??? 摘要：機械設備密封裝置出現(xiàn)泄漏原因分析和處理措施。機械密封在旋轉設備上的應用非常廣泛，機械密封的密封效果將直接影響整機的運行，嚴重的還將出現(xiàn)重大安全事故。
??????? 從機械密封的內外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應采取的合理措施。
??? 關鍵詞：機械密封；密封泄漏；原因分析，腐蝕，防護。
??? 一、引言
??? 密封是防止流體或固體微粒從相鄰結合面間泄漏以及防止外界雜質如灰塵與水分等侵入機器設備內部的零部件或措施。
??? 密封可分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠 密封和直接接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型。按密封件與其作相對運動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱為機械密封。動密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機器運轉時給介質 以動力得到密封，故有時稱為動力密封。
??? 機械密封是流體機械和動力機械中重要的密封裝置 ,它對整臺機器設備、整套裝置甚至對整個生產(chǎn)過程的安全性都有很大的影響 ,是機械設備防漏、節(jié)能以及控制環(huán)境污染的重要基礎件。隨著高新技術和工業(yè)的高速發(fā)展 ,機械密封以其多方面的優(yōu)越性被廣泛應用。
??? 二、機械密封的原理及要求
??? 機械密封又叫端面密封，它是一種旋轉機械的軸封裝置，指由至少一對垂直于旋轉軸線的的端面在液體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。它的主要功用將易泄漏的軸向密封改變?yōu)檩^難泄漏的端面密封。它廣泛應用于泵、釜、壓縮機及其他類似設備的旋轉軸的密封。
??????? 機械密封通常由動環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動環(huán)隨泵軸一起旋轉，動環(huán)和靜環(huán)緊密貼合組成密封面，以防止介質泄漏。動環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運轉狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙的作用，同時彈性元件對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中是與泵的其它零部件一起組合起來運行的，機械密封的正常運行與它的自身性能、外部條件都有很大的關系。但是我們要首先保證自身的零件性能、輔助密封裝置和安裝的技術要求，使機械密封發(fā)揮它應有的作用。
???? 三、機械密封的故障表現(xiàn)及原因
??????? 機械密封的零件的故障旋轉設備在運行當中，密封端面經(jīng)常會出現(xiàn)磨損、熱裂、變形、破損等情況，彈簧用久了也會松弛、斷裂和腐蝕。輔助密封圈也會出現(xiàn)裂口、扭曲和變形、破裂等情況。
??? （一）機械密封振動、發(fā)熱故障原因
??????? 設備旋轉過程中，會使動靜環(huán)貼合端面粗糙，動靜環(huán)與密封腔的間隙太小，由于振擺引起碰撞從而引起振動。有時由于密封端面耐腐蝕和耐溫性能不良，或是冷卻不足或端面在安裝時夾有顆粒雜質，也會引起機械密封的振動和發(fā)熱。
??? （二）機械密封介質泄漏的故障原因
??????? 1、靜壓試驗時泄漏。機械密封在安裝時由于不細心，往往會使密封端面被碰傷、變形、損壞，清理不凈、夾有顆粒狀雜質，或是由于定位螺釘松動、壓蓋沒有壓緊，機器、設備精度不夠，使密封面沒有完全貼合，都會造成介質泄漏。如果是軸套漏，則是軸套密封圈裝配時未被壓緊或壓縮量不夠或損壞。
??? 2、周期性或陣發(fā)性泄漏。機械密封的轉子組件周期性振動、軸向竄動量太大，都會造成泄漏。機械密封的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個推力，旋轉起來使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個比壓，機械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.25mm以內。但在實際設計當中，由于設計的不合理，往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量，對機械密封的使用是非常不利的。
??? 3、機械密封的經(jīng)常性泄漏。機械密封經(jīng)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經(jīng)常性泄漏。第二方面，是輔助密封圈引起的經(jīng)常性泄漏。第三方面，是彈簧缺陷引起的泄漏。其他方面，還包括轉子振動引起的泄漏，傳動、緊定和止推零件質量不好或松動引起泄漏，機械密封輔助機構引起的泄漏，由于介質的問題引起的經(jīng)常性泄漏等。
??? 4、機械密封振動偏大。機械密封振動偏大，最終導致失去密封效果。但機械密封振動偏大的原因往往不僅僅是機械密封本身的原因，泵的其它零部件也是產(chǎn)生振動的根源，如泵軸設計不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大等原因。
??? 四、處理故障采取的措施
??????? 如果機械密封的零件出現(xiàn)故障，就需要更換零件或是提高零件的機械加工精度，提高機械密封本身的加工精度和泵體其他部件的加工精度對機械密封的效果非常有利。為了提高密封效果，對動靜環(huán)的摩擦面的光潔度和不平度要求較高。動靜環(huán)的摩擦面的寬度不大，一般在2～7毫米之間。
??? （一）機械密封振動、發(fā)熱的處理
??????? 如果是動靜環(huán)與密封腔的間隙太小，就要增大密封腔內徑或減小轉動外徑，至少保證0.75mm的間隙。如果是摩擦副配對不當，就要更改動靜環(huán)材料，使其耐溫，耐腐蝕。這樣就會減少機械密封的振動和發(fā)熱。
????? (二)機械密封泄漏的處理
??????? 機械密封的泄漏是由于多種原因引起，我們要具體問題具體處理。為了最大限度的減少泄漏量，安裝機械密封時一定要嚴格按照技術要求進行裝配，同時還要注意以下事項。
??????? 1、裝配要干凈光潔。機械密封的零部件、工器具、潤滑油、揩拭材料要十分干凈。動靜環(huán)的密封端面要用柔軟的紗布揩拭。
??? 2、修整倒角倒圓。軸、密封端蓋等倒角要修整光滑，軸和端蓋的有關圓角要砂光擦亮。
??? 3裝配輔助密封圈時，橡膠輔助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗滌，以免脹大變形，過早老化。動靜環(huán)組裝完后，用手按動補償環(huán)，檢查是否到位，是否靈活;彈性開口環(huán)是否定位可靠。動環(huán)安裝后，必須保證它在軸上軸向移動靈活。
??? （三） 泵軸竄量大的處理
??????? 合理地設計軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量。為了滿足這一要求，對于多級離心泵，設計方案是:平衡盤加軸向止推軸承，由平衡盤平衡軸向力，由軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位。
??? （四） 增加輔助沖洗系統(tǒng)
??????? 密封腔中密封介質含有顆粒、雜質，必須進行沖洗，否則會因結晶的析出，顆粒、雜質的沉積，使機械密封的彈簧失靈，如果顆粒進入摩擦副，會導致機械密封的迅速破壞。因此機械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的，它可以有效地保護密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。
??? （五）泵振動的處理措施
??????? 在泵產(chǎn)品的制造裝配過程中，嚴格按標準和操作規(guī)程去執(zhí)行， 消除振動源。泵、電機、底座、現(xiàn)場管路等輔助設備在現(xiàn)場安裝時，要嚴格把關，消除振動源。
??? 五、機械密封密封件的腐蝕損壞與防護方法
???????? 機械密封件與介質接觸產(chǎn)生的腐蝕可能導致密封泄漏，腐蝕后密封件就需更換。
??? 合理的選用材料可以延長密封件的使用壽命。
??? （一） 金屬環(huán)腐蝕
??? 　?? 1、表面均勻腐蝕。如果金屬環(huán)表面接觸腐蝕介質，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產(chǎn)生表面腐蝕，其現(xiàn)象是泄漏、早期磨損、破壞、發(fā)聲等。金屬表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態(tài)，無膜的金屬腐蝕很危險，腐蝕過程以一定的速度進行，這主要是選材錯誤造成的。成膜的腐蝕，其鈍化膜通常具有保護作用的特性，但金屬密封環(huán)所用材料，如不銹鋼、鈷、鉻合金等其表面的鈍化膜在端面摩擦中破壞，在缺氧條件下新膜很難生成，使電偶腐蝕加劇。
??? 　　 2、應力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應力的同時作用下，首先在薄弱區(qū)產(chǎn)生裂縫，進而向縱深發(fā)展 ，產(chǎn)生破裂，稱為應力腐蝕破裂。選用堆焊硬質合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環(huán)，容易出現(xiàn)應力腐蝕破裂。密封環(huán)裂紋一般是徑向發(fā)散型的，可以是一條或多條。這些裂縫溝通了整個密封端面，加速了端面的磨損，使泄漏量增加。
??? 　　根據(jù)斷裂力學的觀念，材料內部原始裂紋尖端的應力場強因子K1=yσ1a(y-系數(shù))。在開始時由于應力σ1小于臨界應力σc， a小于臨界裂紋σc，所以腐蝕作用時，由于原始裂紋a的腐蝕擴展，導致K1的增大。當經(jīng)過一段時間后a=σc及K1=K1c時，斷裂就發(fā)生了，只有當原始裂紋a足夠小，以致于K1＜K1c(應力腐蝕破裂)時，材料不會發(fā)生應力腐蝕破裂。①應力的存在。如果堆焊或加工中，殘余應力、旋轉離心力、摩擦熱應力，引起金屬環(huán)應力σ1大于a2c，應力破壞就很難避免。②材料。金屬密封環(huán)材料強度、硬度指標越高， K1c越低，材料內氣孔、夾渣、裂紋越多越長，越易發(fā)生應力腐蝕破裂。一般K1(應力腐蝕破裂)=(1/2-1/5)K1c，且隨材料強度級別的提高，K1(應力腐蝕破裂)/K1c的比值下降。③磨損。構件表面越光，應力腐蝕破裂敏感性越低。端面磨損使金屬表面鈍化膜破壞，光潔度降低，促使應力腐蝕破裂的發(fā)生。④介質。應力腐蝕破裂，只發(fā)生于一些特定的“材料-環(huán)境”體系。例如“奧氏體不銹鋼-cl”、“碳鋼-NO3”。⑤溫度。溫度越高，氫擴散越快，應力腐蝕破裂加快。密封環(huán)端面劇烈摩擦，如果端面比壓過大，表面光潔度低，冷卻不夠，表面潤滑不好，摩擦熱則加速應力腐蝕破裂的進行。
??? （二）非金屬環(huán)腐蝕
??? 　　 1、石墨環(huán)的腐蝕用樹脂浸漬的不透性石墨環(huán)，它的腐蝕有三個原因：一是當端面過熱，溫度＞180℃時，浸漬的樹脂要析離石墨環(huán)，使環(huán)耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當，就會在介質中發(fā)生化學變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當磨去浸漬層后，耐磨性下降。所以密封冷卻系統(tǒng)的建立，選擇耐蝕的浸漬樹脂，采用高壓浸漬，增加浸漬深度是非常必要的。
??? 　　2、石墨環(huán)的氧化在氧化性的介質中，端面在干摩擦或冷卻不良時，產(chǎn)生350-400℃的溫度能使石墨環(huán)與氧發(fā)生反應，產(chǎn)生CO2氣體，可使端面變粗糙，甚至破裂。非金屬環(huán)在化學介質和應力的同時作用下，也會破裂。
??? 　　3、聚四氟乙烯(F4)密封環(huán)的腐蝕。F4填充如玻璃纖維、石墨粉、金屬粉等以提高其耐溫性、耐磨性。填充F4環(huán)的腐蝕主要是指填充物的選擇性腐蝕、溶出或變質破壞。例如在氫氟酸中，玻璃纖維分子熱腐蝕，所以填充何物應視具體情況而定。
??? （三）輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕
??? 　　 1、輔助密封圈的腐蝕橡膠種類不同，其耐蝕性亦不同。由于橡膠的腐蝕、老化，其失效的橡膠遭腐蝕后表面變粗糙且失去彈性，容易斷裂。橡膠耐油性因品種而異，不耐油的橡膠易脹大、摩擦力增大，浮動性不好，使密封失效。橡膠與F4耐溫性差，硅橡膠耐溫性最好，可在200℃使用。
??? 　　2、與輔助密封圈接觸部位的腐蝕機械密封動環(huán)、軸套、靜環(huán)、靜環(huán)座，與橡膠或F4輔助密封圈接觸處沒有大的相對運動，該處液相對靜止易形成死角，給與之接觸的金屬軸套、動環(huán)、靜環(huán)座及密封體等造成了特種腐蝕，主要有縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕，三種腐蝕同時存在，交替進行，所以腐蝕面較寬、較深。觀察其表面深度在1-1.5倍密封圈直徑，蝕度不小于0.01mm時，密封泄漏就嚴重了。
??? （四） 防護方法
??? 　　1、選材。環(huán)境不同，選材不同，既要照顧選材的一致性，又要照顧環(huán)境腐蝕差異；溫度、濃度、壓力不同，選材不同；同一介質溫度，濃度、壓力不同，腐蝕情況各異，要對腐蝕性有所了解，酌情選材；腐蝕形式不同，選材不同。
??? 　 2、結構設計。①避免與介質接觸的設計。采用內裝式、外裝式、隔離液等機械密封，涂層、保護套也可起到與介質隔離的作用。②端面設計。采用鑲嵌結構，端面為壓應力，可避免應力腐蝕破裂。③彈簧防腐設計。從結構上使彈簧不與介質接觸是較好的方法，如外裝上噴涂保護層、加保護套等。改旋轉型為靜止結構。④輔助密封圈。只要縫隙足夠小，所有材料都可能產(chǎn)生縫隙腐蝕。波紋管與軸套接觸面寬且取消輔助密封圈，是一種好的密封。