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如何延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用壽命？

2024-07-06

機(jī)械密封(mechanical seal)是由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。

機(jī)械密封結(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖1）主要由靜止環(huán)（靜環(huán)）

1、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動(dòng)環(huán)）

2、彈性元件

3、彈簧座

4、緊定螺釘

5、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈

6、靜止環(huán)輔助密封圈

等元件組成，防轉(zhuǎn)銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)原理圖

機(jī)械密封具有密封性能可靠、泄漏量小、使用壽命長(zhǎng)、功率損耗少和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于高轉(zhuǎn)速、高壓差的工作條件和昂貴或有毒及強(qiáng)腐蝕性的工藝介質(zhì)。同時(shí)，機(jī)械密封又是設(shè)備的最薄弱環(huán)節(jié)之一。

為延長(zhǎng)其使用壽命，除了選擇恰當(dāng)?shù)哪Σ粮辈牧虾秃线m的端面比壓外，正確的安裝和維修也可起到重要的作用。

本文通過(guò)日常檢修的實(shí)踐，分析了機(jī)械密封失效泄漏的主要原因，總結(jié)出了如何延長(zhǎng)機(jī)械密封使用壽命的方法。

機(jī)械密封失效泄漏的原因分析

化工設(shè)備中使用的機(jī)械密封種類繁多，型號(hào)各異，但主要泄漏點(diǎn)有五處：

①軸套與軸間的密封；

②動(dòng)環(huán)與軸套間的密封；

③動(dòng)、靜環(huán)間密封；

④對(duì)靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封；

⑤密封端蓋與泵體間的密封。

機(jī)械密封中流體可能泄漏的途徑如圖1中的A、B、C、D 四個(gè)通道。

2.1

動(dòng)靜環(huán)端面磨損導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏

不管哪種類型的機(jī)械密封，最主要的特點(diǎn)即密封面為垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，也就是將極易泄漏的軸向密封改為不易泄漏的端面密封。所以，機(jī)械密封失效的主要形式是靜、動(dòng)環(huán)之間的磨損失效。動(dòng)、靜環(huán)端面摩擦副主要靠彈簧推力來(lái)壓緊，阻止泄漏。動(dòng)、靜環(huán)壓得越緊越不易泄漏，但其間的摩擦力也隨之增大，動(dòng)、靜環(huán)接觸端鏡面在較大摩擦力的作用下會(huì)很快磨損，最后失效泄漏。

2.2

工藝條件不穩(wěn)定和安裝不良導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏

工藝條件不穩(wěn)定和安裝不良造成的振動(dòng)、設(shè)備抽空汽化瞬間斷流都會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)之間的液膜破壞，使機(jī)械密封在無(wú)潤(rùn)滑條件下“干態(tài)”運(yùn)行，密封環(huán)溫度迅速上升，有的直接燒毀，有的當(dāng)泵恢復(fù)正常工作狀態(tài)時(shí)被急劇冷卻，形成熱沖擊而碎裂。沖洗流體與沖洗條件不良也會(huì)形成熱沖擊，導(dǎo)致密封環(huán)出現(xiàn)徑向裂紋，加劇動(dòng)靜環(huán)的磨損失效。同時(shí)，當(dāng)石墨環(huán)超過(guò)使用溫度，其表面會(huì)析出晶體，在溫度較高的摩擦副附近發(fā)生炭化，其微粒進(jìn)入摩擦副使動(dòng)靜環(huán)急劇磨損失效。

2.3

機(jī)械密封的密封圈失效也是密封泄漏主要原因

動(dòng)靜環(huán)密封圈裝配歪斜；與密封圈相配合的軸或軸套表面光潔度不夠，或配合尺寸過(guò)小；密封圈與密封介質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，腐蝕變形、老化等，均可導(dǎo)致泄漏。

2.4

裝配不當(dāng)導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏

在裝配機(jī)械密封前機(jī)封組件清洗不潔凈，組件碰傷或劃傷；裝配不到位；彈簧裝偏、緊固螺釘沒(méi)緊固；拆卸時(shí)損壞等，都是機(jī)械密封提前失效的原因。

2.5

機(jī)械密封選型設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的機(jī)封泄漏

由于在化工裝置中工藝介質(zhì)特性的多樣性，機(jī)械密封設(shè)計(jì)選用不當(dāng)，使密封端面比壓偏小、偏大或密封材質(zhì)冷縮性較大等，極易使機(jī)械密封失效而導(dǎo)致其泄漏。

解決措施

根據(jù)上述分析，延長(zhǎng)機(jī)械密封使用壽命應(yīng)采取以下措施和檢修方法。

3.1

彈簧壓縮量調(diào)整

調(diào)整彈簧的壓縮量就是調(diào)整機(jī)械密封的端面比壓，關(guān)系到密封性能及使用壽命的重要參數(shù)，與密封的結(jié)構(gòu)型式、彈簧大小和介質(zhì)壓力有關(guān)。端面比壓過(guò)大將損壞摩擦副；比壓過(guò)小則易泄漏，往往由廠家給定一個(gè)適合的范圍，一般按3～6kg/cm2取值。彈簧的自由長(zhǎng)度A，彈簧剛度K（產(chǎn)生單位壓縮量時(shí)承受的載荷），規(guī)定要求的比壓P，這些都是廠家給定的參數(shù)。壓縮后尺寸為B，則P/(A-B)=k，得出B=A-P/k，這就是彈簧安裝壓縮后的尺寸。如果彈簧安裝后的尺寸過(guò)大，可在彈簧座與彈簧之間增加調(diào)整墊的厚度，尺寸過(guò)小則減少調(diào)整的厚度，調(diào)整墊的厚度用千分尺量取。

3.2

動(dòng)環(huán)密封圈松緊

動(dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊有害無(wú)益，一是加劇密封圈與軸套間的磨損，過(guò)早泄漏；二是增大了動(dòng)環(huán)軸向調(diào)整、移動(dòng)的阻力，在工作狀況變化頻繁時(shí)無(wú)法適時(shí)進(jìn)行調(diào)整；三是彈簧過(guò)度疲勞易損壞；四是使動(dòng)環(huán)密封圈變形，影響密封效果。為保證動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性，其內(nèi)徑比軸徑大0.5～1mm，用以補(bǔ)償軸的振動(dòng)與偏斜，但間隙不能太大，否則會(huì)使動(dòng)環(huán)密封圈卡入而造成機(jī)械密封機(jī)械性能的破壞。密封圈的松緊程度以涂上潤(rùn)滑劑后能以一只手用力壓入為準(zhǔn)。

3.3

靜環(huán)密封圈松緊

靜環(huán)密封圈基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，相對(duì)較緊密封效果會(huì)好些，但過(guò)緊將導(dǎo)致：一是引起靜環(huán)密封因過(guò)度變形，影響密封效果；二是靜環(huán)材質(zhì)以石墨居多，一般較脆，過(guò)度受力極易引起碎裂；三是安裝、拆卸困難，極易損壞靜環(huán)。因此，靜環(huán)的內(nèi)徑一般比軸徑大1～2mm ，密封圈的松緊程度以涂上潤(rùn)滑劑后能以雙手用力壓入為準(zhǔn)。手能較輕壓入則太松，雙手用力壓不進(jìn)則太緊。

3.4

密封新舊拆換

相對(duì)而言，使用新機(jī)械密封的效果好于舊的，但新機(jī)械密封的質(zhì)量或材質(zhì)選擇不當(dāng)時(shí)，配合尺寸誤差較大會(huì)影響密封效果。在聚合性和深透性介質(zhì)中，靜環(huán)如無(wú)過(guò)度磨損（當(dāng)密封面出現(xiàn)裂紋、掉角、劃痕、麻點(diǎn)、飛邊及偏磨，劃痕、麻點(diǎn)貫穿整個(gè)密封端面時(shí)稱為過(guò)度磨損），還是不更換為好。因?yàn)殪o環(huán)在靜環(huán)座中長(zhǎng)時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，使聚合物和雜質(zhì)沉積為一體，起到了較好的密封作用。

3.5

拆修

機(jī)械密封一旦出現(xiàn)泄漏，先不急于拆修，有時(shí)密封可能沒(méi)有損壞，只需調(diào)整工作狀況或適當(dāng)調(diào)整密封就可消除泄漏。如調(diào)整彈簧的壓縮量、消除運(yùn)行設(shè)備的振動(dòng)、清除使彈簧失彈的水垢及動(dòng)、靜環(huán)摩擦副上的水垢等。這樣既避免浪費(fèi)又解決了實(shí)際問(wèn)題同時(shí)還可以驗(yàn)證自己的故障判斷能力，積累維修經(jīng)驗(yàn)提高檢修質(zhì)量。

3.6

機(jī)械密封是精密部件，制造及安裝精度都要求很嚴(yán)格，如果裝配不當(dāng)會(huì)影響密封性能，縮短使用壽命，因此必須注意以下要求：

3.6.1 安裝機(jī)械密封部位的軸（或軸套）徑向跳動(dòng)公差按表1。表面粗糙度Ra值應(yīng)不大于3.2um，外徑尺寸公差h6。安裝機(jī)械密封的泵或其它類似的旋轉(zhuǎn)式機(jī)械在工作時(shí)，轉(zhuǎn)子的軸向竄動(dòng)量不超過(guò)0.3mm。密封腔體與密封端蓋結(jié)合的定位端面對(duì)軸（或軸套）表面的跳動(dòng)公差按表1。

表1 軸（或軸套）徑向跳動(dòng)公差

軸（或軸套）外徑 mm	徑向跳動(dòng)公差 mm
10～50	0.04
>50～120	0.06

3.6.2 安裝旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈的軸（或軸套）端部應(yīng)按圖2 倒角使其圓滑過(guò)渡。

圖2 安裝密封圈轉(zhuǎn)軸的端部倒角圖

3.6.3 安裝機(jī)械密封靜環(huán)的密封端蓋（或殼體）的孔的端部按圖3和表2的規(guī)定。密封端蓋（或殼體）與輔助密封圈接觸部位的表面粗糙度按圖3。

圖3 密封端蓋（或殼體）安裝要求

表2 密封端蓋（或殼體）的孔的端部安裝要求

軸（或軸套外徑） mm	C mm
10～16	1.5
>16～48	2
>48～75	2.5
>75～120	3

3.6.4 密封零件、軸表面、密封腔體必須清洗干凈，并保證密封端面沖洗液管路暢通。

3.6.5 安裝前，應(yīng)確認(rèn)產(chǎn)品型號(hào)及規(guī)格與設(shè)備要求一致。當(dāng)輸送介質(zhì)溫度偏高、過(guò)低，或有雜質(zhì)顆粒、易燃、易爆、有毒時(shí)，必須采取相應(yīng)的阻封、沖洗、冷卻、過(guò)濾等措施。

3.6.6 在安裝密封的軸，腔體及壓蓋等與輔助密封圈接觸處均勻涂油（注：對(duì)乙丙橡膠、或介質(zhì)不允許注入潤(rùn)滑油的情況下，可涂抹植物油或肥皂水）。

3.6.7 在安裝密封圈時(shí)，不允許涂抹潤(rùn)滑脂的密封圈禁止涂抹，否則會(huì)使密封圈溶脹變大，使機(jī)械密封泄漏。

3.6.8 安裝時(shí)應(yīng)核對(duì)密封安裝尺寸，一般單彈簧密封軸向安裝尺寸最大允差為1.0mm，多彈簧為±0.5mm。

3.6.9 機(jī)械密封套上軸，按設(shè)計(jì)的工作高度安裝到位。

3.6.10 通孔采用對(duì)角線交叉擰緊方式，用螺栓將整個(gè)密封與密封腔體（泵蓋）聯(lián)接螺栓擰緊。

3.6.11 密封配有輔助系統(tǒng)時(shí)，按標(biāo)示正確連接管路。

3.6.12 安裝后用手盤動(dòng)旋轉(zhuǎn)環(huán)，保證靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，并有一定浮動(dòng)性。然后進(jìn)行靜壓試驗(yàn)和動(dòng)壓試驗(yàn)后，方可投入使用。

3.7

集裝式機(jī)械密封的安裝

對(duì)于集裝式機(jī)械密封，機(jī)械密封出廠時(shí)已將機(jī)械密封壓縮量調(diào)整完畢，并且進(jìn)行了機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，所以在我們現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)不允許解體機(jī)封或者再次重新調(diào)整機(jī)封壓縮量。

3.8

波紋管機(jī)械密封的安裝

對(duì)于波紋管機(jī)械密封在安裝前使用煤油對(duì)波紋管進(jìn)行檢漏，確認(rèn)波紋管完好無(wú)泄漏的情況下，方可進(jìn)行安裝。同時(shí)由于波紋管機(jī)械密封的波紋管容易破損，在安裝的過(guò)程中一定要小心謹(jǐn)慎。

3.9

嚴(yán)格工藝操作和工藝指標(biāo)的控制

在流量調(diào)節(jié)和開(kāi)停泵時(shí)，避免發(fā)生喘振、泵抽空以及沖洗流體斷流等現(xiàn)象。過(guò)濾密封介質(zhì)中的雜質(zhì)，合理采用自身平衡沖洗方式或外部強(qiáng)制循環(huán)沖洗方式，改善沖洗冷卻條件，同時(shí)加大沖洗系統(tǒng)的限流孔板孔徑，增加沖洗液量，保證沖洗液的供給平穩(wěn)和充足，使機(jī)械密封的潤(rùn)滑和散熱狀況得到改善，防止機(jī)械密封因過(guò)熱出現(xiàn)燒毀、破裂、裂紋、析出結(jié)晶等現(xiàn)象，延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用壽命。

3.10

機(jī)械密封的選型

機(jī)械密封在選型時(shí)，我們一定要給機(jī)械密封制造廠家提供設(shè)備運(yùn)行的詳細(xì)工藝參數(shù)及技術(shù)要求，避免由于所選機(jī)械密封不適合現(xiàn)場(chǎng)工況而降低其使用壽命。