机械密封运用在机泵时的故障表现形式研究

马永晓

【摘 要】在生产过程中，引起机械密封泄漏失效的因素往往不是其本身造成的，安装及使用过程中不正确的操作都会引起密封泄漏失效，针对上述问题，本文对机械密封的泄露故障表现归纳、总结，研究分析了其产生原因，为解决生产实际问题会提供支持。

【关键词】机械密封；泄露失效；安全可靠；经济合理；使用寿命；端面磨损

0 引言

机械密封由于其有着工作可靠，泄漏量少、使用寿命长，适用范围广等优点，在炼油、化工、核电、航空等工业中得到了广泛的应用，特别在石化企业中它对整台机器设备、整套装置，甚至整个工厂的安、稳、长、满、优地运行起到了关键的作用。

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。主要体现在以下几点：

（1）摩擦痕迹大于端面宽度；

（2）摩擦痕迹小于端面宽度；

（3）硬环上无摩擦痕迹。

3 机械密封的经常性泄漏

第一方面，由于密封端面损伤引起的经常性泄漏。主要体现在以下几点：

1）石墨端面出现均匀的环状沟纹

（1）端面液膜汽化，介质工作温度高，摩擦热产生汽化；

（2）端面高温使浸树脂石墨性能下降；

（3）非平衡型机械密封，K大，PV值高，大量摩擦热产生汽化；

（4）介质润滑性不良（液态烃、热水）；

（5）抽空和汽蚀，引起干摩擦或半干摩擦，使沟纹深一些；

2）石墨端面中间产生环状深沟

端面过热过载，石墨撕裂附在硬环上磨损石墨，发生粘着磨损。

3）石墨内缘磨损

高温泵密封，压盖通冷却水，高温下冷却水结垢，磨掉石墨内缘，同时动环堵塞，无补偿性。

4）石墨环台阶过早全磨掉

（1）介质润滑性差（如丁烯等），非平衡型机械密封，无冲洗、冷却；

（2）石墨质量差，质地粗，不耐磨。

5）石墨环外缘出现缺口

冲洗量过大，冲洗孔正对着石墨，石墨环被冲蚀出现缺口。

6）石墨环断裂

对于轻烃类介质，由于直径较大，没有冲洗等辅助设施，PV值大，摩擦热不易散失，密封面间汽化，使石墨环温度升高。因石墨传热好，使辅助密封圈升温膨胀（PTFE），挤压力大。同时密封端面附近存在膨胀热应力。二力作用，使石墨断裂。

7）石墨环出现蚀坑（1-5mm大小不等，形状不规则）

多发生在高粘度介质（如100℃左右的渣油）泵上，因表面受挤压应力，同时又处于滑动状态。石墨表面内部受剪切应力。粘度越大，摩擦力越大，剪切应力越大，当超过石墨强度时，表面发生剥落，表现出来就出现蚀坑。

8）硬质合金表面灼伤和裂纹

密封面上有环状沟纹是由于密封表面汽化的结果（密封腔中仍为液态），那么，表面灼伤，产生热裂纹则是密封腔中液体已经汽化或抽空，即摩擦副属于干或半干摩擦，表面温度急剧升高，摩擦副过热，一旦液体重新出现，摩擦副被急剧冷却，产生很大的温度应力。对于导热性好和强度高的材料，会出现擦亮和变色的痕迹。有时在密封表面出现裂纹，对导热性差，强度低的材料表面出现径向裂纹。

无论哪中材料在环表面都会出现环状沟纹。

第二方面，是辅助密封圈引起的经常性泄漏，其原因主要有以下几点：

（1）镶嵌环松脱，端面磨损；

（2）4FV圈唇部卷边（密封腔汽蚀产生）；

（3）4F由白色变成灰黄色，两件粘在一起；橡胶出现龟裂粘在密封环上（泵抽空，密封面干摩擦所致）；

（4）仅仅靠径向密封的密封圈，使用过程中，橡胶老化失弹，4F冷流变形，失去过盈量造成泄漏。

第三方面，是弹簧缺陷引起的泄漏。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。主要有以下几点：

1）镶嵌环松脱

在高温泵（或PV值高的场合）镶嵌环易松脱产生泄漏。如介质为重油、渣油等，环与座之间有油渍，但磨损小（因润滑性好），如介质是汽油，液态轻，环与座之间有磨损，但无油渍。

2）传动机构失效

密封的传动件常常是紧定螺钉，传动螺钉，传动销，凸缘，拔叉，甚至是单只大弹簧，造成他们的失效常常是：（1）高温使其松动；（2）泵的汽蚀或非补偿环安装倾斜，造成振动冲击磨损；（3）端面比压过高或频繁大幅波动；（4）组对不当（易咬合）使摩擦系数高，润滑性不好；（5）开、停车频繁或受力过大。

3）焊接金属波纹管故障，原因有：

（1）高温失弹，高压破裂；

（2）波片之间结焦、积碳，堵塞失弹（不能用于结焦、积碳和有结晶析出的泵中）；

（3）外装式弹率小，打开端面。

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。

5 泵抽空引起的密封泄漏

泵抽空是指叶轮内发生汽蚀或泵内没有液体，以及漏进气体或液体汽化。此时，密封处于干或半干摩擦状态。

（1）石墨环表而出现可目测的环状沟纹；

（2）硬环（堆焊或喷涂）表面出现径向裂纹；

（3）硬环（WC）出现环状沟纹，有时出现径向裂纹或断裂；

（4）辅助密封圈变质（橡胶老化，龟裂、4F变灰黄色，严重时两件粘接在一起）；

（5）热装式环脱落。

6 密封腔中汽蚀引起的密封泄漏

密封腔汽蚀指在机封周围产生激烈的水力震荡，带动密封件发生迅速的轴向往复运动，使密封遭到严重破坏，比泵抽空要严重得多。其失效现象，包括泵抽空产生的现象，另外，还有以下现象：

（1）静环离位或防转销打弯；

（2）4F-V圈唇部卷边；

（3）动环被抽到传动座中卡住，弹簧失去作用；

（4）摩擦副中脆性材料（如SiC）因敲击出现片状剥落。

7 密封端面汽化造成密封泄漏

端面汽化是由于PV值过高，或高温泵没有辅助设施，或冲洗中断（过滤网堵塞），以及高温泵冷却夹套水结垢，冷却能力下降，泵入口压力下降引起密封腔中压力下降，在轻烃泵中轻组分的含量增加都可能产生端面汽化。密封腔中仍充满液体没有发生汽蚀，也没有发生泵的抽空，其失效现象是：

（1）石墨环端面有均匀细小的环状沟纹；

（2）硬环、堆焊也出现沟纹；

（3）WC环表面有局部擦亮，在热水和轻烃介质中有时也出现沟纹；

（4）硬环表面粘结小块石墨，该小快石墨将石墨环表面磨出深沟。

8 泵振动过大造成的密封泄漏

泵振动过大没有明显失效现象，但对密封的可靠性和使用寿命有很大的影响，其程度取决于振动的程度。

（1）密封工作不稳定，有时两端面打开（尤其是平衡型机封），泄漏量大，缩短使用寿命；

（2）机械杂质易进入端面，加剧磨损，摩擦痕迹大于端面宽度；

（3）轴套和辅圈磨损加快，传动机构易损坏失效。

9 没有冲洗的密封泄露故障

特别是在高温热油泵的运行过程中，如果没有加装密封冲洗系统，会严重影响密封的使用寿命。

（1）摩擦热不能及时导走，摩擦副温度高，密封端面易汽化，工作不稳定，易失效；

（2）密封腔机械杂质易进入端面，端而出现沟纹而失效；

（3）泵叶轮内汽蚀或泵抽空时，易损伤密封；

（4）弹簧周围淤积杂质，堵塞失弹；

（5）有些备用泵长期不运行，密封腔内淤塞，致使盘车不动。

10 结束语

本文分析了机械密封失效产生的原因，并揭示了其发生机理，为实际生产中泄露问题的快速查找以及泄露问题的解决提供参考。

【参考文献】

[1]顾永泉.机械密封实用技术[M].机械工业出版社，2001.

[2]贾淑芬，王志强.机械密封失效分析与预防[J].中国氯碱，2002（8）：43-45.

[责任编辑：薛俊歌]