機(jī)械密封的泄漏原因分析及解決辦法

1、機(jī)械密封的泄漏原因分析及解決辦法摘要：通過對泵用機(jī)械密封的實(shí)際應(yīng)用和理論分析，提出了機(jī)械密封的實(shí)際密封效果不僅與機(jī)械密封自身的性能有關(guān)，且與其它零部件提供的條件以及密封輔助系統(tǒng)提供的條件有著重要的關(guān)系。關(guān)鍵詞：泵；機(jī)械密封Abstract：Through the practical application and theorical analysis of the pump mechanical seal，the idea was put forward that the design of mechanical seal must consider the effect of externa

2、l conditions such as the effect of other parts and the assist seal system except considering the feature of mechanical sea1Keywords：pump；mechanical seal.目前機(jī)械密封在泵類產(chǎn)品中的應(yīng)用非常廣泛。而隨著產(chǎn)品技術(shù)水平的提高和節(jié)約能源的要求，機(jī)械密封的應(yīng)用前景將更加廣泛。機(jī)械密封的密封效果將直接影響整機(jī)的運(yùn)行，尤其是在石油化工領(lǐng)域內(nèi)，因存在易燃、易爆、易揮發(fā)、劇毒等介質(zhì)，機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，嚴(yán)重的還將出現(xiàn)重大安全事故。1 機(jī)械密

3、封的原理及要求 機(jī)械密封是靠一對或幾對垂直于軸作相對滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持接合并配以輔助密封而達(dá)到的阻漏的軸封裝置。 機(jī)械密封通常由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副。動(dòng)環(huán)靠密封室中液體的壓力和彈性元件的彈性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(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質(zhì)不外漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。密封元件起密封動(dòng)環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙的作用，同時(shí)對泵的振動(dòng)、沖擊起緩沖作用。機(jī)械密封在實(shí)際運(yùn)行中不是一個(gè)孤

4、立的部件，它是與泵的其它零部件一起組合起來運(yùn)行的，同時(shí)通過其基本原理可以看出， 機(jī)械密封的正常運(yùn)行是有條件的， 例如：泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓；泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件，再加上良好的機(jī)械密封自身性能，才能達(dá)到理想的密封效果。2 外部條件影響的原因分析根據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械密封的泄露大約有80%95%是由于密封端面，摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外，主要是摩擦副的材料問題。 摩擦材料應(yīng)具備下列條件：    (1) 機(jī)械強(qiáng)度高，能耐壓和耐壓力變形；  

5、;  (2) 具有耐干磨性，耐高載荷性，自潤滑性好；    (3) 配對材料的磨合性好，無過大的磨損和對偶腐蝕；    (4) 耐磨性好，壽命長；    (5) 導(dǎo)熱性和散熱性好；    (6) 耐高溫性好；    (7) 抗熱裂性好；    (8) 耐腐蝕性強(qiáng)；    (9) 線膨脹系數(shù)小，能耐熱

6、變形和尺寸穩(wěn)定性好；21 Q 泵軸的軸向竄量大機(jī)械密封的密封端面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機(jī)械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個(gè)推力，旋轉(zhuǎn)起來時(shí)密封面要達(dá)到密封所要求的比壓。為了保證這一個(gè)比壓，機(jī)械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在05 mm以內(nèi)。往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量，對機(jī)械密封的使用是非常不利的。這種現(xiàn)象往往在多級離心泵中比較突出，尤其是在泵啟動(dòng)過程中，竄量比較大。 圖1 平衡盤方法平衡軸向力的工作原理圖1為平衡盤方法平衡軸向力的工作原理。平衡盤工作時(shí)自動(dòng)改變平衡盤與平衡環(huán)之間的軸向間隙b，從而改變平衡盤前后兩側(cè)的壓差，產(chǎn)生一個(gè)與軸向力方向相反的作用力來

7、平衡軸向力。由于轉(zhuǎn)子竄動(dòng)的慣性作用和瞬態(tài)泵工況的波動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子不會靜止在某一軸向平衡位置。平衡盤始終處在左右竄動(dòng)的狀態(tài)。平衡盤在正常工作中的軸向竄量只有00501 mm，滿足機(jī)械密封的允許軸向竄量05 mm的要求，但平衡盤在泵啟動(dòng)、停機(jī)、工況劇變時(shí)的軸向竄量可能大大超過機(jī)械密封允許的軸向竄量。泵經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后，平衡盤與平衡環(huán)摩擦磨損，間隙b隨著增大，轉(zhuǎn)子軸向竄量不斷增加。由于軸向力的作用，吸入側(cè)的密封面的壓緊力增加，密封面磨損加劇，直至密封面損壞，失去密封作用。吐出側(cè)的機(jī)械密封，隨著平衡盤的磨損，轉(zhuǎn)子部件的軸向竄量大于密封要求的軸向竄量，密封面的壓緊力減小，達(dá)不到密封要求，最終使泵兩側(cè)的機(jī)

8、械密封全部失去密封作用。21 A消除泵軸竄量大的措施合理地設(shè)計(jì)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，比較理想的設(shè)計(jì)方案有兩個(gè)：一個(gè)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(jìn)行軸向限位；另一個(gè)是平衡鼓加軸向止推軸承，由平衡鼓平衡掉大部分軸向力，剩余的軸向力由止推軸承承擔(dān)，關(guān)鍵是合理地設(shè)計(jì)平衡鼓，使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對于其它單級泵、中開泵等產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)時(shí)采取一些措施保證泵軸的竄量在機(jī)械密封所要求的范圍之內(nèi)。22 Q 軸向力偏大機(jī)械密封在使用過程中是不能夠承受軸向力的，若存在軸向力，對機(jī)械密封的影響是嚴(yán)重的。有時(shí)由于泵的軸向力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)

9、計(jì)的不合理及制造、安裝、使用等方面的原因，造成軸向力沒有被平衡掉。機(jī)械密封承受一個(gè)軸向力，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)密封壓蓋溫度將偏高，對于聚丙烯類的介質(zhì)，在高溫下會被熔融，因此泵啟動(dòng)后很快就失去密封效果，泵靜止時(shí)則密封端面出現(xiàn)間斷的噴漏現(xiàn)象。22 A 消除軸向力偏大的措施合理地設(shè)計(jì)軸向力平衡機(jī)構(gòu)，使之能夠真正充分地平衡掉軸向力，給機(jī)械密封創(chuàng)造一個(gè)良好的條件。對于一些電廠、石油、化工等領(lǐng)域應(yīng)用的重要產(chǎn)品，在產(chǎn)品出廠之前，必須做到臺臺試驗(yàn)檢測和發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。2、3 Q 泵軸的撓度偏大機(jī)械密封又稱端面密封，是一種旋轉(zhuǎn)軸向的接觸式動(dòng)密封，它是在流體介質(zhì)和彈性元件的作用下，兩個(gè)垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對旋

10、轉(zhuǎn)，從而達(dá)到密封效果，因此要求兩個(gè)密封面之間要受力均勻。如果，泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在機(jī)械密封安裝處軸撓度較大，會使密封面之間的受力不均勻，導(dǎo)致密封效果不好。23 A 消除泵軸撓度偏大的措施這種現(xiàn)象大多存在臥式多級離心泵中，在設(shè)計(jì)時(shí)采取以下措施：(1)減少兩端軸承之間的距離。泵葉輪的級數(shù)不要太多，在泵總揚(yáng)程要求較高的情況下，盡量提高每級葉輪的揚(yáng)程，減少級數(shù)。(2)增加泵軸的直徑。在設(shè)計(jì)泵軸直徑的時(shí)候，不要簡單地僅考慮傳遞功率的大小，而要考慮機(jī)械密封、軸撓度、起動(dòng)方法和有關(guān)慣性負(fù)荷、徑向力等因素。(3)提高泵軸材料的等級。(4)泵軸設(shè)計(jì)完成后，對泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗(yàn)計(jì)算。對于單級泵，我們應(yīng)該將機(jī)械密封

11、的安裝位置盡量設(shè)計(jì)到靠近軸承的地方。24 Q 沒有輔助沖洗系統(tǒng)或輔助沖洗系統(tǒng)設(shè)置不合理機(jī)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(hù)密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。有時(shí)設(shè)計(jì)員沒有合理地配置輔助沖洗系統(tǒng)，達(dá)不到密封效果；有時(shí)雖然設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了輔助系統(tǒng)，但由于沖洗液中有雜質(zhì)，沖洗液的流量、壓力不夠，沖洗口位置設(shè)計(jì)不合理等原因，也同樣達(dá)不到密封效果。24 A 改善輔助沖洗系統(tǒng)在條件允許的情況下，盡量設(shè)計(jì)輔助沖洗系統(tǒng)。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力00701 MPa，如果輸送介質(zhì)屬于易汽化的， 則應(yīng)高于汽化壓力017502 MPa。密封腔壓力要根據(jù)每種泵的結(jié)構(gòu)型式、系統(tǒng)壓力等因素來計(jì)算。

12、軸封腔壓力很高時(shí)或者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時(shí)，需要由密封腔引液體至低壓區(qū)，使軸封液體流動(dòng)以帶走摩擦熱。推薦的沖洗量如表l所示。根據(jù)每種泵的操作條件，合理地配置管路和附件。如冷卻器、孔板、過濾器、閥門、流量指示器、壓力表、溫度等 實(shí)際上密封的可靠性和壽命，在很大程度上取決于密封輔助系統(tǒng)的配置。25 Q 振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械密封失效振動(dòng)偏大的原因往往不是機(jī)械密封本身的原因，泵的其它零部件是產(chǎn)生振動(dòng)的根源，如泵軸設(shè)計(jì)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。25 A 消除泵振動(dòng)的措施(1)泵產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中，要充分分析振動(dòng)的來源，以消除振動(dòng)源。(2)泵產(chǎn)品的制造裝配過程中

13、，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程去執(zhí)行，消除振動(dòng)源。(3)泵、電機(jī)、底座、現(xiàn)場管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場安裝時(shí)，要嚴(yán)格把關(guān)，消除振動(dòng)源。(4)現(xiàn)場生產(chǎn)、操作、維修、調(diào)節(jié)時(shí)，嚴(yán)格把關(guān)，消除振動(dòng)源。26 Q 泵汽蝕的原因由于裝置系統(tǒng)操作不合理以及泵進(jìn)口汽蝕性能不好，在泵的入口處發(fā)生局部汽蝕，汽蝕發(fā)生后，介質(zhì)中會有氣泡，它一方面會沖擊葉輪入口處，使其表面出現(xiàn)破損；另一方面會使動(dòng)靜環(huán)的吻合面的流動(dòng)膜因?yàn)闆_擊振動(dòng)不能形成穩(wěn)定的流動(dòng)膜，造成動(dòng)靜環(huán)的吻合面的干摩擦，使機(jī)械密封裝置損壞。26 A 消除泵進(jìn)口汽蝕的措施(1)提高泵的汽蝕性能水平，滿足現(xiàn)場裝置的汽蝕性能的要求。(2)現(xiàn)場試驗(yàn)裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配。(3

14、)現(xiàn)場安裝和工況調(diào)節(jié)要給泵創(chuàng)造有利的條件。27 Q 機(jī)械加工精度不夠機(jī)械加工精度不夠，原因有很多，有的是機(jī)械密封本身的加工精度不夠，這方面的原因容易引起人們的注意，也容易找到。但有時(shí)是泵其它部件的加工精度不夠，這方面的原因，不容易引起人們的注意。例如：泵軸、軸套、泵體、密封腔體的加大精度不夠等原因。這些原因的存在對機(jī)械密封的密封效果是非常不利的。27 A 嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和機(jī)械密封產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要執(zhí)行相關(guān)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)員應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，深刻理解標(biāo)準(zhǔn)每一條內(nèi)容的具體意義，將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的要求執(zhí)行到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中。到目前為止，有很多設(shè)計(jì)員還沒有理解標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際含義，沒有嚴(yán)

15、格地去執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)，而是盲目地照搬照套老圖紙和老設(shè)計(jì)員的經(jīng)驗(yàn)。這種作法對提高我國產(chǎn)品技術(shù)水平和進(jìn)入國際市場是非常不利的。提高標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)識，是目前機(jī)械行業(yè)設(shè)計(jì)員迫切需要解決的問題。3 機(jī)械密封常見泄漏分析3.1機(jī)械密封出現(xiàn)間歇性泄漏主要是由于泵的轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)量太大，動(dòng)環(huán)來不及補(bǔ)償位移或泵本身操作不平穩(wěn)，壓力變動(dòng)。處理措施：重新調(diào)整軸向竄動(dòng)量或穩(wěn)定泵的操作壓力。3.2 機(jī)械密封持續(xù)性泄漏應(yīng)先判斷泄漏源。端面密封問題，可能出在端面不平、裂紋、破碎、發(fā)生熱變形或機(jī)械變形，安裝時(shí)零件受力不均等。應(yīng)檢查安裝尺寸是否正確，密封和材質(zhì)是否適于使用工況，密封墊是否壓緊，是否有安裝損傷。檢查密封腔裝配面和其它有關(guān)元件

16、對軸線的垂直度。密封圈與動(dòng)環(huán)未貼緊，檢查或更換密封圈；彈簧力不夠或彈簧力偏心，應(yīng)調(diào)整或更換彈簧。3.3機(jī)械密封出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏(1)摩擦副元件斷裂，拆開檢查更換動(dòng)、靜環(huán)。(2)動(dòng)環(huán)不能沿軸向浮動(dòng)，拆檢彈簧力是否不夠或卡住和止推環(huán)是否卡住等。(3)彈簧失效。更換新彈簧。(4)防轉(zhuǎn)銷斷掉或失去作用。拆開更換防轉(zhuǎn)銷。(5)泵猛烈抽空。由于離心泵突然抽空時(shí)，泵腔內(nèi)瞬時(shí)呈負(fù)壓狀態(tài)。若機(jī)械密封的彈簧力頂不住這個(gè)壓差，則動(dòng)、靜環(huán)就會一起作軸向位移。此時(shí)靜環(huán)防轉(zhuǎn)槽就會脫離防轉(zhuǎn)銷，并在動(dòng)環(huán)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)某一角度。當(dāng)抽空停止時(shí)，防轉(zhuǎn)銷與槽不能恢復(fù)到原先的配合位置，于是防轉(zhuǎn)銷頂住靜環(huán)，使靜環(huán)傾斜而破壞了密封。泵發(fā)生汽蝕時(shí)，

17、抽空就較為多見，對于此類離心泵的機(jī)械密封必須考慮到防抽空破壞的措施。在泵抽空時(shí)不讓防轉(zhuǎn)銷脫出防轉(zhuǎn)槽，也就是要限制動(dòng)環(huán)軸向位移，使之小于防轉(zhuǎn)銷伸人防轉(zhuǎn)槽內(nèi)的長度。同時(shí)在操作時(shí)盡量防止泵抽空。3.4 機(jī)械密封在停用后重新開啟時(shí)泄漏(1)摩擦面有結(jié)晶物或水垢等臟物。拆開清洗密封件。(2)彈簧問有結(jié)晶物或固體粒子使動(dòng)環(huán)或推環(huán)卡住等。拆開清洗消除。3.5機(jī)械密封的摩擦副表面磨損過快(1)彈簧力過大使端面比壓過大。更換合適的彈簧。(2)密封介質(zhì)不清潔，加強(qiáng)密封介質(zhì)的過濾。(3)彈簧壓縮量太大。調(diào)整彈簧。3.6 機(jī)械密封在工作時(shí)發(fā)生尖叫這是因?yàn)槊芊舛嗣鏉櫥瑺顟B(tài)不佳，應(yīng)加強(qiáng)密封冷卻措施，帶走摩擦熱、改善潤滑條

18、件。從理論上講，摩擦副端面間的潤滑處于半液體摩擦狀態(tài)是最適宜的。4安裝機(jī)械密封應(yīng)該注意的問題1、軸的軸向竄動(dòng)量一般要求±05 mm。2、彈簧壓縮后的工作長度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，其允差為±2 mm。3、機(jī)械密封的彈簧旋向(主要指使用一只大彈簧且承受扭力的情況)應(yīng)與泵軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，以使之越旋越緊。4、安裝動(dòng)環(huán)時(shí)，必須保證它在軸或軸套上移動(dòng)靈活。5、檢查每個(gè)密封零件及輔助元件的型號、規(guī)格和配合尺寸。檢查零件有無碰傷、變形、裂紋等缺陷，合格后方可使用。6、檢查軸或軸套表面是否光滑。不許有溝痕或雜物附著在上面。7、機(jī)械密封裝配完畢后，打開密封水閥檢查機(jī)械密封是否泄漏。用手盤動(dòng)聯(lián)軸器看軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否輕松，若盤不動(dòng)或很吃力，則應(yīng)檢查有關(guān)裝配尺寸是否正確。4 總結(jié)在設(shè)計(jì)泵用機(jī)械密封時(shí)，不僅要考慮機(jī)械密封外部的各種影響因素，而且要考慮機(jī)械密封本身的影響因素。在實(shí)際工作中要注意以下幾個(gè)問題：(1)在泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到泵其它零部件以及現(xiàn)場其它設(shè)備對機(jī)械密封的使用效果的影響，為機(jī)械密封創(chuàng)造一個(gè)良好的外部條件。(2)增加對機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的重要作用的認(rèn)識，盡可能配備完善的機(jī)械密封輔助系統(tǒng)，以提高