機械密封-108機械密封-108機封

概述
機械密封(mechanical seal)是指由至少一對垂直于旋轉軸線端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合且相對滑動所構成的防止流體泄漏的裝置。
彈力加載機構與輔助密封是金屬波紋管的機械密封我們稱為金屬波紋管密封。在輕型密封中，還有使用橡膠波紋管作輔助密封的，橡膠波紋管彈力有限，一般需要輔以彈簧來滿足加載彈力。“機械密封”通常被人們簡稱為“機封”。
機械密封是一種旋轉機械的軸封裝置。比如離心泵、離心機、反應釜和壓縮機等設備。由于傳動軸貫穿在設備內外，這樣，軸與設備之間存在一個圓周間隙，設備中的介質通過該間隙向外泄漏，如果設備內壓力低于大氣壓，則空氣向設備內泄漏，因此必須有一個阻止泄漏的軸封裝置。軸封的種類很多，由于機械密封具有泄漏量少和壽命長等優(yōu)點，所以世界上機械密封是在這些設備主要的軸密封方式。機械密封又叫端面密封，在國家有關標準中是這樣定義的：“由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。

組成
主要部件
動環(huán)、靜環(huán)、冷卻裝置和壓緊彈簧（視具體設備而定）。

輔助密封件
密封圈（有O形、X形、U型、楔形、矩形柔性石墨、PTFE包覆橡膠O圈等）。
彈力補償機構
彈簧、推環(huán)。
彈簧座及鍵或各種螺釘。

原理
機械密封是靠一對集裝式機械密封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)作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。
常用機械密封結構由靜止環(huán)(靜環(huán))、旋轉環(huán)(動環(huán))、彈性元件彈簧座、緊定螺釘、旋轉環(huán)輔助密封圈和靜止環(huán)輔助密封圈等元件組成，防轉銷固定在壓蓋上以防止靜止環(huán)轉動。
旋轉環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環(huán)或非補償環(huán)。

技術要求
密封環(huán)是動環(huán)和靜環(huán)的總稱(下同)，是構成機械密封主要的元件。密封環(huán)在很大程度上決定了機械密封的使用性能和壽命，因此，對它提出了一些要求。

有足夠的強度和剛度
在工作條件下(如壓力、溫度和滑動速度等)不損壞，變形應盡量的小，工作條件波動時仍能保持密封性。尤其是密封端面要有足夠的強度以及一定的耐腐蝕能力，以保證產品有滿意的使用壽命。

有良好的耐熱沖擊能力
為此，要求材料有較高的導熱系數和較小的線膨脹系數，承受熱沖擊時不至于開裂。

較小的摩擦系數
密封環(huán)匹配應有較小的摩擦系數。

良好的自潤滑性
工作中如發(fā)生短時間的干摩擦，不損傷密封端面。因此，密封環(huán)要有良好的自潤滑性，密封環(huán)材料與密封流體還要有很好的浸潤性。

結構簡單
密封環(huán)結構應力求簡單對稱，優(yōu)先考慮用整體型結構，也可采用組合式(如鑲裝式)密封環(huán)，盡量避免用密封端面噴涂式結構。

密封環(huán)要容易加工制造
安裝和維修要方便，價格要低廉。

注意問題
安裝時
1、要十分注意避免安裝中所產生的安裝偏差
（1）、上緊壓蓋應在聯軸器找正后進行，螺栓應均勻上支，防止壓蓋端面偏斜，用塞尺檢查各點，其誤差不大于0.05毫米。
（2）、檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙（即同心度），四周要均勻，用塞尺檢查各點允差不大于0.01毫米。
2、彈簧壓縮量要按規(guī)定進行，不允許有過大或過小現象，要求誤差2.00毫米。過大會增加端面比壓，加速端面磨損。過小會造成比壓不足而不能起到密封作用。
3、動環(huán)安裝后，將動環(huán)壓向彈簧后應能自動彈回來。

安裝時位置要求
為了保證機械密封穩(wěn)定的運行、長壽命和低泄漏性能，將它正確地安裝在機器上是十分重要的。安裝時必須注意的事項：
1、部件的確認
把機械密封安裝到機器上時，安裝前要很好的與總裝配圖相對照，確認零件是否已準備齊全，這時要注意密封磨擦副密封面、密封圈等有無傷痕、缺損等異?，F象，還要注意與填料、密封圈（O環(huán)）等相接觸的軸或軸套表面、法蘭等部件上有無傷痕，若發(fā)現有異常的現象，則必須更換或修理后再使用。
在實際進行安裝時，不要將超過需要的零件帶到現場，這樣，安裝完畢后零件如有剩余，則是安裝時有了漏裝的地方；若零件不足，則意味著不必要的地方也組裝上了零件，這也就起到了在安裝時自檢的作用。

2、安裝位置
安裝要領隨機械密封型式、機器種類的不同而不同。這里不再贅述。


安裝時技術要求
機械密封是屬于較高精度的機械部件，對其正確的安裝與操作對它的使用壽命有大大的影響。我們一般按照石油化工部規(guī)定的標準。
安裝機械密封的泵與機械密封配合部分的技術要求如下：
1、軸彎曲度：不大于0.05毫米；
2、轉子振擺：動環(huán)密封圈處的軸套附近不大于0.06毫米；
3、軸的軸向竄動量不允許超過±0.5毫米，如果帶軸套，不允許軸套有松動；
4、聯軸器的找正誤差：對于齒式聯軸器不大于0.08～0.10毫米（P2008C），對于彈性聯軸器不大于0.05～0.06毫米；（習慣做法端跳<0.05，徑跳<0.10）
5、壓蓋（靜環(huán)座）與密封配合止口對軸中心線的同心度允差0.05毫米，與墊片接觸的平面對中心線的垂直度值允差0.03～0.05毫米，如果達不到要求，密封腔要進行加工；
6、安裝動環(huán)密封圈的軸套端部，以及安裝靜環(huán)密封圈的壓蓋（或殼體）的端部應倒角，并修光滑。
1、在安裝、拆卸機械密封時要仔細，嚴禁動用手錘和扁鏟，以免損壞密封元件。如果結垢拆卸不下時，應清洗干凈后再進行拆卸。
2、如果在泵兩端都用機械密封時，在裝配，拆卸過程中互相照顧，防止顧此失彼。
3、對運行過的機械密封，凡有壓蓋松動使密封發(fā)生移動的情況，則動靜環(huán)零件必須更換，不應重新上緊繼續(xù)使用。因為松動后摩擦副原來運轉軌跡會發(fā)生變動，接觸面的密封性就很容易遭到破壞。

維護問題
啟動前的準備工作
1、全面檢查機械密封，以及附屬裝置和管線安裝是否齊全，是否符合技術要求。
2、機械密封啟動前進行靜壓試驗，檢查機械密封是否有泄漏現象。若泄漏較多，應查清原因設法消除。如仍無效，則應拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗壓力用2~3公斤/平方厘米。
3、按泵旋向盤車，檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動時，則應檢查裝配尺寸是否錯誤，安裝是否合理。

安裝與停運
1、啟動前應保持密封腔內充滿液體。對于輸送凝固的介質時，應用蒸氣將密封腔加熱使介質熔化。啟動前必須盤車，以防止突然啟動而造成軟環(huán)碎裂。
2、對于利用泵外封油系統(tǒng)的機械密封，應先啟動封油系統(tǒng)。停車后停止封油系統(tǒng)。
3、熱油泵停運后不能馬上停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，才可以停止冷卻水，以免損壞密封零件。

運轉
1、泵啟動后若有輕微泄漏現象，應觀察一段時間。如連續(xù)運行4小時，泄漏量仍不減小，則應停泵檢查。
2、泵的操作壓力應平穩(wěn)，壓力波動不大于1公斤/平方厘米。
3、泵在運轉中，應避免發(fā)生抽空現象，以免造成密封面干摩擦及密封破壞。
3、密封情況要經常檢查。運轉中，當其泄漏超過標準時，重質油不大于5滴/分，輕質油不大于10滴/分，如2-3日內仍無好轉趨勢，則應停泵檢查密封裝置。

機封故障
故障原因
機械密封的故障大體上都是由異常的泄漏、異常的磨損、異常的扭矩等現象出現后才被人們所知道。造成故障的原因大致有如下四方面：
1、機械密封的設計選型不對；
2、機械密封質量不好；
3、使用或安裝機械密封的機器本身精度達不到要求；
4、機器運行操作錯誤。
具體情況具體分析

密封失效
1、密封失效主要有下述三種原因：
（1）、密封面打開
在修理機械密封時，85%的密封失效不是因磨損造成，而是在磨損前就已泄漏了。
當密封面一打開，介質中的固體微粒在液體壓力的作用下進入密封面，密封面閉合后，這些固體微粒就嵌入軟環(huán)（通常是石墨環(huán)）的面上，這實際成了一個“砂輪”會損壞硬環(huán)表面。
由于動環(huán)或橡膠圈緊固在軸（軸套）上，當軸串動時，動環(huán)不能及時貼合，而使密封面打開，并且密封面的滯后閉合，就使固體微粒進入密封面中。
同時軸（軸套）和滑動部件之間也存在有固體微粒，影響橡膠圈或動環(huán)的滑動（相對動密封點，常見故障）。另外，介質也會在橡膠圈與軸（軸套）磨擦部位產生結晶物，在彈簧處也會存有固體物質，都會使密封面打開。

（2）、過熱
因密封面上會產生熱，故橡膠圈使用溫度應低于設計規(guī)范。氟橡膠和聚四氟乙烯的使用溫度為216℃，丁晴橡膠的使用溫度為162℃，雖然它們都能承受較高的溫度，但因密封面產生的熱較高，所以橡膠圈有繼續(xù)硫化的危險，最終失去彈性而泄漏。（冷區(qū)考慮冷脆） 密封面之間還會因熱引起介質的結晶，如結碳，造成滑動部件被粘住和密封面被凝結。而且有些聚合物因過熱而焦化，有些流體因過熱而失去潤滑等甚至閃火。
過熱除能改變介質的狀況外，還會加劇它的腐蝕速率。引起金屬零件的變形，合金面的開裂，以及某些鍍層裂縫，設計應選用平衡型機械密封，以降低比壓防止過熱。

（3）、超差
正確的裝配公差，對于安裝機械密封是很必要的，軸（軸套）必須有合適的表面粗糙度和正確的尺寸，但制造者很少提供公差數據，這些數據對安裝來講都是很關鍵的。（依靠經驗和常識）
機械密封的尺寸精度及形位公差必須符合圖紙要求，超差將會導致密封提前失效。

2、密封失效原因分析
密封面本身也會提供密封失效的跡象，如振動時，在傳動零件上就會有磨損的痕跡，如痕跡不明顯，則一般是裝配不當造成的。
對于質量較差的石墨環(huán)（動環(huán)）來講，其內部氣孔較多，這是因為在制造過程中，聚集在石墨內部的氣體膨脹將碳微粒吹出的所致，因此這種低質的石墨環(huán)在密封啟用中，其碳微粒很容易脫落，而使密封面在密封停用時粘住。
密封面內圓柱面上的傷痕很可能是外面的雜物進入密封面或安裝不當造成的。密封面上的環(huán)形溝槽，多數是固體微粒沉積于密封面而引起的。
石墨環(huán)（動環(huán)）的裂紋是由于傳動件的振動，橡膠圈的漲大以及石墨環(huán)本身的內應力造成的，而結焦則是因高溫所致，這在煉油廠的高溫熱油介質中是常見的。
發(fā)煙硫酸、硝酸、氫氟酸、次氯酸鈉、王水、過氫氧化物等對石墨有侵蝕作用的幾種強氧化劑，其腐蝕作用隨溫度增加而加劇。
通常硬環(huán)（靜環(huán)）表面的過熱會引起密封環(huán)的嚴重磨損，如無冷卻的立式泵。在高溫、高壓下、彈簧壓縮過大，軸串動也會過大的情況下，都會引起密封面的過渡磨損，
在檢查硬環(huán)表面時有四種跡象要注意：
a、陶瓷環(huán)破裂；b、熱裂；c、刻痕；d、鍍層的脫落。
陶瓷環(huán)裝配過緊是破裂的主要原因，裝配不當者也是一個較常見的原因。
由于鍍層材料與基體材料二者線脹速率不同，所以溫度升高時，環(huán)表面會出現裂紋，司太立特合金尤為嚴重。在較高級的涂層材料中，鈷基碳化鎢不如鎳基涂層。而對密封面進行冷卻，能有效地防止熱裂，殘留在密封面上的固體微粒經常損壞表面，如磨削時砂輪上的砂粒就會損傷硬環(huán)表面，導致密封面打開或在密封面之間生成結晶物，而在重新研磨石墨環(huán)后，研磨料就會嵌入石墨環(huán)表面。 橡膠圈的失效與使用方式有關，通常高壓是使壓制成型的○型圈失效的一個原因，當發(fā)現○型變成矩形或環(huán)變硬時，就需要調整壓縮量，否則會發(fā)熱。所以有必要了解一種合成橡膠的使用溫度。合成橡膠圈溶脹大多半是因化學侵蝕造成的，它們都具有一些各自的特點，如氟橡膠耐較高溫度，而乙烯、丙烯○型圈在石油潤滑油中使用會脹大，臭氧對丁晴橡膠有侵蝕作用，所以丁晴橡膠制品不要裝在電動機內，因此高溫及化學腐蝕通常是造成橡膠制品硬化、裂紋的主要原因。 安裝時橡膠制件被割傷和表面有刻痕，也是密封失效常見的原因。而軸上的舊固定螺釘、鍵槽、花鍵軸，鋒利的軸肩等跡象都會損傷橡膠制件。
這里，對于密封面磨損痕跡尚需補充以下幾點，檢查磨損痕跡，可以幫助分析故障。
（1）、磨損變寬：表明機泵發(fā)生了嚴重的不對中。其原因是：
a、軸承損壞；
b、軸振動或軸變形；
c、軸彎曲；
d、泵汽蝕產生振動；
e、聯軸器未對中；
f、管子嚴重變形；
g、密封靜環(huán)傾斜。
（2）、磨痕變窄：磨痕比兩個密封面的寬度還要窄，這說明密封超壓，壓力或溫度使密封面變形。
（3）、無磨痕：
說明密封面不粘合。檢查彈簧等補償機構是否打滑或受阻礙。
（4）、密封面無磨痕但有亮點。
密封面翹曲會出現有亮點而無磨痕。壓力太高，壓蓋螺拴未擰好或未夾好，或泵表面粗糙均能形成亮點。當采用兩個螺拴的壓蓋時，其剛度不夠，變形也是形成亮點的一個原因。
這種癥狀的出現說明：密封可能一開車就發(fā)生泄漏。
（5）、密封面有切邊：
這是由于密封面分得太開，而在合攏時斷裂。閃蒸（氣化）是較普遍的密封面分開的原因，特別是在熱水系統(tǒng)或流體中有凝液時，水從液體膨脹成蒸氣，可使密封面分開。（冷介質氣化也同樣會造成）
密封的金屬零件，如彈簧、固定螺釘，傳動件及金屬套都可能成為密封失效的根源。受交變應力作用的彈簧受腐蝕是它的首要問題，因為金屬在應力作用下會迅速腐蝕，不繡鋼彈簧易受氯化物的應力腐蝕，且世界上存在許多的氯化物，所以有國外部門建議，不要使用不銹鋼彈簧，而推薦使用耐蝕性較高的哈斯特合金鋼的彈簧。另外，裝配不當造成彈簧疲勞是失效的又一原因。
機械密封使用的固定螺釘，不要用硬化后的材料來做，因熱處理會降低金屬的耐蝕能力，而未經熱處理的較軟的固定螺釘能緊固在軸上。
振動、偏斜、不同心會使傳動件磨損，如密封面啟動時有粘住的現象時，傳動件會彎曲甚至損壞，而磨擦作用產生的熱常常加劇腐蝕。
金屬套外圓表面的磨痕，可能是從密封側進入套內的固體微粒造成的，它干擾密封的隨動能力。也可能是偏斜，不同心的原因造成的。
金屬在溫升過程中要改變顏色，不銹鋼在使用時應注意下列溫度時的顏色。
淡黃色————溫度為700～800℉（約370～432℃）
棕 色————溫度為900～1000℉（約486～540℃）
蘭 色————溫度為1100℉（約590℃）
黑 色————溫度為1200℉（約648℃）
當密封失效不符合上述任何一種時，檢修就比較困難，但下面幾種情況的泄漏可供參考：
（1）、泵軸套泄漏
許多軸套不伸出密封箱，因此要判斷泄漏的來源是很困難的。軸套的泄漏通常是穩(wěn)定的，而密封面的泄漏往往是增加或減小。密封面泄漏后，使表面不平，但有時也會磨合到原狀。（有時不要急于檢修，可觀察一段時間再說）
（2）、如密封周圍是潮濕的，而且看不出漏。這在起動時泵運轉產生的離心力使泄漏的液體回到密封面內，起一道屏障的作用。而從泵上的法蘭或接頭泄漏的液體滴入填料箱內。
（3）、熱膨脹能使鑲接在金屬部件內的石墨環(huán)松脫，也可能是因低溫使O型環(huán)失去彈性，而導致泄漏。
（4）、沖洗壓力發(fā)生波動會引起密封失效，沖洗壓力必須比密封腔壓力高一些，啟用裝在泵前的電磁閥和延時開關可保證沖洗中的殘留物在泵啟動前或停車后沖干凈，如使用淬冷的方法來控制溫度，一定要維持密封腔的壓力。
（5）、如果在冷卻隔套上沉淀一層水垢，我們可在密封腔底部裝一個石墨襯套，利用它的熱屏障作用來解決這些問題。
（6）、熱交換器的泄漏，往往是冷卻面上的積垢阻礙了熱的傳遞，冷卻器內的流體流速就加快，或者熱交換器的方向裝反了。