常用机械密封失效分析及判断

郭谦 李勇 谷军生

【摘  要】机械密封件属于精密、结构较为复杂的机械基础元件之一，是各种泵类、反应合成釜、透平压缩机、潜水电机等设备的关键部件。其密封性能和使用寿命取决于许多因素，如选型、机器的精度、正确的安装使用等。液压密封有压力要求，要求结合面有一定的光洁度，密封元件多采用橡胶，通过密封件的局部变形达到封闭效果。通过对常见机械密封泄漏途径分析，找出泄漏的原因并进行初步判断，确保设备安全运行。

【关键词】动环;静环;压紧弹簧;密封件;失效分析

引言

机械密封是"由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流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。"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。

泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：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。

1、机械密封中流体泄漏途径分析：

1.1静密封泄漏：①静止环与压盖;②压盖与壳体之间的密封;③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。静密封元件最常用的有橡胶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。

1.2动密封泄漏：①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最适当的范围。

2、失效原因分析及判断

2.1安装静试时泄漏

机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题;泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题;如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题;如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。

2.2试运转时出现的泄漏

泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦后受破坏所致。引起摩擦后密封失效的因素主要有：①操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离;（对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤;②动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量;③静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座;④工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面;⑤设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

2.3由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效

①因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦;②介质的低于饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑;③如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或阻塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也造成介质压力低于其饱和蒸汽压的状况。

2.4过热造成的失效

①因密封面上会产生热，故橡胶圈使用温度应低于设计规范。氟橡胶和聚四氟乙烯的使用温度为216℃，丁晴橡胶的使用温度为162℃，虽然它们都能承受较高的温度，但因密封面产生的热较高，所以橡胶圈有继续硫化的危险，最终失去密封面之间还会因热引起介质的结晶，如结碳，造成滑动部件被粘住和密封面被凝结。而且有些聚合物因过热而焦化，有些流体因过热而失去润滑等甚至闪火。

②弹性而泄漏。（冷区考虑冷脆）过热除能改变介质的状况外，还会加剧它的腐蚀速率。引起金属零件的变形，合金面的开裂，以及某些镀层裂缝，设计应选用平衡型机械密封，以降低比压防止过热。

2.5由于腐蚀而引起的机械密封失效

①密封面点蚀，甚至穿透;②由于碳化钨环与不锈钢座等焊接，使用中不锈钢座易产生晶间腐蚀;③焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂。

3、结束语

通过对常用机械密封失效分析及判断，针对机封的密封特点，采取从机械密封的选型、安装前外观质量的检查、几何尺寸的检验及正确的安装工艺等措施入手，只要防范措施得當，消除机械密封渗漏的故障具有很好的效果。

参考文献：

[1]机械密封实用方法与技巧[M]石油工业出版社2009-03

作者简介：

郭谦（1967-），高级工程师，现工作于河北国华定州发电有限责任公司，从事汽轮机调节系统检修工作。

（作者单位：河北国华定州发电有限责任公司）