機(jī)械密封構(gòu)成及定義
時(shí)間：2012/4/19 來(lái)源：浙江揚(yáng)子江泵業(yè)有限公司
機(jī)械密封(mechanical seal)是指由至少一對(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。彈力加載機(jī)構(gòu)與輔助密封是金屬性紋管的機(jī)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(lái)滿足加載彈力。 “機(jī)械密封”通常被人們簡(jiǎn)稱為“機(jī)封”。
機(jī)械密封的基本組成：
主要部件
動(dòng)環(huán)和靜環(huán)。
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(bǔ)償機(jī)構(gòu)
彈簧、推環(huán)。
傳動(dòng)件
彈簧座及鍵或各種螺釘。
機(jī)械密封是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的油封裝置。比如離心泵、離心機(jī)、反應(yīng)釜和壓縮機(jī)等設(shè)備。由于傳動(dòng)軸貫穿在設(shè)備內(nèi)外，這樣，軸與設(shè)備之間存在一個(gè)圓周間隙，設(shè)備中的介質(zhì)通過(guò)該間隙向外泄露，如果設(shè)備內(nèi)壓力低于大氣壓，則空氣向設(shè)備內(nèi)泄露，因此必須有一個(gè)阻止泄露的軸封裝置。軸封的種類很多，由于機(jī)械密封具有泄漏量少和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以當(dāng)今世界上機(jī)械密封是在這些設(shè)備主要的軸密封方式。機(jī)械密封又叫端面密封，在國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義的：“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�！�
對(duì)密封環(huán)的要求：
密封環(huán)是動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的總稱(下同)，是構(gòu)成機(jī)械密封主要的元件。密封環(huán)在很大程度上決定了機(jī)械密封的使用性能和壽命，因此，對(duì)它提出了一些要求。
有足夠的強(qiáng)度和剛度
在工作條件下(如壓力、溫度和滑動(dòng)速度等)不損壞，變形應(yīng)盡量的小，工作條件波動(dòng)時(shí)仍能保持密封性。尤其是密封端面要有足夠的強(qiáng)度以及一定的耐腐蝕能力，以保證產(chǎn)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(dǎo)熱系數(shù)和較小的線膨脹系數(shù)，承受熱沖擊時(shí)不至于開(kāi)裂。
較小的摩擦系數(shù)
密封環(huán)匹配應(yīng)有較小的摩擦系數(shù)。
良好的自潤(rùn)滑性
工作中如發(fā)生短時(shí)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(rùn)滑性，密封環(huán)材料與密封流體還要有很好的浸潤(rùn)性。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
密封環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單對(duì)稱，優(yōu)先考慮用整體型結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。
密封環(huán)要容易加工制造
安裝和維修要方便，價(jià)格要低廉。
機(jī)械密封工作應(yīng)注意問(wèn)題
安裝時(shí)注意事項(xiàng)
a.要十分注意避免安裝中所產(chǎn)生的安裝偏差
�。�1）上緊壓蓋應(yīng)在聯(lián)軸器找正后進(jìn)行，螺栓應(yīng)均勻上支，防止壓蓋端面偏斜，用塞尺檢查各點(diǎn)，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(diǎn)允差不大于0.01毫米。
b.彈簧壓縮量要按規(guī)定進(jìn)行，不允許有過(guò)大或過(guò)小現(xiàn)象，要求誤差2.00毫米。過(guò)大會(huì)增加端面比壓，加速端面磨損。過(guò)小會(huì)造成比壓不足而不能起到密封作用。
c.動(dòng)環(huán)安裝后，將動(dòng)環(huán)壓向彈簧后應(yīng)能自動(dòng)彈回來(lái)。
安裝時(shí)位置要求
為了保證機(jī)械密封穩(wěn)定的運(yùn)行、長(zhǎng)壽命和低泄漏性能，將它正確地安裝在機(jī)器上是十分重要的。安裝時(shí)必須注意的事項(xiàng)：
�。�1）部件的確認(rèn)
把機(jī)械密封安裝到機(jī)器上時(shí)，安裝前要很好的與總裝配圖相對(duì)照，確認(rèn)零件是否已準(zhǔn)備齊全，這時(shí)要注意密封磨擦副密封面、密封圈等有無(wú)傷痕、缺損等異�，F(xiàn)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(wú)傷痕，若發(fā)現(xiàn)有異常的現(xiàn)象，則必須更換或修理后再使用。
在實(shí)際進(jìn)行安裝時(shí)，不要將超過(guò)需要的零件帶到現(xiàn)場(chǎng)，這樣，安裝完畢后零件如有剩余，則是安裝時(shí)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(shí)自檢的作用。
�。ㄓ腥苏J(rèn)為一個(gè)好的裝配工是不需要圖紙和其它標(biāo)記，這是錯(cuò)誤的。那他只是個(gè)熟練工不是個(gè)好檢修工）
�。�2）安裝位置
安裝要領(lǐng)隨機(jī)械密封型式、機(jī)器種類的不同而不同。這里不再贅述
安裝時(shí)技術(shù)要求
機(jī)械密封是屬于較高精度的機(jī)械部件，對(duì)其正確的安裝與操作對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。
安裝機(jī)械密封的泵與機(jī)械密封配合部分的技術(shù)要求如下:
1、軸彎曲度：大不大于0.05毫米；
2、轉(zhuǎn)子振擺：動(dòng)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(dòng)量不允許超過(guò)±0.5毫米，如果帶軸套，不允許軸套有松動(dòng)；
4、聯(lián)軸器的找正誤差：對(duì)于齒式聯(lián)軸器不大于0.08～0.10毫米（P2008C），對(duì)于彈性聯(lián)軸器不大于0.05～0.06毫米；（習(xí)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(duì)軸中心線的同心度允差0.05毫米，與墊片接觸的平面對(duì)中心線的垂直度值允差0.03～0.05毫米，如果達(dá)不到要求，密封腔要進(jìn)行加工；
6、安裝動(dòng)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(yīng)倒角，并修光滑。
拆卸時(shí)注意事項(xiàng)
a.在安裝、拆卸機(jī)械密封時(shí)要仔細(xì)，嚴(yán)禁動(dòng)用手錘和扁鏟，以免損壞密封元件。如果結(jié)垢拆卸不下時(shí)，應(yīng)清洗干凈后再進(jìn)行拆卸。
b.如果在泵兩端都用機(jī)械密封時(shí)，在裝配，拆卸過(guò)程中互相照顧，防止顧此失彼。
c.對(duì)運(yùn)行過(guò)的機(jī)械密封，凡有壓蓋松動(dòng)使密封發(fā)生移動(dòng)的情況，則動(dòng)靜環(huán)零件必須更換，不應(yīng)重新上緊繼續(xù)使用。因?yàn)樗蓜?dòng)后摩擦副原來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡會(huì)發(fā)生變動(dòng)，接觸面的密封性就很容易遭到破壞。
機(jī)封的維護(hù)問(wèn)題：
啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作
a.全面檢查機(jī)械密封，以及附屬裝置和管線安裝是否齊全，是否符合技術(shù)要求。
b.機(jī)械密封啟動(dòng)前進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，檢查機(jī)械密封是否有泄漏現(xiàn)象。若泄漏較多，應(yīng)查清原因設(shè)法消除。如仍無(wú)效，則應(yīng)拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗(yàn)壓力用2~3公斤/平方厘米。
c.按泵旋向盤車，檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動(dòng)時(shí)，則應(yīng)檢查裝配尺寸是否錯(cuò)誤，安裝是否合理。
安裝與停運(yùn)
a.啟動(dòng)前應(yīng)保持密封腔內(nèi)充滿液體。對(duì)于輸送凝固的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動(dòng)前必須盤車，以防止突然啟動(dòng)而造成軟環(huán)碎裂。
b.對(duì)于利用泵外封油系統(tǒng)的機(jī)械密封，應(yīng)先啟動(dòng)封油系統(tǒng)。停車后后停止封油系統(tǒng)。
c.熱油泵停運(yùn)后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水，應(yīng)待端面密封處油溫降到80度以下時(shí)，才可以停止冷卻水，以免損壞密封零件。
運(yùn)轉(zhuǎn)
a.泵啟動(dòng)后若有輕微泄漏現(xiàn)象，應(yīng)觀察一段時(shí)間。如連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)，泄漏量仍不減小，則應(yīng)停泵檢查。
b.泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn)，壓力波動(dòng)不大于1公斤/平方厘米。
c.泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，應(yīng)避免發(fā)生抽空現(xiàn)象，以免造成密封面干摩擦及密封破壞。
d.密封情況要經(jīng)常檢查。運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)其泄漏超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，重質(zhì)油不大于5滴/分，輕質(zhì)油不大于10滴/分，如2-3日內(nèi)仍無(wú)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，則應(yīng)停泵檢查密封裝置。
機(jī)封故障及失效原因：
故障原因
機(jī)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(xiàn)象出現(xiàn)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(jī)械密封的設(shè)計(jì)選型不對(duì)；
2、機(jī)械密封質(zhì)量不好；
3、使用或安裝機(jī)械密封的機(jī)器本身精度達(dá)不到要求；
4、機(jī)器運(yùn)行操作錯(cuò)誤。
具體情況具體分析
密封失效的原因及分析
�。ㄒ唬┟芊馐е饕邢率鋈N原因：
1、密封面打開(kāi)
在修理機(jī)械密封時(shí)，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(dāng)密封面一打開(kāi)，介質(zhì)中的固體微粒在液體壓力的作用下進(jìn)入密封面，密封面閉合后，這些固體微粒就嵌入軟環(huán)（通常是右墨環(huán)）的面上，這實(shí)際成了一個(gè)“砂輪”會(huì)損壞硬環(huán)表面。
由于動(dòng)環(huán)或橡膠圈緊固在軸（軸套）上，當(dāng)軸串動(dòng)時(shí)，動(dòng)環(huán)不能及時(shí)貼合，而使密封面打開(kāi)，并且密封面的滯后閉合，就使固體微粒進(jìn)入密封面中。
同時(shí)軸（軸套）和滑動(dòng)部件之間也存在有固體微粒，影響橡膠圈或動(dòng)環(huán)的滑動(dòng)（相對(duì)動(dòng)密封點(diǎn)，常見(jiàn)故障）。另外，介質(zhì)也會(huì)在橡膠圈與軸（軸套）磨擦部位產(chǎn)生結(jié)晶物，在彈簧處也會(huì)存有固體物質(zhì)，都會(huì)使密封面打開(kāi)。
2過(guò)熱
因密封面上會(huì)產(chǎn)生熱，故橡膠圈使用溫度應(yīng)低于設(shè)計(jì)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(chǎn)生的熱較高，所以橡膠圈有繼續(xù)硫化的危險(xiǎn)，終失去彈性而泄漏。（冷區(qū)考慮冷脆）
密封面之間還會(huì)因熱引起介質(zhì)的結(jié)晶，如結(jié)碳，造成滑動(dòng)部件被粘住和密封面被凝結(jié)。而且有些聚合物因過(guò)熱而焦化，有些流體因過(guò)熱而失去潤(rùn)滑等甚至閃火。
過(guò)熱除能改變介質(zhì)的狀況外，還會(huì)加劇它的腐蝕速率。引起金屬零件的變形，合金面的開(kāi)裂，以及某些鍍層裂縫，設(shè)計(jì)應(yīng)選用平衡型機(jī)械密封，以降低比壓防止過(guò)熱。
3超差
正確的裝配公差，對(duì)于安裝機(jī)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(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)安裝來(lái)講都是很關(guān)鍵的。（依靠經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)）
機(jī)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(huì)導(dǎo)致密封提前失效。
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密封面本身也會(huì)提供密封失效的跡象，如振動(dòng)時(shí)，在傳動(dòng)零件上就會(huì)有磨損的痕跡，如痕跡不明顯，則一般是裝配不當(dāng)造成的。
對(duì)于質(zhì)量較差的石墨環(huán)（動(dòng)環(huán)）來(lái)講，其內(nèi)部氣孔較多，這是因?yàn)樵谥圃爝^(guò)程中，聚集在石墨內(nèi)部的氣體膨脹將碳微粒吹出的所致，因此這種低質(zhì)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(shí)粘住。
密封面內(nèi)圓柱面上的傷痕很可能是外面的雜物進(jìn)入密封面或安裝不當(dāng)造成的。密封面上的環(huán)形溝槽，多數(shù)是固體微粒沉積于密封面而引起的。
石墨環(huán)（動(dòng)環(huán)）的裂紋是由于傳動(dòng)件的振動(dòng)，橡膠圈的漲大以及石墨環(huán)本身的內(nèi)應(yīng)力造成的，而結(jié)焦則是因高溫所致，這在煉油廠的高溫?zé)嵊徒橘|(zhì)中是常見(jiàn)的。
發(fā)煙硫酸、硝酸、氫氟酸、次綠酸鈉、王水、過(guò)氫氧化物等對(duì)石墨有侵蝕作用的幾種強(qiáng)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(guò)熱會(huì)引起密封環(huán)的嚴(yán)重磨損，如無(wú)冷卻的立式泵。在高溫、高壓下、彈簧壓縮過(guò)大，軸串動(dòng)也會(huì)過(guò)大的情況下，都會(huì)引起密封面的過(guò)渡磨損，
在檢查硬環(huán)表面時(shí)有四種跡象要注意：
�。�1）陶瓷環(huán)破裂；（2）熱裂；（3）刻痕；（4）鍍層的脫落。
陶瓷環(huán)裝配過(guò)緊是破裂的主要原因，裝配不當(dāng)者也是一個(gè)較常見(jiàn)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(shí)，環(huán)表面會(huì)出現(xiàn)裂紋，司太立特合金尤為嚴(yán)重。在較高級(jí)的涂層材料中，鈷基碳化鎢不如鎳基涂層。而對(duì)密封面進(jìn)行冷卻，能有效地防止熱裂，殘留在密封面上的固體微粒經(jīng)常損壞表面，如磨削時(shí)砂輪上的砂粒就會(huì)損傷硬環(huán)表面，導(dǎo)致密封面打開(kāi)或在密封面之間生成結(jié)晶物，而在重新研磨石墨環(huán)后，研磨料就會(huì)嵌入石墨環(huán)表面。
橡膠圈的失效與使用方式有關(guān)，通常高壓是使壓制成型的○型圈失效的一個(gè)原因，當(dāng)發(fā)現(xiàn)○型變成矩形或環(huán)變硬時(shí)，就需要調(diào)整壓縮量，否則會(huì)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(xué)侵蝕造成的，它們都具有一些各自的特點(diǎn)，如氟橡膠耐較高溫度，而乙烯、丙烯○型圈在石油潤(rùn)滑油中使用會(huì)脹大，臭氧對(duì)丁晴橡膠有侵蝕作用，所以丁晴橡膠制品不要裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，因此高溫及化學(xué)腐蝕通常是造成橡膠制品硬化、裂紋的主要原因。
安裝時(shí)橡膠制件被割傷和表面有刻痕，也是密封失效常見(jiàn)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(huì)損傷橡膠制件。
這里，對(duì)于密封面磨損痕跡尚需補(bǔ)充以下幾點(diǎn)，檢查磨損痕跡，可以幫助分析故障。
1，磨損變寬：表明機(jī)泵發(fā)生了嚴(yán)重的不對(duì)中。
其原因是： （1）軸承損壞；
�。�2）軸振動(dòng)或軸變形；
�。�3）軸彎曲；
�。�4）泵汽蝕產(chǎn)生振動(dòng)；
�。�5）聯(lián)軸器未對(duì)中；
�。�6）管子嚴(yán)重變形；
�。�7）密封靜環(huán)傾斜。
2，磨痕變窄：磨痕比兩個(gè)密封面的小寬度還要窄，這說(shuō)明密封超壓，壓力或溫度使密封面變形。
3，無(wú)磨痕：
說(shuō)明密封面不粘合。檢查彈簧等補(bǔ)償機(jī)構(gòu)是否打滑或受阻礙。
4，密封面無(wú)磨痕但有亮點(diǎn)。
密封面翹曲會(huì)出現(xiàn)有亮點(diǎn)而無(wú)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(diǎn)。當(dāng)采用兩個(gè)螺拴的壓蓋時(shí)，其剛度不夠，變形也是形成亮點(diǎn)的一個(gè)原因。
這種癥狀的出現(xiàn)說(shuō)明：密封可能一開(kāi)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(kāi)，而在合攏時(shí)斷裂。閃蒸（氣化）是較普遍的密封面分開(kāi)的原因，特別是在熱水系統(tǒng)或流體中有凝液時(shí)，水從液體膨脹成蒸氣，可使密封面分開(kāi)。（冷介質(zhì)氣化也同樣會(huì)造成）
密封的金屬零件，如彈簧、固定螺釘，傳動(dòng)件及金屬套都可能成為密封失效的根源。受交變應(yīng)力作用的彈簧受腐蝕是它的首要問(wèn)題，因?yàn)榻饘僭趹?yīng)力作用下會(huì)迅速腐蝕，不繡鋼彈簧易受氯化物的應(yīng)力腐蝕，且世界上存在許多的氯化物，所以有國(guó)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(dāng)造成彈簧疲勞是失效的又一原因。
機(jī)械密封使用的固定螺釘，不要用硬化后的材料來(lái)做，因熱處理會(huì)降低金屬的耐蝕能力，而未經(jīng)熱處理的較軟的固定螺釘能緊固在軸上。
振動(dòng)、偏斜、不同心會(huì)使傳動(dòng)件磨損，如密封面啟動(dòng)時(shí)有粘住的現(xiàn)象時(shí)，傳動(dòng)件會(huì)彎曲甚至損壞，而磨擦作用產(chǎn)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(cè)進(jìn)入套內(nèi)的固體微粒造成的，它干擾密封的隨動(dòng)能力。也可能是偏斜，不同心的原因造成的。
金屬在溫升過(guò)程中要改變顏色，不銹鋼在使用時(shí)應(yīng)注意下列溫度時(shí)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(dāng)密封失效不符合上述任何一種時(shí)，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(lái)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(shí)也會(huì)磨合到原狀。（有時(shí)不要急于檢修，可觀察一段時(shí)間再說(shuō)）
2、如密封周圍是潮濕的，而且看不出漏。這在起動(dòng)時(shí)泵運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使泄漏的液體回到密封面內(nèi)，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(nèi)。
3、熱膨脹能使鑲接在金屬部件內(nèi)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(dǎo)致泄漏。
4、沖洗壓力發(fā)生波動(dòng)會(huì)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(shí)開(kāi)關(guān)可保證沖洗中的殘留物在泵啟動(dòng)前或停車后沖干凈，如使用淬冷的方法來(lái)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(gè)石墨襯套，利用它的熱屏障作用來(lái)解決這些問(wèn)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(nèi)的流體流速就加快，或者熱交換器的方向裝反了。
