機械密封相關知識

一、機械密封概述

機械密封（端面密封）是一種用來處理旋轉軸與機體之間密封的安裝。它是由至少一對垂直于旋轉軸線的端面的流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用及輔助密封的配合下堅持貼合下并相對滑動而構成避免流體走漏的安裝，常用于泵、緊縮機、反響攪拌釜等旋轉式流體機械，也用于齒輪箱、船舶尾軸等密封。因而，機械密封是一種通用的軸封安裝。

機械密封構造多種多樣，最常用的機械密封構造是端面密封。端面密封的靜環、動環組成一對摩擦副，摩擦副的作用是避免介質走漏。它請求靜環、動環，具有良好的耐磨性，動環能夠在軸向靈敏的挪動，自動補償密封面磨損，使之與靜環良好的貼合；靜環具有浮動性，起緩沖作用。為此，密封面請求有良好的加工質量，保證密封副有良好的貼合性能。構成機械密封的根本元件有靜環、動環、壓蓋、推環、彈簧、定位環、軸套、動環密封圈、靜環密封圈軸套密封圈等。

彈性元件（彈簧、波紋管）它主要起預緊、補償弛緩沖的作用，請求一直堅持足夠的彈性來克制輔助密封和傳動件的摩擦和動環等的慣性，保證端面密封副良好的貼合和動環的跟隨性，資料請求耐腐蝕、耐疲倦。

輔助密封（O形圈、V形圈、U 形圈、楔形圈和異形圈等）它主要起靜環和動環的密封作用，同時也起到浮動弛緩沖作用。請求靜環的密封元件能保證靜環與壓蓋之間的密封性，靜環有一定的浮動性，動環的密封元件能保證動環與軸或軸套之間的密封性和動環的浮動性。資料請求耐熱等。

1、根本構造

1）端面密封摩擦副

2）緩沖補賞和壓緊機構

3）輔助密封（二級密封撓性元件）

4）傳動機構

2、根本密封點

1）端面主密封點

2）靜環與端蓋輔助密封點

3）動環與軸（軸套）輔助密封點

4）端蓋與泵體銜接密封點

二、機械密封的優缺陷

1、優點

（1）構造牢靠，走漏量能夠限制到很少，只需主密封面的外表粗糙度戰爭直度能保證到達請求，只需資料耐磨性好，機械密封能夠到達很少走漏量，以至肉眼看不見走漏。

（2）壽命長。在機械密封中，主要磨損局部是密封摩擦副端面，由于密封端面的磨損量在正常工作條件下不大，普通能夠連續運用1～2年，特殊場所下也有用到5～10年。

（3）運轉中無需調整。由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉中自動堅持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調整壓緊。

（4）具有耐耐振性。在轉速為3000r/min下最大振幅不超越 0.05mm運用PV值不時進步

（5）功率損失小。填料密封是靠盤根的壓緊在軸上或軸套上起作用的。填料密封與軸直接摩擦，填料壓的越緊摩擦力就越大、耗費功率也就越大。而機械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態，摩擦系數十分的小，機械密封的功率損失是填料密封的10～50%

（6）波紋管密封軸或軸套不受磨損，對旋轉軸的振擺和軸對殼體的偏斜不敏感。

（7）適用范圍廣。當介質易燃、易爆、有毒有害時，采用機械密封可保證密封。它還適用于高溫、低溫、高壓、真空各種轉速的及腐蝕介質的設備密封。

2、缺陷

（1）如構造比填料密封復雜，加工精度請求高，并請求一定的裝置技術等，特別是干氣密封的裝置請求更高。而且密封技術開展的很快，新技術不時呈現給我們維修帶來了新的課題。

（2）構造復雜、拆裝不便。與其它密封比擬，機械端面密封的零件數目多，請求精細，構造復雜。特別是在裝配方面較艱難，拆裝時要從軸端抽出密封環，必需把機器局部（聯軸器）或全部拆卸。這一問標題前已作了某些改良，例如采用拆裝便當并可保證裝配質量的剖分式和集裝式機械密封等。

三、機械密封的工作原理

機械密封亦稱端面密封，是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下，依賴輔助密封的配合與另一端堅持貼合，并相對滑動，從而避免流體走漏。

四、機械密封常用資料的選用

清水，常溫：（動）9Cr18，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，青銅，酚醛塑料。

河水（含泥沙），常溫：（動）碳化鎢，（靜）碳化鎢。

海水，常溫：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

過熱水 100度：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

汽油，光滑油，液態烴，常溫：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂或錫銻合金石墨，酚醛塑料。

汽油，光滑油，液態烴，100度：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢；（靜）浸青銅或樹脂石墨。

汽油，光滑油，液態烴，含顆粒：（動）碳化鎢；（靜）碳化鎢 。

五、密封資料的品種及用處

密封資料應滿足密封功用的請求。由于被密封的介質不同，以及設備的工作條件不同，請求密封資料的具有不同的順應性。對密封資料的請求普通是：

1） 資料致密性好，不易泄露介質。

2） 有恰當的機械強度和硬度。

3） 緊縮性和回彈性好，永世變形小。

4） 高溫下不軟化，不合成，低溫下不硬化，不脆裂。

5） 抗腐蝕性能好，在酸，堿，油等介質中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬外表上。

6） 摩擦系數小，耐磨性好。

7） 具有與密封面分離的柔軟性。

8） 耐老化性好，經久耐用。

9） 加工制造便當，價錢廉價，取材容易。

六、機械密封裝置、運用技術要領

1）設備轉軸的徑向跳動應≤0.04毫米，軸向竄動量不允許大于0.1毫米；

2）設備的密封部位在裝置時應堅持清潔，密封零件應停止清洗，密封端面完好無損，避免雜質和灰塵帶入密封部位；

3）在裝置過程中嚴禁碰擊、敲打，以免使機械密封摩擦副破損而密封失效；

4）裝置時在與密封相接觸的外表應涂一層清潔的機械油，以便能順利裝置；

5）裝置靜環壓蓋時，擰緊螺絲必需受力平均，保證靜環端面與軸心線的垂直請求；

6）裝置后用手推進動環，能使動環在軸上靈敏挪動，并有一定彈性；

7）裝置后用手盤動轉軸、轉軸應無輕重覺得；

8）設備在運轉前必需充溢介質，以避免干摩擦而使密封失效。

七、機械密封在工業方面開展及應用

橡膠是最常用的密封資料。除橡膠外，合適于做密封資料的還有石墨等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。

當前采用新資料和工藝的各種機械密封的新技術，停頓較快，有下列的機械密封新技術。密封面開槽密封技術近年來，在機械密封的密封端面上開了各種各樣的流槽，以產生流體靜、動壓效應，如今還在不時更新。

零走漏密封技術過去總以為接觸式和非接觸式機械密封不可能到達零走漏（或無走漏）。以色列應用開槽密封技術，提出零走漏非接觸式機械端面密封的新概念，并已用于核電站光滑油泵中。干運轉氣體密封技術這類密封是將開槽密封技術用于氣體密封。上游泵送密封技術即應用密封面上開流槽將下游少量走漏流體泵送回上游。

上述幾類密封的構造特性是：采用淺槽，且膜厚和流槽的深均屬微米級，并采用光滑槽，徑向密封壩和周向密封堰組成密封和承載局部。也能夠說開槽密封是平面密封和開槽軸承的分離。其優點是走漏量小（以至無走漏）、膜厚大，消弭接觸摩擦、功耗和發熱量小。熱流體動壓密封技術它是應用各種外形較深的密封面流槽，形成部分熱變形，以產生流體動力楔效應。這種具有流體動壓承載才能的密封，稱之為熱流體動力楔密封。

波紋管密封技術可分為成型金屬波紋管和焊接金屬波紋管機械密封技術。

多端面密封技術分為雙密封、中間環密封、多密封技術。另外還有平行面密封技術、監控密封技術、組合密封技術等。

八、機械密封沖洗計劃及特性

沖洗的目的在于避免雜質集積，避免氣囊構成，堅持和改善光滑等，當沖洗液溫度較低時，兼有冷卻作用。沖洗的方式主要有如下：

（一）內沖洗

1、正沖洗

1）特性：應用工作主機的被密封介質，由泵的出口端經過管路引入密封腔。

2）應用：用于清潔流體， p1稍大于p進，當溫度高或有雜質時，可在管路上設置冷卻器、過濾器等。

2、反沖洗

1）特性：應用工作主機的被密封介質，由泵的出口端引入密封腔，沖洗后經過管路流回泵入口。

2）應用：用于清潔流體，且p進

3、全沖洗

1）特性：應用工作主機的被密封介質，由泵的出口端經過管路引入密封腔，沖洗后再經管路流回泵入口。

（二）外沖洗

特性：引入外系統與被密封介質相容的清潔流體至密封腔停止沖洗。

應用：外沖洗液壓力應比被密封介質大0.05--0.1MPa，適用于介質為高溫或固體顆粒的場所。沖洗液的流量應保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需求，不會產生對密封件的沖蝕。為此，需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，普通清潔沖洗液的流速應小于5m/s；

含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，為到達上述的流速值，沖洗液與密封腔壓力的差值應<0.5MPa，普通取0.05--0.1MPa，對雙端面機械密封可取0.1--0.2MP，沖洗液進入和排出密封腔的孔口位置，應設置在密封端面左近，且應在靠近動環側，為了避免石墨環被沖蝕或因冷卻不均惹起溫差變形，以及雜質堆積和結焦等，可采用切向引入或多點沖洗.必要時，沖洗液能夠是熱水或蒸汽。

九、機械密封典型失效緣由剖析

（一）機械密封自身問題

1、鑲裝不到位或不平整。

2、載荷系數太大或端面比壓設計不合理。

3、材質選用不當。

4、密封面不平。

5、密封面太寬或太窄。

（二）輔助系統問題

1、工況條件復雜，但沒有沖洗等輔助設備。

2、沖洗管梗塞。

3、冷卻管結垢。

（三）介質及工作條件問題

1、介質腐蝕性強。

2、介質中有固體顆粒。

3、設備抽空。

4、密封面結晶。

5、介質粘度太大。

（四）泵的問題

1、軸的加工精度不佳、串軸、跳動、裝置間隙過大。

2、泵開啟后振動太大。

3、壓蓋墊環不佳。

4、密封箱不平。

5、機械密封裝置沒有到達應有的緊縮量。

十、常見的滲漏現象

機械密封滲漏的比例占全部維修泵的50 %以上，機械密封的運轉好壞直接影響到水泵的正常運轉，現總結剖析如下：

1、周期性滲漏

（1）泵轉子軸向竄動量大，輔助密封與軸的過盈量大，動環不能在軸上靈敏挪動。在泵翻轉，動、靜環磨損后，得不到補償位移。

對策：在裝配機械密封時，軸的軸向竄動量應小于0．1mm ，輔助密封與軸的過盈量應適中，在保證徑向密封的同時，動環裝配后保證能在軸上靈敏挪動（把動環壓向彈簧能自在地彈回來）。

（2）密封面光滑油量缺乏惹起干摩擦或拉毛密封端面。

對策：油室腔內光滑油面高度應加到高于動、靜環密封面。

（3）轉子周期性振動。緣由是定子與上、下端蓋未對中或葉輪和主軸不均衡，汽蝕或軸承損壞（磨損），這種狀況會縮短密封壽命和產生滲漏。

對策：可依據維修規范來糾正上述問題。

2、由于壓力產生的滲漏

（1）高壓和壓力波形成的機械密封滲漏由于彈簧比壓力及總比壓設計過大和密封腔內壓力超越3MPa時，會使密封端面比壓過大，液膜難以構成，密封端面磨損嚴重，發熱量增加，形成密封面熱變形。

對策：在裝配機封時，彈簧緊縮量一定要按規則停止，不允許有過大或過小的現象，高壓條件下的機械密封應采取措施。為使端面受力合理，盡量減小變形，可采用硬質合金、陶瓷等耐壓強度高的資料，并增強冷卻的光滑措施。

（2）真空狀態運轉形成的機械密封滲漏泵在起動、停機過程中，由于泵進口梗塞，抽送介質中含有氣體等緣由，有可能使密封腔呈現負壓，密封腔內若是負壓，會惹起密封端面干摩擦，內裝式機械密封會產生漏氣（水）現象，真空密封與正壓密封的不同點在于密封對象的方向性差別，而且機械密封也有其某一方向的順應性。

對策：采用雙端面機械密封，這樣有助于改善光滑條件，進步密封性能。

3、由于介質惹起的滲漏

（1）大多數潛污泵機械密封拆解后，靜環和動環的輔助密封件無彈性，有的曾經腐朽，形成了機封的大量滲漏以至有磨軸的現象。由于高溫、污水中的弱酸、弱堿對靜環和動環輔助橡膠密封件的腐蝕作用，形成了機械滲漏過大，動、靜環橡膠密封圈資料為丁腈—40 ，不耐高溫，不耐酸堿，當污水為酸性堿性時易腐蝕。

對策：對腐蝕性介質，橡膠件應選用耐高溫、耐弱酸、弱堿的氟橡膠。

（2）固體顆粒雜質惹起的機械密封滲漏假如固體顆粒進入密封端面，將會劃傷或加快密封端面的磨損，水垢和油污在軸（套）外表的堆積速度超越摩擦副的磨損速度，致使動環不能補償磨耗位移，硬對硬摩擦副的運轉壽命要比硬對石墨摩擦副的長，由于固體顆粒會嵌入石墨密封環的密封面內。

對策：在固體顆粒容易進入的位置應選用碳化鎢對碳化鎢摩擦副的機械密封。

4、因其他問題惹起的機械密封滲漏

機械密封中還存在設計、選擇、裝置等不夠合理的中央。

（1）彈簧緊縮量一定要按規則停止，不允許有過大或過小的現象，誤差±2mm ，緊縮量過大增加端面比壓，摩擦熱量過多，形成密封面熱變形和加速端面磨損，緊縮量過小動靜環端面比壓缺乏，則不能密封。

（2）裝置動環密封圈的軸（或軸套）端面及裝置靜環密封圈的密封壓蓋（或殼體）的端面應倒角并修光，以免裝配時碰傷動靜環密封圈。

十一、機封正常運轉和維護問題

1、啟動前的準備工作及留意事項

a 全面檢查機械密封，以及隸屬安裝和管線裝置能否齊全，能否契合技術請求。

b 機械密封啟動行進行靜壓實驗，檢查機械密封能否有走漏現象。若走漏較多，應查清緣由設法消弭。如仍無效，則應拆卸檢查并重新裝置。普通靜壓實驗壓力用2-3公斤/平方厘米。

c 按泵旋向盤車，檢查能否輕快平均。如盤車費勁或不動時，則應檢查裝配尺寸能否錯誤，裝置能否合理。

2、裝置與停運

a 啟動前應堅持密封腔內充溢液體。關于保送凝固的介質時，應用蒸氣將密封腔加熱使介質凝結。啟動前必需盤車，以避免忽然啟動而形成軟環碎裂。

b 關于應用泵外封油系統的機械密封，應先啟動封油系統。停車后最后中止封油系統。

c 熱油泵停運后不能馬上中止封油腔及端面密封的冷卻水，應待端面密封處油溫降到80度以下時，才能夠中止冷卻水，以免損壞密封零件。

3、運轉

a 泵啟動后若有細微走漏現象，應察看一段時間。如連續運轉4小時，走漏量仍不減小，則應停泵檢查。

b 泵的操作壓力應平穩，壓力動搖不大于1公斤/平方厘米。

c 泵在運轉中，應防止發作抽空現象，以免形成密封面干摩擦及密封毀壞。

機械密封自身是一種請求較高的精細部件，對設計、機械加工、裝配質量都有很高的請求。在運用機械密封時，應剖析運用機械密封的各種要素，使機械密封適用于各種泵的技術請求和運用介質請求且有充沛的光滑條件，這樣才干保證密封長期牢靠地運轉。

上海谷傳工業

2019.04.18