机械密封在转动设备上的应用及故障处理

姜琳(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516000)

0 引言

通过介绍机械密封在旋转设备的应用范围，分析机械密封的工作原理和工作要求，对常见的机械密封故障现象进行描述和介绍，并提出针对性地解决措施，以期更好地发挥机械密封的作用。

1 机械密封的工作原理及要求

1.1 工作原理

机械密封的另外一个常用名是端面密封，通常应用于泵类以及压缩机等旋转设备内轴向旋转的密封，基于垂直于旋转轴线端面的作用力，如液体压力及其他内部结构的弹力，并配合密封元件的作用使二者保持持久的紧密贴合，从而实现防止内部腔体介质的渗漏，因此机械密封在旋转设备上用途十分广泛。

1.2 机封结构

机械密封的结构组成由4 个部分组成，分别是静环、动环、密封元件以及压紧元件。在旋转设备工作的过程中，动环跟随轴进行旋转运动，依靠静环和动环的配合形成密封的端面，从而阻挡旋转设备内的油液等介质发生泄漏。依托旋转设备密封腔体内的压力动环被紧紧地压制在静环的平面端面上，然后在两个环之间形成压力，并产生一层薄薄的液体膜实现机械密封的功效。其中，压紧元件是压力的产生源头，可以保证即使是在泵轴保持静止的状态，也能够使得两个环之间形成紧密贴合，不至于使得旋转设备内的油液等密封介质发生泄漏的风险，同时也避免了外部的杂质进入内部密封腔体。

1.3 辅助元件

关于密封元件，其主要是为了实现保证密封动环和旋转设备轴、压盖和密封静环的空隙的目的，而其中的弹性元件还能够对旋转设备的运动、冲击等机械外力起到缓冲补偿的作用。在旋转设备日常实际的工作过程中，机械密封需要搭配泵和其他组件一起工作，密封效果的好坏不仅取决于机械密封自身的质量，还跟旋转设备其他的辅助密封配件和安转的质量有着不可分割的关系，只有形成一个整体才能发挥机械密封的最大功效。

2 机械密封的常见故障现象及原因剖析

2.1 机械密封的常见故障现象

机械密封在跟随旋转设备工作的过程中，其密封的元件会遭受到一定程度的损耗，比如端面因磨损而出现发热的现象，从而使得端面在高温下发生形变甚至直接裂开。此外，弹簧元件作为消耗性配件，使用时间过久其自身的弹性系数就会降低发生松弛，另外再考虑到旋转设备内腐蚀介质的作用，弹簧甚至会发生断裂的情况。最后，辅助密封的密封圈也会在长时间的工作中出现扭曲、形变甚至是直接开裂，导致密封失效，旋转设备内油液等介质外露。

2.2 机械密封发热和振动的原因剖析

旋转设备的运行工作中，长时间的旋转工作可能会造成密封动环和静环之间的结合贴面由于摩擦而粗糙不平。此外，动环和静环二者的结合端面和旋转设备内部的密封腔体由于空隙过小，在旋转设备轴的摆动作用下引起振动。另外，部分旋转设备内部的机械密封的端面在抗腐蚀和抗高温方面表现不佳，机器长时间工作冷却不足。此外，在机械密封安装的过程中不小心混入了其他杂质，这些也是造成机械密封发生不期望振动的原因，进而在振动的影响下，密封开始发热变形，直至最后裂开，旋转设备内部的介质出现泄漏。

2.3 机械密封安装不当导致密封泄漏的故障剖析

在旋转设备的静压实验过程中，由于工人安装的不细心，使得密封元件在装配的过程中被人为原因损伤，比如碰撞、形变以及其他损伤等。另外如果密封端面在安装前未做好清洗工作，让外部的颗粒杂质混入其中，或者紧固定位的螺丝没有拧紧，动静环的贴合没有压实等这些可能的原因都是旋转设备内部油液外露的事故征兆。此外，旋转设备本身的精度不达标，密封元件的质量缺陷也都是造成端面不贴合进而发生泄漏的原因。

2.4 机械密封弹性元件选型不当导致密封泄漏的故障剖析

在旋转设备的阵发性泄漏故障中，旋转设备密封的转子在周期性的运动规律下发生振动，另外旋转设备的轴在运动方向上的窜动量过大也会发生介质泄漏。这是因为机械密封的正常工作需要满足一定的比压条件，因此对弹簧元件的质量提出了更高要求，必须要具有合理的压缩形变量，从而当外力作用在密封端面的时候，在合适的比压条件下正常旋转。比压的正常通常要依靠弹簧的压缩量保证在0.25mm 及以下才能实现，从而保证轴的窜动在可控制的范围之内。但是由于弹簧设计的不达标不可靠，造成轴的窜动失常，进而发生泄漏。

3 机械密封故障的应对措施

当旋转设备内部的机械密封零件出现故障时，通常可以通过更换零部件来完成。但是如果是设计精度本身的问题则需要通过提高制造工艺标准才能完成，比如提高零件的机加工精度，采用更加先进的加工设备。此外如果是泵体等旋转设备自身的精度不足也需要依靠提高其加工精度，从而保证旋转设备整体的密封性。而为了保证密封的最佳效果，最主要的就是保证端面的平整度和光洁度。

3.1 机械密封振动和发热的应对措施

当旋转设备的机械密封发生振动和发热时，要根据振动和发热不同的产生原因对症下药。比如当振动产生是由于旋转设备内部腔体和动静环的接触间隙太小时，就要通过增大旋转设备密封腔内部的直径或者减小外部旋转的直径来实现，调整到合适的间隙，并要至少做到大于0.75mm 的要求。而当旋转设备振动和发热的产生是由于端面摩擦、端面的不平整等原因造成时，就要通过改善密封接触材料的办法来实现，提高动静环材料抵抗高温和腐蚀的性能，让其变得更加耐用，从而降低发生振动和发热的概率，提高旋转设备的密封性。

3.2 机械密封介质泄漏的应对措施

同样，造成机械密封介质的泄漏也有很多种可能，要客观分析具体问题采用具体的应对措施。为了避免人为原因造成的泄漏，在密封安装的过程中就必须严格按照安装说明书的标准去操作，同时着重做好如下措施：(1)在安装之前，技术人员需要对机械密封的所有接触面进行细致地擦拭，保证机械密封的零部件、擦拭介质、安装工具以及擦拭材料的整洁干净，尤其是动静环的接触端面务必要使用合适的柔软擦拭布进行擦拭。(2)旋转设备的轴和密封端盖等处的倒角要进行修整，保证整体的光滑，使其对应的圆角保证砂光亮洁。(3)在安装机械密封的辅助密封装置时，橡胶材质的辅助密封圈严禁使用煤油和汽油进行浸润和洗涤，防止橡胶材质的密封圈出现膨胀和形变的现象，降低其使用寿命。

3.3 有效利用清洁清洗等辅助系统

泵轴类的旋转设备在工作的过程中，外部的杂质进入旋转设备的密封腔体是不可避免的现象，这些混入其中的杂质包括各种不同直径不同材质的固体颗粒物。因此，对旋转设备的机械展开定期的清洁和维护保养便是一项提高旋转设备机械密封的重要工作。如果不重视清洗的工作，长期地积累会产生结晶，使得固体颗粒物和其他杂质进一步的积累沉淀，从而使得密封的弹簧元件失效。更加具有危害的是，当杂质进入到了摩擦副时，旋转设备的机械密封将会很快地被摧毁。故而，适当地展开针对机械密封的冲洗和清洁便十分重要，通过清洗可以很好地保护密封的端面，冲走杂质并使得端面长期保持平整、光洁，起到润滑和冷却的综合作用。

4 结语

综上所述，机械密封是现阶段保证旋转设备良好密封性的重要技术手段，对于提高旋转设备的寿命和保证设备和人员的安全具有重要的保护意义。而由于各种内外部的影响因素，机械密封也表现出了各种形变、发热和振动的现象，因此，企业要根据这些机械密封失效的具体原因展开分析，采取针对性的措施，并善于利用辅助清洁冲洗的系统，不断提高旋转设备机械密封的效果。