機(jī)械密封是由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體泄露的裝置(見(jiàn)圖1)。機(jī)械密封在石油和化工企業(yè)使用非常廣泛，由于其密封性好，性能穩(wěn)定，泄漏量少，摩擦功耗低，使用周期長(zhǎng)，對(duì)軸(或軸套)磨損很小，能滿(mǎn)足多種工況要求等特點(diǎn)而被廣泛使用。但是其密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用條件苛刻，價(jià)格高及維修技術(shù)高等特點(diǎn)，特別是機(jī)械密封工藝條件溫度、壓力等工藝參數(shù)的影響直接關(guān)系到設(shè)備機(jī)械密封的性能和使用壽命，因此，找出機(jī)械密封失效原因及改進(jìn)措施是保證企業(yè)安全生產(chǎn)，提高設(shè)備使用壽命的重要任務(wù)。做如下分析。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)
1.彈簧座 2.緊定螺釘 3. 彈簧 4. 傳動(dòng)銷(xiāo) 5. 輔助密封圈 6. 動(dòng)環(huán) 7.防轉(zhuǎn)銷(xiāo)
8.軸套 9.密封壓蓋 10. 靜環(huán) 11. 補(bǔ)償環(huán)座 12. 推環(huán) 13. 傳動(dòng)螺釘

　　1 機(jī)械密封失效時(shí)常見(jiàn)的現(xiàn)象

1.1 工作時(shí)發(fā)生尖叫

這是因?yàn)槊芊舛嗣鏉?rùn)滑效果不佳，應(yīng)安裝旁路沖洗管路，加大管徑和相應(yīng)的節(jié)流裝置的尺寸。

1.2 密封在工作時(shí)發(fā)生爆鳴

原因是密封介質(zhì)汽化或閃蒸，應(yīng)在允許范圍內(nèi)提高密封腔壓力，改進(jìn)密封設(shè)計(jì)，降低介質(zhì)

溫差，安裝旁路沖洗管路，加大管徑和相應(yīng)的節(jié)流元件；加強(qiáng)密封端面的冷卻，檢查密封平衡設(shè)計(jì)，精確測(cè)量密封腔內(nèi)的壓力，溫度及介質(zhì)壓力。

1.3 石磨粉聚集在密封面外側(cè)

原因是密封面潤(rùn)滑不良，密封端面間的液膜汽化或閃蒸，產(chǎn)生殘留物質(zhì)，造成石墨環(huán)磨損，應(yīng)改善潤(rùn)滑狀態(tài)，防汽化。

1.4 密封泄露

由于密封介質(zhì)汽化或閃蒸密封端面， 應(yīng)先判斷泄漏源，斷面密封問(wèn)題可能出在端面不平、裂紋、破碎或爆破，發(fā)生熱變形或機(jī)械變形；密封零件結(jié)構(gòu)不合理或強(qiáng)度不夠產(chǎn)生變形；因材料及加工原因產(chǎn)生的殘余變形；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，是否螺栓力矩太大造成密封座變形，是否有安裝損傷，必要時(shí)予以更換；檢查填料腔裝配面和其他有關(guān)元件對(duì)軸線(xiàn)的垂直度，管道及設(shè)備安裝誤差"輔助密封安裝時(shí)可能被壓傷或擦傷；介質(zhì)從軸套間隙中漏出，0型圈老化；密封壓縮屈服變形，化學(xué)腐蝕"檢查密封槽和導(dǎo)角是否正常，起動(dòng)設(shè)備前應(yīng)將密封端面重新研磨以保證密封面的光滑平整。

2 機(jī)械密封失效的原因分析

2.1 腐蝕失效

(1)表面腐蝕。

機(jī)械密封件會(huì)因腐蝕介質(zhì)的侵蝕而導(dǎo)致表面腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成腐蝕穿透。

(2)點(diǎn)腐蝕。

彈簧套常出現(xiàn)大面積或區(qū)域性的點(diǎn)蝕，有的導(dǎo)致穿孔。此類(lèi)局部腐蝕對(duì)密封的使用雖未造成嚴(yán)重后果，但大修時(shí)也應(yīng)更換。

(3)應(yīng)力腐蝕破裂

在應(yīng)力和介質(zhì)腐蝕的共同作用下，金屬焊接管道、軸承、彈簧等會(huì)發(fā)生破裂現(xiàn)象。

(4)間隙腐蝕。因介質(zhì)濃度之差而導(dǎo)致縫隙泄露而長(zhǎng)生腐蝕。

(5)電化學(xué)腐蝕。密封中使用的金屬因工作環(huán)境的介質(zhì)而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致密封失效。

(6)晶間腐蝕

碳化鎢環(huán)不銹鋼環(huán)座以銅焊連接，使用中不銹鋼座易發(fā)生晶間腐蝕，為克服敏化的影響，不銹鋼應(yīng)進(jìn)行固溶處理。圖2所示為帶波紋管的動(dòng)環(huán)采用有填充劑的聚四氟乙烯，靜環(huán)為陶瓷，此裝置對(duì)大部分腐蝕介質(zhì)都適用。

圖2 強(qiáng)腐蝕介質(zhì)用機(jī)械密封
1. 靜環(huán) 2. 套軟管彈簧 3. 波紋管動(dòng)環(huán)

　　2.2 高溫失效

當(dāng)密封腔內(nèi)的溫度高達(dá)150℃時(shí)，機(jī)械密封可能出現(xiàn)一些問(wèn)題：

1.配對(duì)使用的密封環(huán)摩擦副發(fā)生熱變形和熱裂是材料發(fā)生腐蝕和磨損加快，發(fā)生失效。

2.密封圈在超出須用溫度時(shí)會(huì)發(fā)生高溫老化、變硬、龜裂等現(xiàn)象是之失效。

3.對(duì)與碳-石墨形式的密封環(huán)可能造成炭化從而產(chǎn)生泄露密封失效。

4.對(duì)于有彈簧的裝置可能使其高溫失彈。5.運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的摩擦熱使局部發(fā)生溫度變化，如果沒(méi)有合理的沖洗冷卻控制會(huì)使機(jī)密件發(fā)生失效。

2.3 摩擦失效

摩擦副使用的材料耐磨性差、摩擦系數(shù)大、端面比壓過(guò)大，當(dāng)密封面進(jìn)入固體顆粒雜質(zhì)時(shí)使摩擦面磨損，端面間液膜難以形成和維持，造成密封失效。

2.4 壓力造成失效

(1)高壓和壓力波動(dòng)造成機(jī)械密封失效

密封腔內(nèi)壓力超過(guò)須用壓力時(shí)，會(huì)時(shí)密封端面比壓過(guò)大，液膜難以形成，端面磨損嚴(yán)重，發(fā)熱量過(guò)多。還會(huì)使密封零件變形。高壓條件下的機(jī)密應(yīng)采取方法使端面受力合理，減少變形；加強(qiáng)冷卻和潤(rùn)滑措施；使用平衡型機(jī)密和較小的載荷系數(shù)；采用多端面密封結(jié)構(gòu)等。

工作壓力的波動(dòng)會(huì)影響密封零件的彈性變形量，影響密封效果。當(dāng)壓力變化幅度較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生很明顯的泄露量。應(yīng)選用WC對(duì)WC摩擦副等措施降低壓力波動(dòng)的影響。

(2)真空狀態(tài)造成失效

真空會(huì)引起密封干摩擦、漏氣等現(xiàn)象。.實(shí)踐證明，半濕摩擦?xí)r，摩擦系數(shù)通常是百分之幾，而半干摩擦和干摩擦?xí)r則為十分之幾.

〔3〕即干摩擦釋放的熱量為潤(rùn)滑時(shí)的十幾倍甚至更多，從而加劇了密封件的磨損.由于表面受到損壞，表面溫度升高，加上材料機(jī)械性能的變化，使磨損劇烈程增大，磨損速度增快，造成密封環(huán)熱裂或燒損，最終導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作.為解決此問(wèn)題，應(yīng)采用雙端面繼續(xù)密封，注入封液保證潤(rùn)滑和提高密封性能，變氣相密封為液相密封。

2.5 密封形式或密封材料與密封工況不相適應(yīng)造成失效

若密封材料選擇不當(dāng)，則密封很容易因腐蝕、高壓、高速或過(guò)熱而損壞。機(jī)械密封用于腐蝕性介質(zhì)時(shí)，因密封件經(jīng)受化學(xué)和電化學(xué)腐蝕，其摩擦副應(yīng)選擇既耐腐蝕又耐磨的材料，在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中，可選用聚四氟乙烯波紋管，用于高壓介質(zhì)中時(shí)，一般選用雙端面平衡型結(jié)構(gòu)或多端面串聯(lián)式密封裝置用于高溫下時(shí)，零件應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性熱處理，且各零件應(yīng)盡量選用膨脹系數(shù)近似材料，高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備用的機(jī)械密封，應(yīng)盡量減少轉(zhuǎn)動(dòng)零件.

2.6 安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)失效分析

由于安裝不良造成機(jī)械密封的泄露有以下幾個(gè)方面的原因

(1)動(dòng)、靜環(huán)接觸表面不平，安裝時(shí)碰傷或損壞。

(2)動(dòng)、靜環(huán)密封圈尺寸有誤、損壞或未被壓緊。

(3)動(dòng)、靜環(huán)表面有異物夾入。

(4)動(dòng)、靜環(huán)V形密封圈方向裝反或安裝時(shí)反邊。

(5)密封腔端面與軸垂直不夠。

(6)靜環(huán)壓緊不均勻。

(7)緊固螺釘未擰緊，彈簧座后退。

(8)軸套處泄露，密封圈未裝或壓緊力不夠，軸套上密封圈活動(dòng)處有腐蝕點(diǎn)。

綜上所述，引起機(jī)械密封失效的原因很多，某公司共有84臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備采用機(jī)械密封，1998～2000年引起機(jī)械密封失效的各中原因的出現(xiàn)頻率見(jiàn)下表：

表1 機(jī)械密封失效原因統(tǒng)計(jì)

　　3 其他原因造成的失效

密封件本身由于設(shè)計(jì)、工藝、制造、選材、安裝或選型配對(duì)不正確等缺陷造成機(jī)械密封點(diǎn)泄露失效，比如密封端面制造不平，安裝密封件時(shí)沒(méi)有對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致存在密封間隙而泄露；密封沖洗系統(tǒng)存在問(wèn)題，導(dǎo)致密封腔溫度過(guò)高使機(jī)械密封失效；密封輔助系統(tǒng)選擇不當(dāng)，工藝條件苛刻，環(huán)境差等因素均可能導(dǎo)致密封失效。

4 預(yù)防機(jī)械密封失效的措施

(1)密封結(jié)構(gòu)的選擇

密封結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性高、安裝與維修容易為佳。使用機(jī)械密封時(shí)應(yīng)該對(duì)密封的選用參數(shù)、結(jié)構(gòu)、形式、材料、標(biāo)準(zhǔn)及其特點(diǎn)加以了解，選擇質(zhì)量可靠的機(jī)械密封裝置。

(2)機(jī)械密封設(shè)備的選擇

當(dāng)機(jī)械密封設(shè)備輸送的是腐蝕性高及高溫介質(zhì)，要考慮密封設(shè)備的耐腐蝕、高強(qiáng)度、硬度和較小的熱膨脹系數(shù)。

(3)工藝條件的改善

對(duì)于高溫、高壓介質(zhì)，采用耐高溫、導(dǎo)熱好的摩擦副材料，在設(shè)備管理工作中，應(yīng)合理利用現(xiàn)場(chǎng)條件，優(yōu)化機(jī)械密封的工藝條件，提高密封性能和使用壽命，降低設(shè)備維護(hù)和維修費(fèi)用。

(4)輔助措施的實(shí)施

冷卻、潤(rùn)滑、沖洗等輔助措施應(yīng)根據(jù)機(jī)械密封環(huán)境的需要加以完善，保證機(jī)械密封的穩(wěn)定性和可靠性。

(5)安裝、維修管理的高效性

機(jī)械密封零部件的安裝質(zhì)量直接影響密封效果，安裝前要仔細(xì)檢查各個(gè)部件的完好性和規(guī)范性，正確安裝和調(diào)試，之后要試運(yùn)行，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題一定要及時(shí)處理，以免后患。另外，合理的使用和維護(hù)也非常重要，操作人員一定要遵守操作規(guī)范，培訓(xùn)后上崗，實(shí)行責(zé)任制保證設(shè)備的正常運(yùn)行的可靠性、安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

以上總結(jié)了機(jī)械密封在使用過(guò)程中比較常見(jiàn)的失效原因，其實(shí)機(jī)械密封失效的原因很多，也很復(fù)雜。機(jī)械密封是較為精密的部件，可是泄露點(diǎn)多，對(duì)于零件的加工精度和安裝、維修質(zhì)量都有很高的要求。機(jī)械密封失效在生產(chǎn)實(shí)際中有各種因素造成的，因此，正確分析失效的原因，并非容易。首先要找到密封失效點(diǎn)，然后采取具體的措施進(jìn)行改進(jìn)。

選用合理的機(jī)械密封以提高安裝質(zhì)量和減少運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)，加強(qiáng)工藝管理以確保工藝指標(biāo)的穩(wěn)定，防止壓力、溫度等條件的變化過(guò)大是提高機(jī)械密封可靠性的有效方法，保證機(jī)械密封系統(tǒng)的正確應(yīng)用，使機(jī)械密封長(zhǎng)期有效的運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)用新材料的開(kāi)發(fā)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行機(jī)械密封失效地方的計(jì)算機(jī)建模，利用有限元知識(shí)分析失效點(diǎn)及機(jī)械密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化，借鑒國(guó)外機(jī)械密封技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提高機(jī)械密封穩(wěn)定性、長(zhǎng)期性，節(jié)約能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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