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1、机械密封的原理及要求一、引言机械密封是流体机械和动力机械中重要的密封装置 ,它对整台机器设备、整套装置甚至对整个生产过程的安全性都有很大的影响 ,是机械设备防漏、节能以及控制环境污染的重要基础件。随着高新技术和工业的高速发展 ,机械密封以其多方面的优越性被广泛应用。二、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
2、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
3、术要求，使机械密封发挥它应有的作用。 三、机械密封的故障表现及原因 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。 （一）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。 （二）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
4、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
5、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。四、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
6、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27毫米之间。 （一）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。 (二)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
7、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、润滑油、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。 （三） 泵轴窜量大的处理 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
8、限位。 （四） 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、润滑、冲走杂物等作用。 （五）泵振动的处理措施 在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。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。五、通用离心泵机械密封泄漏原因分析与处理对一般通用离心泵机械密封的泄漏原因进行了分析,并对各种泄漏现象以及可能引起泄漏的部位进行了说明,同时,对一般通用
9、离心泵机械密封在检修中可能出现的问题做了简要说明。（一）结构原理简介通用离心泵机械密封种类繁多,型号各异,但它们的泄漏点基本上都表现在6处: 1、动、静环端面处; 2、静环与静环盒的辅助密封处; 3、动环与轴套的辅助密封处; 4、静环盒与密封泵体之间的密封处; 5、轴套与泵轴之间的密封处; 6、动环镶嵌结构配合处。其主要结构如图1所示。图1 机械密封结构示意图1、轴套2、密封垫3、弹簧座4、弹簧5、推环6、动环O形环7、挡环8、动环9、静环O形环10、静环11、密封填料12、防转销13、静环座14、静环座密封垫15、锁紧螺钉16、泵轴（二）机械密封的故障表现1、 密封端面的故障:磨损、热裂、变
10、形、破损(尤其是非金属密封端面) 。2、 弹簧的故障:松弛、断裂和腐蚀。3、 辅助密封圈的故障:装配性的故障有掉块、裂口、碰伤、卷边和扭曲;非装配性的故障有变形、硬化、破裂和变质。机械密封的故障在运行中集中表现为振动、发热、磨损,最终以介质向外泄漏的形式出现。（三）机械密封泄漏的原因分析及处理一般泵用机械密封在安装后都要经过静态和动态的试验,以确认机械密封安装正确,当发现有泄漏时,便于及时进行维修。另外,在正常运转时也可能突然出现泄漏,此时可以根据情况进行综合分析,确认导致机械密封泄漏的真正原因,便于解决。下面就静压试验时泄漏、周期性或阵发性泄漏和经常性泄漏3种情况分别进行说明。1、静压试验时
11、泄漏（1）密封端面安装时碰伤、变形、损坏;（2）密封端面间安装时夹入颗粒状杂质;（3）密封端面由于定位螺钉松动或没有拧紧,压盖(静止型的静环组件为压板)没有压紧;（4）机器设备精度不够,使密封端面没有贴合;（5）动静环密封面未被压紧或压缩量不够或损坏;（6）动静环“V”形密封圈方向装反;（7）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。处理:加强装配时的检查、清洗;严格按技术要求进行装配。2、周期性或阵发性泄漏（1）转子组件轴向窜动量太大。处理:调整推力轴承,使轴的轴向窜动量不大于0125mm。（2）转子组件周期性振动。处理:找出原因并予以消除。（3）密封腔内压力经常大幅度变化。处
12、理:稳定工艺操作条件。3、经常性泄漏3.1由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏（1）弹簧压缩量(机械密封压缩量)太小。（2）弹簧压缩量太大,石墨动环龟裂。（3）密封端面宽度太小。处理:增大密封端面宽度,并相应增大弹簧作用力。（4）补偿密封环的浮动性太差(密封圈太硬或硬化或压缩量太大,补偿密封环的间隙太小) 。处理:对补偿密封环间隙太小的,增大补偿密封环的间隙。（5）镶钻或粘结动、静环的结合缝泄漏(镶装工艺欠佳,存在残余变形;材料不均匀;粘结剂变形) 。（6）动、静环损伤或裂纹。（7）密封端面磨损,补偿能力消失。（8）动、静环密封端面变形(端面所受弹簧作用力太大,按摩热太大,产生热变形;密封零件结构
13、不合理、强度不够,受力而变形;由于加工等原因,密封零件有残余变形;安装时用力不均引起变形) 。处理:更换有缺陷的或损坏的密封环。（9）动、静环密封端面与轴中心线垂直度偏差过大,动、静环密封面相对平行度差过大。处理:调整密封端面。3.2由辅助密封圈引起的经常性泄漏（1）密封圈的材料不对,耐磨、耐腐、耐温,抗老化性能太差,以致过早发生变形、硬化、破裂、融解等。（2）“O”形密封圈的压缩量不对,太大,容易装坏,太小,密封效果不好。（3）安装密封圈的轴(或轴套) 、密封端盖和密封腔,在“O”形密封圈推进的表面有毛刺倒角不光滑或角倒圆不够大。处理:对毛刺和不光滑的倒角,应适当修整平滑,适当加大圆弧和倒角
14、,修整平滑。（4）“O”形密封圈发生掉块、裂口、碰坏、卷边和扭曲。处理:注意装配事项。3.3由于弹簧缺陷引起的泄漏（1）弹簧端面偏斜。（2）多弹簧型机械密封,各弹簧之间的自由高度差太大。3.4由于其它零件引起的经常性泄漏如传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起的泄漏。待添加的隐藏文字内容23.5由于转子引起的经常性泄漏如转子振动引起的泄漏。3.6由于机械密封辅助机构引起的经常性泄漏冲洗冷却液流量太大或太小,压力太大或太小;注意方向和位置不对;注意质量不佳,有杂质。3.7由于介质的问题引起的经常性泄漏（1）介质里有悬浮性微粒或结晶长时间积聚结果,堵塞在动环与轴之间、弹簧之间。弹簧与弹簧座之间,使
15、补偿密封环不能浮动,失去补偿缓冲作用。（2）介质里的悬浮微粒或结晶堵在密封端面间,使密封端面迅速磨损。处理:开车前要先开冲洗冷却液阀门过一段时间再盘车开车;如加大冲洗冷却液;适当提高介质入口温度;提高介质过滤、分离效果。（四）检修中需注意的几个问题在实际检修工作中,常常容易存在一些误区,主要是对机械密封的一些附属零部件的密封作用原理的理解上出现偏差。下面就这方面的问题作一些简单的说明。1、弹簧压缩量越大密封效果越好其实,弹簧压缩量过大,会导致密封摩擦副的急剧磨损,瞬间就可能烧损。过度的压缩使弹簧产生永久塑性变形,失去调节动环端面的能力,从而使密封失效。2、动环密封圈越紧越好其实动环密封圈过紧有
16、害无益。一是加剧密封圈与轴套间的磨损,引起过早泄漏;二是增大了动环轴向调整、移动的阻力,在工况变化频繁时无法适时进行调整;三是弹簧过度疲劳易损坏;四是使动环密封圈变形,影响密封效果。3、静环密封圈越紧越好静环密封圈基本处于静止状态,相对较紧密封效果会好些,但过紧也是有害的。一是引起静环过度变形,影响密封效果;二是静环材质以石墨居多,一般比较脆,过度受力极易引起碎裂;三是安装、拆卸困难,极易损坏静环。静环的安装形式的选择要充分考虑在相应的工况下的浮动能力,安装后能自动追随动环面与之贴合,如果静环密封圈过紧,使静环安装后不能浮动,就会产生偏磨,过早的失效。4、叶轮锁紧螺母越紧越好机械密封泄漏中,轴
17、套与轴之间的泄漏(轴间泄漏)是比较常见的。一般认为,轴间泄漏就是叶轮锁紧螺母没锁紧,其实导致轴间泄漏的因素较多,如轴间垫圈失效、偏移,轴间内有杂质,轴与轴套配合处有较大的形位误差,接触面被破坏,轴上各部件间有间隙,轴头螺纹过长等,都会导致轴间泄漏。锁紧螺母锁紧过度只会导致轴间垫圈过早失效。其实,适度拧紧锁紧螺母,可以使轴间垫始终保持一定的压缩弹性,在运转中锁紧螺母会自动适时锁紧,使轴间始终处于良好的密封状态。5、新的比旧的好相对而言,使用新机械密封的效果好于旧的,但如果新机械密封的质量或材质选择不当时,或配合尺寸误差较大时,就会影响密封效果。在聚合性和渗透性介质中,静环如果没有出现过度磨损,还
18、是不更换为好。因为静环在静环座中长时间处于静止状态,使聚合物和杂质沉积为一体,起到了较好的密封作用。其实,很多情况下,机械密封都是没有问题的,只要作适当的调整和处理,机械密封是可以继续使用的。这样,既可以节约成本,又可以减少工作量,并可以保证密封效果,是一举多得的事情。6、拆修总比不拆好一旦机械密封出现泄漏便急于拆修,这种做法是不完全对的,应该根据具体情况具体分析。其实,有时候机械密封并没有损坏,只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既避免零部件的浪费又可以避免维修人员的无用劳动。在检修时,应该根据实际情况作出正确的判断,从而采取有针对性的检修。根据密封的发展趋势,现在很多的密封在设计时就考虑设计成集装式,有效地杜绝了上述很多的泄漏发生。参考文献（1）机械设计手册【M】.北京：机械工业出版社，1992（2）泵和压缩机【M】,北京；石油工业出版社，1994（3）郑风阁.轮机自动化【M】。大连：大连海事大学出版社，1998（4）史继昌.船舶电气设备及系统【M】.大连：大连海事大学出版社.1998（5）储唱振.水泵密封填料【J】.技术与市场，2002（12）15-16（6）顾永权.流体动密封【M】-北京；中国石化出版社，1992；144（7） 张元华.清水离心泵新型无填料轴封【J】.流体机械.1994,22(6)（8） 费宁，林志华.磁流体密封原则与应用.2001，（1）46
