论机械密封原理及失效冲洗

发布时间：2022-02-28

杜艳峰

目前机械密封在各行各业中的应用非常广泛，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。 

1　机械密封原理及结构 

机械密封又称端面密封(Mechanical Seal)，是旋转轴用动密封。是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。即: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。 

常用机械密封结构由静止环(静环)、旋转环(动环)、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成，防转销固定在压盖上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。 

机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件Z常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损;压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在Z适当的范围。 

2　机械密封材料 

根据统计，机械密封的泄露大约有80%～95%是由于密封端面，摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外，主要是摩擦副的材料问题。 

摩擦材料应具备下列条件:机械强度高，能耐压和耐压力变形;具有耐干磨性，耐高载荷性，自润滑性好;配对材料的磨合性好，无过大的磨损和对偶腐蚀; 耐磨性好，寿命长;导热性和散热性好;耐高温性好;抗热裂性好;耐腐蚀性强;线膨胀系数小 ;切削加工性好，成型性能好;气密性好; 密度小，能耐热变形和尺寸稳定性好。 

3　机械密封的失效 

机械密封性能可靠，泄漏量小，使用寿命长，功耗低，毋须经常维修，且能适应于生产过程自动化和高温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。但是机械密封还是有失效的时候，归纳其失效原因有以下几点:(1)轴套与轴间的密封(2)动环与轴套间的密封(3)动、静环间密封(4)对静环与静环座间的密封(5)密封端盖与泵体间的密封。其中磨损是机械密封经常发生的一种失效形式。对于接触式机械密封，掌握磨损规律，预计磨损率，设法延长耐磨寿命乃是一个重要问题。磨损的主要形式及其转化，摩擦表面上可能出现的主要磨损形式有:粘着磨损，磨料磨损，疲劳磨损，微动磨损和腐蚀磨损。 

3.1 粘着磨损 

由于表面上存在着粗糙的微凸体，表面间的接触发生在分散的微凸体处。磨擦时接触点处发生变形，润滑膜以及表面膜破裂时会出现金属间的直接接触，连接点不断被剪切断，同时又产生新的连接点。如果剪切发生在结点界面上，则两表面没有磨损;如果剪切发生在金属内部，则会出现表面间金属的转移，表面受到破坏和磨损。金属的转移现象是粘着磨损的主要特点。 

3.2 疲劳磨损 

疲劳磨损过程可认为由三个发展阶段组成:一是表面的相互作用;二是在摩擦力的影响下，接触材料表层性质的变化;三是表面的破坏和磨损微粒的脱落。 

4　机械密封特点 

机械密封有什么样的特点，机械密封的主要特点就是防止泄露! 

4.1 泄漏量可以限制到很小 

主要主密封面的表面粗糙度和平直度能保证达到要求，只要材料耐磨性好，机械密封可以达到很少泄漏量，甚至肉眼看不见泄漏。密封介质为液体时，泄漏量通常为3ML/h以下，但对于特殊情况以及密封介质为气体时不受此限。煤油试验台泄漏量不超过20ml/h;常温清水试验，轴外径大于50mm时平均泄漏量不超过5ml/h，轴外径不大于50mm时平均泄漏量不超过3ml/h。 

4.2 寿命长 

在机械密封中，主要磨损部分是密封摩擦副端面。因为密封端面的磨损量在正常工作条件下不大，一般可以连续使用1-2年，个别场合也有用到5-10年。 

4.3 运转中不用调整 

由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，装配后就不用像普通软填料那样需调整压紧。 

5　机械密封冲洗 

冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。冲洗的方式主要有两种:一是内冲洗;二是外冲洗。而内冲洗又分为正冲洗，反冲洗，全冲洗。外冲洗液压力应比被密封介质大0.05-0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需要，不会产生对密封件的冲蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s，含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，一般取0.05-0.1MPa，对双端面机械密封可取0.1-0.2MPa。 

6　机械密封安装、使用技术要领 

设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米，轴向窜动量不允许大于0.1毫米;设备的密封部位在安装时应保持清洁，密封零件应进行清洗，密封端面完好无损，防止杂质和灰尘带入密封部位;在安装过程中严禁碰击、敲打，以免使机械密封摩擦付破损而密封失效;安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，以便能顺利安装;安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求;安装后用手推动动环，能使动环在轴上灵活移动，并有一定弹性;安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉;设备在运转前必须充满介质，以防止干摩擦而使密封失效;安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油，要特别注意机械油的选择对于不同的辅助密封材质，避免造成O型圈侵油膨胀或加速老化，造成密封提前失效。 

7　结束语 

 在设计机械密封时，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:分析机械密封的质量事故的原因时，要充分考虑到机械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。对重要机械产品的机械密封，要增加保护措施，提高密封质量，减少密封质量事故。在机械产品的设计过程中要充分考虑到机械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。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。 

（来源：中国新技术新产品）