
[关键词]重催原料泵密封运行周期短解决办法
中图分类号：L84文献标识码：a文章编号：1009-914X（2015）40-0349-01
一、现状调查
1、原料泵工艺流程
装置用的混和蜡油和减压渣油分别由输转9#、10#罐和一套、二套减压渣油线用泵（p201/1-4）抽进装置内的静态混合器（D214）混和后，进入原料缓冲罐，然后用原料泵p201aB抽出与油浆换热，原料泵p201aB是物料进出装置的必要条件，此泵一旦出现问题无法运行整个装置所需的原理无法供给，装置将面临着停工，所以原料泵p201在装置中起着至关重要的作用。
2、近几此p201aB的检修时间和运行时间
从表1可以看出，原料泵p201a机械密封在检修后大约300多小时后就出现密封泄漏现象，严重危害着装置的平稳运行，造成经济效益的损失和浪费，加重了检修人员的检修负担，解决密封运转周期短，提高密封寿命是一项十分艰巨和重要的任务
二、确定目标值
1、确定目标的必要性
p201aB原料泵是一重催装置的源头的设备，为后续工艺流程提供原料，一旦其出现问题整个生产就无法正常运行，密封泄漏后检修时一项十分复杂的任务，机泵放空泵体内存留的大量原油无法继续利用，对能源是一种浪费，同时检修更换密封价格昂贵，增加了企业成本
2、确定目标的依据
通过对2011年到2013年原料泵机械密封检修后泄漏时间调查，从表-1数据中可以看出密封检修后运行时间较短，对装置生产的平稳运行产生十分严重的影响，为炼油厂装置的平稳运行。小组成员围绕装置机械密封泄漏开展QC活动，制定有效的措施并实施，提高密封运转时间。本次活动确定目标充分考虑机械密封的结构和运转环境，通过小组的努力一定会达到目标值。
三、确定主要原因
小组成员对因果分析图中的末端因素进行逐一分析验证，通过查找设备、工艺运行参数，设备故障统计，确定主要原因：
原因之一：介质温度低、粘度大、含杂质。
一重催原料油泵p201aB，介质为原料油，操作温度75℃，介质粘度较大，易在摩擦副处堆积粘结，导致动静环密封面开启，造成密封泄漏
结论：p201aB原料泵机械密封运行在高粘度介质中运行导致密封运行周期短，应采取措施改善密封运行环境，可以依据api682标准选用合适冲洗系统对密封运转环境进行改善
原因之二：密封辅助系统不完善，密封运转环境恶劣。
此方案虽然能优化密封运行环境但是其选用冲洗液冷却水不能适用于介质，不能冲洗掉高粘度的介质，应采用水蒸汽降低介质粘度，对密封背部的介质有很好的冲洗作用，此外还应该增加pLan11冲洗方案对密封进行冲洗。
我们还可以选用api682标准的pLan32冲洗方案，但是考虑的成本问题，我们最终采用pLan11+pLan62组合方案
结论：机械密封辅助系统不完善致使密封运行环境恶劣，是密封运行周期短，产生泄漏的一个非常重要的原因。
原因之三：机械密封结构不合理。
该原料泵密封选用Dtm90密封，为丹东克隆集团生产的多弹簧密封，补偿系统采用小弹簧结构，外渗介质易阻塞弹簧的补偿能力，造成密封的失效泄漏，针对介质的特性易选用此结构型式密封
将弹簧外置从而解决了弹簧的补偿能力失效问题，动静环密封面选用硬对硬材质，增加了耐磨性，减少淤塞，同时对机械密封的比压和型式进行核对，为了使蒸汽均匀的进入密封背部在机械密封静环背部加一水环套，使冲洗效果更好。
结论：这种结构型式解决了密封的弹簧补偿失效问题和密封面的磨损问题，对密封运转时间的增长有很好的作用。
原因之四：工艺操作不稳定。
在装置开停工和切换泵的过程中可能出现操作不稳定，流量低，抽空现象，还可能存在预热阀门开启，跨线阀门未关闭引起的设备反转问题，上述现象都能造成密封的磨损导致泄漏，同时在启动泵的时候密封的辅助系统必须先投用。
结论：合理稳定的操作是机械密封寿命增加的一个重要条件。
四、对策实施
实施一：由程文杰提机泵结构变更方案交机动处，机动处审批同意后联系装置设备技术员外委化建施工完成，泵出口无预留冲洗孔，从泵出口放空线阀门前端引冲洗线至机械密封冲洗腔内完成自冲洗改造，冲洗线上加阀门和限流孔板控制冲洗液流量。
实施后，密封运转时间有所改善，由检修后运行时间360小时延长至1300小时左右。
实施二：由陈喜明提出增加封油或者蒸汽冲洗方案，程文杰查找api682标准，制定更改方案，增加封油和用蒸汽背部冲洗均适用与原料泵，但考虑到能耗与成本选用蒸汽背部冲洗的pLan62冲洗方案，程文杰提出设备结构变更申请，陈喜明联系装置设备技术员提供蒸汽源，装置设备技术员外委化建施工，割除原冷却水冲洗管线，外引蒸汽管线替代冷却水管线完成冲洗。
实施后，密封运行时间有比较明显的改善。
实施三：针对机械密封本体结构这方面有程文杰联系机械密封制造厂家，对机械密封的参数和其结构是否适合此工况进行了探讨和咨询，最终和厂家达成一致将此密封改为弹簧外装式结构，密封面选用硬对硬结构型式，在静环背部增加一水环套。
实施后，原料泵机械密封运转时间能达到8000小时完成目标值。
实施四：针对操作不稳定，流量变化，设备反转，密封辅助系统的投用顺序引起的密封泄漏问题，我们联系生产装置技术员，展开对合理操作的培训。
经过培训操作工对此泵有了更深的认识和对此泵的操作熟练程度和水平有了提高。
五、效果检查
小组经pDCa循环，经过3、4、5、月份的实施、检查，并经6、7、8、9四个月的巩固后，密封的运转时间明显改善，至今未发生机械密封泄漏现象。
经济效益分析：
活动前原料泵机械密封检修次数大约每年5次，且检修后密封一直存在微量泄漏，大约每分钟5滴，活动后每年只检修一次且不存在泄漏问题。
更换机械密封节约费用
此泵为两端支撑结构，有两套密封，检修5次需更换10套机械密封，每套密封单价为5200元
5200*10-5200*2=41600元
检修时泵内原油、轴承箱内油和机械密封常年渗漏造成经济损失大约为50000元
共产生直接经济效益为
41600+50000=91600元
同时无法用经济衡量的时其稳定运行保障着装置的稳定生产
六、巩固措施
1、减少误操作引起的密封泄漏；
2、检查密封冲洗系统管线是否通畅；
3、提高安装质量避免因安装问题造成的机械密封泄漏。
七、遗留问题及打算
机械密封的作用和原理篇10
关键词：机械密封；原理；选材；失效
中图分类号：tH311文献标识码：a
与传统的填料密封相比，机械密封具有密封性能好、寿命长、承受压力大，减少能源损耗和环境污染等优点。机械密封目前广泛应用与国内输油站场机泵，研究机封结构，分析故障原理和处理办法，对掌握基本运行情况、提升设备管理水平有重要意义。
一、机械密封的基本结构和作用原理
（一）、机械密封的基本结构
机械密封又叫端面密封，在国家有关标准中是这样定义的:“有至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置”。其具体结构如图1所示。机械密封安装在旋转轴上，密封腔由弹簧、动环密封圈、动环等构成，它们随轴一起旋转。其他机械密封零件包括静环、静环密封圈等，安装在端盖内，端盖与密封腔体用螺栓连接。
（二）、机械密封的作用原理
如图1所示，轴转动时，通过传动座和推环，带动动环旋转，静环固定不动，依靠介质压力和弹簧力使动静环之间的密封端面紧密贴合，在贴合面形成一层极薄的液体膜，阻止介质泄漏。摩擦副表面磨损后，在弹簧的推动下实现补偿。为了防止介质通过动环与轴之间泄漏，装有动环密封圈。静环密封圈阻止介质沿静环和压盖之间泄漏。
1静环2.动环3.动环密封圈4.推环5.弹簧
6.传动座7.静环密封圈8.压盖
图1
（三）、机械密封的辅助设施
机械密封辅助设施是许多元件的统称，它的作用是可以改善机械密封的工作环境，提高密封效果。包括过滤器、旋液分离器、限流孔板、冷却器、各种检测仪表及机械密封冲洗管路等。在实际的应用中，根据具体的情况来选择相应的设施。
在所有的辅助设施中，最主要的是冲洗设施。对于冲洗液的过滤和分离，通常选用的是过滤器和旋液分离器。旋液分离器工作原理是，含杂质的介质沿分离器切线方向进入，以一定的速度沿分离器旋转，利用固体颗粒和液体的比重差，洁净的液体从分离器顶部流出，去冲洗密封，含杂质的液体从底部流回泵的入口。
1、端面密封副
如图2所示，由动环和静环组成端面密封副，它的作用是防止介质泄漏，使密封面紧密贴合。它要求静、动环要有非常好的耐磨性，动环可以沿轴向灵活移动，密封面的磨损自动补偿，与静环使之一直保持良好的贴合。为此，密封面对所用材料以及其加工质量有较高的要求，确保密封副有良好的贴合性能。
图2端面密封副
2、弹性元件
弹性元件主要用弹簧和波纹管。它要求起预警、补偿和缓冲作用，要求始终保持足够的弹力来克服动环等元件的惯性、传动件和辅助密封的摩擦，保证端面动环的追随性和密封副良好的贴合。材料要求耐疲劳、耐腐蚀。
3、辅助密封
如图3所示，辅助密封有o型圈、V型圈、U型圈等。它主要起密封动环和静环的作用，同时也起到缓冲和浮动的作用。要求能够保证静环的密封元件使压盖与静环之间的密封的同时，对静环也要求有一定的浮动性；动环的密封元件能保证动环的浮动性和动环与轴套或者轴之间的密封性。材料要求能与介质相容并耐寒、耐热。
图3辅助密封
4、传动件
传动元件主要有传动销、传动环、传动座、传动键等。它的作用是将轴的转矩传给动环。材料要求耐磨、耐腐蚀。
二、机械密封失效机理
机械密封的失效主要有几种主要形式，如静试泄漏、运转泄漏等。运转泄漏又包括持续泄漏、突发泄漏，再运行泄漏等。
（一）、安装静试泄漏
安装调试结束后须对机械密封进行静试，通过观察泄漏量分析泄漏原因。如泄漏量较大时，则表存在问题明于静、动环摩擦副间；泄漏量较小，存在的问题多为静环或动环密封圈。在判断泄漏部位、初步观察泄漏量的基础上，若泄漏量再手动盘车观察，无明显变化，则静、动环密封圈有问题；如沿轴向喷射泄漏介质，则居多为动环密封圈存在问题，泄漏介质从水冷却孔中漏出或向四周喷射，则静环密封圈多为失效；如盘车时泄漏量有明显变化，则可断定是动、静环摩擦副存在问题。
（二）、运转时泄漏分析
导致持续性密封泄漏的原因较多，主要表现为密封端面问题，如端面变形不平、端面出现裂纹。端面比压过大、摩擦热引起热变形，强度不够产生变形，安装时零件受力不均引起变形；工作介质中有颗粒状物质，运转中进入摩擦副，擦伤动、静环密封端面；动环或静环的密封圈与轴的垂直误差过大；辅助密封问题，如安装时辅助密封被压伤或擦伤，o形圈出现化学腐蚀、老化；弹簧偏心、比压过小或弹簧失效；防转销端部未顶住防转槽；转轴振动过大；泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等均会导致密封周期性泄漏；轴套表面在密封圈处有轴向沟槽、凹坑或腐蚀。突发性泄漏主要由几种因素导致，如设备强烈振动，抽空破坏了摩擦副；弹簧断裂；防转销脱落或传动销断裂；安装错误或不符合要求。
再运行泄漏也是常见的机械密封失效形式。泵在停一段时间后再启动时可能发生泄漏，这主要是因为摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧腐蚀、阻塞而失弹。
表1中给出了导致机械密封失效的主要影响因素，数据表明操作是导致机械密封失效的主要因素，约占42%。为了尽量减少机械密封失效的发生，必须严格按照操作规程进行安装、调试、检查、维护和清洗。养成良好的操作习惯，保证机械密封的正常运行。
表1导致机械密封失效的因素及其占比
影响因素失效占比/%影响因素失效占比/%
操作42系统设计24
设备精度26密封设计
/应用选型8
三、典型案例分析
（一）、故障现象
在泵启动瞬间，非驱动端机械密封处有烟雾冒出，并伴有油品泄漏。或停止时泵腔内的压力瞬时升高而引起，在结焦的过程中伴随有烟雾。
（二）、原因分析
如图4所示，从解体后的情况来看，动静环内壁都堆积比较多的结焦物。高温经常会出现结焦故障，少量的泄漏就会在密封靠近大气一侧发生碳化。
图4(a):动环传动处和传动套之间发生了摩擦。
图4(b)、图4(e)、图4(f):3张图片中都堆积含有颗粒的结焦物。
图4(c):动环表面出现金属粉磨的痕迹，说明密封运转时间短，动环面磨损严重。
图4(d):静环表面有正常的磨损痕迹。
（三）、解决途径
1、选型
原油具有黏度大、凝点高、杂质多、含硫高的特点。为了防止弹簧由于原油结晶、杂质卡住而失效，选用的是静止式机械密封，即静环为补偿环；当发生粘着磨损或磨粒磨损时，材料越硬越耐磨，为了减少磨损率和因为磨损而导致密封失效，选用的是碳化硅-碳化硅的端面硬摩擦组对；辅助封圈选用的是氟橡胶，具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀的优点。
2、冲洗
必须设计合理的冲洗管路，否则会因结晶的析出，颗粒、杂质的沉淀，使机械密封动、静环失去浮动性，弹簧失灵。更严重的是颗粒、杂质进入摩擦副会加剧摩擦的磨损，导致机械密封的迅速破坏。
3、维护
定期清洗冲洗管路，使之保持畅通；启动泵前充分排气。
图4失效的机械密封
总之，处理机泵泄漏问题时，一定要综合考虑泵的安装精度、操作运转条件、机封装配精度等方面因素，查清原因，有针对性地解决存在的问题。文中内容对机械密封的选型使用和维修保养提供帮助，保证机械密封长周期稳定、可靠地运转。
参考文献