機械密封相關(guān)知識

一、機械密封概述

機械密封（端面密封）是一種用來處理旋轉(zhuǎn)軸與機體之間密封的安裝。它是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面的流體壓力和補償機構(gòu)彈力（或磁力）的作用及輔助密封的配合下堅持貼合下并相對滑動而構(gòu)成避免流體走漏的安裝，常用于泵、緊縮機、反響攪拌釜等旋轉(zhuǎn)式流體機械，也用于齒輪箱、船舶尾軸等密封。因而，機械密封是一種通用的軸封安裝。

機械密封構(gòu)造多種多樣，最常用的機械密封構(gòu)造是端面密封。端面密封的靜環(huán)、動環(huán)組成一對摩擦副，摩擦副的作用是避免介質(zhì)走漏。它請求靜環(huán)、動環(huán)，具有良好的耐磨性，動環(huán)能夠在軸向靈敏的挪動，自動補償密封面磨損，使之與靜環(huán)良好的貼合；靜環(huán)具有浮動性，起緩沖作用。為此，密封面請求有良好的加工質(zhì)量，保證密封副有良好的貼合性能。構(gòu)成機械密封的根本元件有靜環(huán)、動環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、動環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈軸套密封圈等。

彈性元件（彈簧、波紋管）它主要起預(yù)緊、補償弛緩沖的作用，請求一直堅持足夠的彈性來克制輔助密封和傳動件的摩擦和動環(huán)等的慣性，保證端面密封副良好的貼合和動環(huán)的跟隨性，資料請求耐腐蝕、耐疲倦。

輔助密封（O形圈、V形圈、U 形圈、楔形圈和異形圈等）它主要起靜環(huán)和動環(huán)的密封作用，同時也起到浮動弛緩沖作用。請求靜環(huán)的密封元件能保證靜環(huán)與壓蓋之間的密封性，靜環(huán)有一定的浮動性，動環(huán)的密封元件能保證動環(huán)與軸或軸套之間的密封性和動環(huán)的浮動性。資料請求耐熱等。

1、根本構(gòu)造

1）端面密封摩擦副

2）緩沖補賞和壓緊機構(gòu)

3）輔助密封（二級密封撓性元件）

4）傳動機構(gòu)

2、根本密封點

1）端面主密封點

2）靜環(huán)與端蓋輔助密封點

3）動環(huán)與軸（軸套）輔助密封點

4）端蓋與泵體銜接密封點

二、機械密封的優(yōu)缺陷

1、優(yōu)點

（1）構(gòu)造牢靠，走漏量能夠限制到很少，只需主密封面的外表粗糙度戰(zhàn)爭直度能保證到達(dá)請求，只需資料耐磨性好，機械密封能夠到達(dá)很少走漏量，以至肉眼看不見走漏。

（2）壽命長。在機械密封中，主要磨損局部是密封摩擦副端面，由于密封端面的磨損量在正常工作條件下不大，普通能夠連續(xù)運用1～2年，特殊場所下也有用到5～10年。

（3）運轉(zhuǎn)中無需調(diào)整。由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉(zhuǎn)中自動堅持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調(diào)整壓緊。

（4）具有耐耐振性。在轉(zhuǎn)速為3000r/min下最大振幅不超越 0.05mm運用PV值不時進(jìn)步

（5）功率損失小。填料密封是靠盤根的壓緊在軸上或軸套上起作用的。填料密封與軸直接摩擦，填料壓的越緊摩擦力就越大、耗費功率也就越大。而機械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)十分的小，機械密封的功率損失是填料密封的10～50%

（6）波紋管密封軸或軸套不受磨損，對旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對殼體的偏斜不敏感。

（7）適用范圍廣。當(dāng)介質(zhì)易燃、易爆、有毒有害時，采用機械密封可保證密封。它還適用于高溫、低溫、高壓、真空各種轉(zhuǎn)速的及腐蝕介質(zhì)的設(shè)備密封。

2、缺陷

（1）如構(gòu)造比填料密封復(fù)雜，加工精度請求高，并請求一定的裝置技術(shù)等，特別是干氣密封的裝置請求更高。而且密封技術(shù)開展的很快，新技術(shù)不時呈現(xiàn)給我們維修帶來了新的課題。

（2）構(gòu)造復(fù)雜、拆裝不便。與其它密封比擬，機械端面密封的零件數(shù)目多，請求精細(xì)，構(gòu)造復(fù)雜。特別是在裝配方面較艱難，拆裝時要從軸端抽出密封環(huán)，必需把機器局部（聯(lián)軸器）或全部拆卸。這一問標(biāo)題前已作了某些改良，例如采用拆裝便當(dāng)并可保證裝配質(zhì)量的剖分式和集裝式機械密封等。

三、機械密封的工作原理

機械密封亦稱端面密封，是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下，依賴輔助密封的配合與另一端堅持貼合，并相對滑動，從而避免流體走漏。

四、機械密封常用資料的選用

清水，常溫：（動）9Cr18，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，青銅，酚醛塑料。

河水（含泥沙），常溫：（動）碳化鎢，（靜）碳化鎢。

海水，常溫：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

過熱水 100度：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

汽油，光滑油，液態(tài)烴，常溫：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂或錫銻合金石墨，酚醛塑料。

汽油，光滑油，液態(tài)烴，100度：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢；（靜）浸青銅或樹脂石墨。

汽油，光滑油，液態(tài)烴，含顆粒：（動）碳化鎢；（靜）碳化鎢 。

五、密封資料的品種及用處

密封資料應(yīng)滿足密封功用的請求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設(shè)備的工作條件不同，請求密封資料的具有不同的順應(yīng)性。對密封資料的請求普通是：

1） 資料致密性好，不易泄露介質(zhì)。

2） 有恰當(dāng)?shù)臋C械強度和硬度。

3） 緊縮性和回彈性好，永世變形小。

4） 高溫下不軟化，不合成，低溫下不硬化，不脆裂。

5） 抗腐蝕性能好，在酸，堿，油等介質(zhì)中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬外表上。

6） 摩擦系數(shù)小，耐磨性好。

7） 具有與密封面分離的柔軟性。

8） 耐老化性好，經(jīng)久耐用。

9） 加工制造便當(dāng)，價錢廉價，取材容易。

六、機械密封裝置、運用技術(shù)要領(lǐng)

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

2）設(shè)備的密封部位在裝置時應(yīng)堅持清潔，密封零件應(yīng)停止清洗，密封端面完好無損，避免雜質(zhì)和灰塵帶入密封部位；

3）在裝置過程中嚴(yán)禁碰擊、敲打，以免使機械密封摩擦副破損而密封失效；

4）裝置時在與密封相接觸的外表應(yīng)涂一層清潔的機械油，以便能順利裝置；

5）裝置靜環(huán)壓蓋時，擰緊螺絲必需受力平均，保證靜環(huán)端面與軸心線的垂直請求；

6）裝置后用手推進(jìn)動環(huán)，能使動環(huán)在軸上靈敏挪動，并有一定彈性；

7）裝置后用手盤動轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸應(yīng)無輕重覺得；

8）設(shè)備在運轉(zhuǎn)前必需充溢介質(zhì)，以避免干摩擦而使密封失效。

七、機械密封在工業(yè)方面開展及應(yīng)用

橡膠是最常用的密封資料。除橡膠外，合適于做密封資料的還有石墨等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。

當(dāng)前采用新資料和工藝的各種機械密封的新技術(shù)，停頓較快，有下列的機械密封新技術(shù)。密封面開槽密封技術(shù)近年來，在機械密封的密封端面上開了各種各樣的流槽，以產(chǎn)生流體靜、動壓效應(yīng)，如今還在不時更新。

零走漏密封技術(shù)過去總以為接觸式和非接觸式機械密封不可能到達(dá)零走漏（或無走漏）。以色列應(yīng)用開槽密封技術(shù)，提出零走漏非接觸式機械端面密封的新概念，并已用于核電站光滑油泵中。干運轉(zhuǎn)氣體密封技術(shù)這類密封是將開槽密封技術(shù)用于氣體密封。上游泵送密封技術(shù)即應(yīng)用密封面上開流槽將下游少量走漏流體泵送回上游。

上述幾類密封的構(gòu)造特性是：采用淺槽，且膜厚和流槽的深均屬微米級，并采用光滑槽，徑向密封壩和周向密封堰組成密封和承載局部。也能夠說開槽密封是平面密封和開槽軸承的分離。其優(yōu)點是走漏量?。ㄒ灾翢o走漏）、膜厚大，消弭接觸摩擦、功耗和發(fā)熱量小。熱流體動壓密封技術(shù)它是應(yīng)用各種外形較深的密封面流槽，形成部分熱變形，以產(chǎn)生流體動力楔效應(yīng)。這種具有流體動壓承載才能的密封，稱之為熱流體動力楔密封。

波紋管密封技術(shù)可分為成型金屬波紋管和焊接金屬波紋管機械密封技術(shù)。

多端面密封技術(shù)分為雙密封、中間環(huán)密封、多密封技術(shù)。另外還有平行面密封技術(shù)、監(jiān)控密封技術(shù)、組合密封技術(shù)等。

八、機械密封沖洗計劃及特性

沖洗的目的在于避免雜質(zhì)集積，避免氣囊構(gòu)成，堅持和改善光滑等，當(dāng)沖洗液溫度較低時，兼有冷卻作用。沖洗的方式主要有如下：

（一）內(nèi)沖洗

1、正沖洗

1）特性：應(yīng)用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端經(jīng)過管路引入密封腔。

2）應(yīng)用：用于清潔流體， p1稍大于p進(jìn)，當(dāng)溫度高或有雜質(zhì)時，可在管路上設(shè)置冷卻器、過濾器等。

2、反沖洗

1）特性：應(yīng)用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端引入密封腔，沖洗后經(jīng)過管路流回泵入口。

2）應(yīng)用：用于清潔流體，且p進(jìn)

3、全沖洗

1）特性：應(yīng)用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端經(jīng)過管路引入密封腔，沖洗后再經(jīng)管路流回泵入口。

（二）外沖洗

特性：引入外系統(tǒng)與被密封介質(zhì)相容的清潔流體至密封腔停止沖洗。

應(yīng)用：外沖洗液壓力應(yīng)比被密封介質(zhì)大0.05--0.1MPa，適用于介質(zhì)為高溫或固體顆粒的場所。沖洗液的流量應(yīng)保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需求，不會產(chǎn)生對密封件的沖蝕。為此，需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，普通清潔沖洗液的流速應(yīng)小于5m/s；

含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，為到達(dá)上述的流速值，沖洗液與密封腔壓力的差值應(yīng)<0.5MPa，普通取0.05--0.1MPa，對雙端面機械密封可取0.1--0.2MP，沖洗液進(jìn)入和排出密封腔的孔口位置，應(yīng)設(shè)置在密封端面左近，且應(yīng)在靠近動環(huán)側(cè)，為了避免石墨環(huán)被沖蝕或因冷卻不均惹起溫差變形，以及雜質(zhì)堆積和結(jié)焦等，可采用切向引入或多點沖洗.必要時，沖洗液能夠是熱水或蒸汽。

九、機械密封典型失效緣由剖析

（一）機械密封自身問題

1、鑲裝不到位或不平整。

2、載荷系數(shù)太大或端面比壓設(shè)計不合理。

3、材質(zhì)選用不當(dāng)。

4、密封面不平。

5、密封面太寬或太窄。

（二）輔助系統(tǒng)問題

1、工況條件復(fù)雜，但沒有沖洗等輔助設(shè)備。

2、沖洗管梗塞。

3、冷卻管結(jié)垢。

（三）介質(zhì)及工作條件問題

1、介質(zhì)腐蝕性強。

2、介質(zhì)中有固體顆粒。

3、設(shè)備抽空。

4、密封面結(jié)晶。

5、介質(zhì)粘度太大。

（四）泵的問題

1、軸的加工精度不佳、串軸、跳動、裝置間隙過大。

2、泵開啟后振動太大。

3、壓蓋墊環(huán)不佳。

4、密封箱不平。

5、機械密封裝置沒有到達(dá)應(yīng)有的緊縮量。

十、常見的滲漏現(xiàn)象

機械密封滲漏的比例占全部維修泵的50 %以上，機械密封的運轉(zhuǎn)好壞直接影響到水泵的正常運轉(zhuǎn)，現(xiàn)總結(jié)剖析如下：

1、周期性滲漏

（1）泵轉(zhuǎn)子軸向竄動量大，輔助密封與軸的過盈量大，動環(huán)不能在軸上靈敏挪動。在泵翻轉(zhuǎn)，動、靜環(huán)磨損后，得不到補償位移。

對策：在裝配機械密封時，軸的軸向竄動量應(yīng)小于0．1mm ，輔助密封與軸的過盈量應(yīng)適中，在保證徑向密封的同時，動環(huán)裝配后保證能在軸上靈敏挪動（把動環(huán)壓向彈簧能自在地彈回來）。

（2）密封面光滑油量缺乏惹起干摩擦或拉毛密封端面。

對策：油室腔內(nèi)光滑油面高度應(yīng)加到高于動、靜環(huán)密封面。

（3）轉(zhuǎn)子周期性振動。緣由是定子與上、下端蓋未對中或葉輪和主軸不均衡，汽蝕或軸承損壞（磨損），這種狀況會縮短密封壽命和產(chǎn)生滲漏。

對策：可依據(jù)維修規(guī)范來糾正上述問題。

2、由于壓力產(chǎn)生的滲漏

（1）高壓和壓力波形成的機械密封滲漏由于彈簧比壓力及總比壓設(shè)計過大和密封腔內(nèi)壓力超越3MPa時，會使密封端面比壓過大，液膜難以構(gòu)成，密封端面磨損嚴(yán)重，發(fā)熱量增加，形成密封面熱變形。

對策：在裝配機封時，彈簧緊縮量一定要按規(guī)則停止，不允許有過大或過小的現(xiàn)象，高壓條件下的機械密封應(yīng)采取措施。為使端面受力合理，盡量減小變形，可采用硬質(zhì)合金、陶瓷等耐壓強度高的資料，并增強冷卻的光滑措施。

（2）真空狀態(tài)運轉(zhuǎn)形成的機械密封滲漏泵在起動、停機過程中，由于泵進(jìn)口梗塞，抽送介質(zhì)中含有氣體等緣由，有可能使密封腔呈現(xiàn)負(fù)壓，密封腔內(nèi)若是負(fù)壓，會惹起密封端面干摩擦，內(nèi)裝式機械密封會產(chǎn)生漏氣（水）現(xiàn)象，真空密封與正壓密封的不同點在于密封對象的方向性差別，而且機械密封也有其某一方向的順應(yīng)性。

對策：采用雙端面機械密封，這樣有助于改善光滑條件，進(jìn)步密封性能。

3、由于介質(zhì)惹起的滲漏

（1）大多數(shù)潛污泵機械密封拆解后，靜環(huán)和動環(huán)的輔助密封件無彈性，有的曾經(jīng)腐朽，形成了機封的大量滲漏以至有磨軸的現(xiàn)象。由于高溫、污水中的弱酸、弱堿對靜環(huán)和動環(huán)輔助橡膠密封件的腐蝕作用，形成了機械滲漏過大，動、靜環(huán)橡膠密封圈資料為丁腈—40 ，不耐高溫，不耐酸堿，當(dāng)污水為酸性堿性時易腐蝕。

對策：對腐蝕性介質(zhì)，橡膠件應(yīng)選用耐高溫、耐弱酸、弱堿的氟橡膠。

（2）固體顆粒雜質(zhì)惹起的機械密封滲漏假如固體顆粒進(jìn)入密封端面，將會劃傷或加快密封端面的磨損，水垢和油污在軸（套）外表的堆積速度超越摩擦副的磨損速度，致使動環(huán)不能補償磨耗位移，硬對硬摩擦副的運轉(zhuǎn)壽命要比硬對石墨摩擦副的長，由于固體顆粒會嵌入石墨密封環(huán)的密封面內(nèi)。

對策：在固體顆粒容易進(jìn)入的位置應(yīng)選用碳化鎢對碳化鎢摩擦副的機械密封。

4、因其他問題惹起的機械密封滲漏

機械密封中還存在設(shè)計、選擇、裝置等不夠合理的中央。

（1）彈簧緊縮量一定要按規(guī)則停止，不允許有過大或過小的現(xiàn)象，誤差±2mm ，緊縮量過大增加端面比壓，摩擦熱量過多，形成密封面熱變形和加速端面磨損，緊縮量過小動靜環(huán)端面比壓缺乏，則不能密封。

（2）裝置動環(huán)密封圈的軸（或軸套）端面及裝置靜環(huán)密封圈的密封壓蓋（或殼體）的端面應(yīng)倒角并修光，以免裝配時碰傷動靜環(huán)密封圈。

十一、機封正常運轉(zhuǎn)和維護問題

1、啟動前的準(zhǔn)備工作及留意事項

a 全面檢查機械密封，以及隸屬安裝和管線裝置能否齊全，能否契合技術(shù)請求。

b 機械密封啟動行進(jìn)行靜壓實驗，檢查機械密封能否有走漏現(xiàn)象。若走漏較多，應(yīng)查清緣由設(shè)法消弭。如仍無效，則應(yīng)拆卸檢查并重新裝置。普通靜壓實驗壓力用2-3公斤/平方厘米。

c 按泵旋向盤車，檢查能否輕快平均。如盤車費勁或不動時，則應(yīng)檢查裝配尺寸能否錯誤，裝置能否合理。

2、裝置與停運

a 啟動前應(yīng)堅持密封腔內(nèi)充溢液體。關(guān)于保送凝固的介質(zhì)時，應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)凝結(jié)。啟動前必需盤車，以避免忽然啟動而形成軟環(huán)碎裂。

b 關(guān)于應(yīng)用泵外封油系統(tǒng)的機械密封，應(yīng)先啟動封油系統(tǒng)。停車后最后中止封油系統(tǒng)。

c 熱油泵停運后不能馬上中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，才能夠中止冷卻水，以免損壞密封零件。

3、運轉(zhuǎn)

a 泵啟動后若有細(xì)微走漏現(xiàn)象，應(yīng)察看一段時間。如連續(xù)運轉(zhuǎn)4小時，走漏量仍不減小，則應(yīng)停泵檢查。

b 泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn)，壓力動搖不大于1公斤/平方厘米。

c 泵在運轉(zhuǎn)中，應(yīng)防止發(fā)作抽空現(xiàn)象，以免形成密封面干摩擦及密封毀壞。

機械密封自身是一種請求較高的精細(xì)部件，對設(shè)計、機械加工、裝配質(zhì)量都有很高的請求。在運用機械密封時，應(yīng)剖析運用機械密封的各種要素，使機械密封適用于各種泵的技術(shù)請求和運用介質(zhì)請求且有充沛的光滑條件，這樣才干保證密封長期牢靠地運轉(zhuǎn)。

上海谷傳工業(yè)

2019.04.18