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一、機械密封概述

機械密封（端面密封）是一種用來解決旋轉(zhuǎn)軸與機體之間密封的裝置。它是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面的流體壓力和補償機構(gòu)彈力（或磁力）的作用及輔助密封的配合下保持貼合下并相對滑動而構(gòu)成防止流體泄漏的裝置，常用于泵、壓縮機、反應(yīng)攪拌釜等旋轉(zhuǎn)式流體機械，也用于齒輪箱、船舶尾軸等密封。因此，機械密封是一種通用的軸封裝置。

機械密封結(jié)構(gòu)多種多樣，最常用的機械密封結(jié)構(gòu)是端面密封。端面密封的靜環(huán)、動環(huán)組成一對摩擦副，摩擦副的作用是防止介質(zhì)泄漏。它要求靜環(huán)、動環(huán)，具有良好的耐磨性，動環(huán)可以在軸向靈活的移動，自動補償密封面磨損，使之與靜環(huán)良好的貼合；靜環(huán)具有浮動性，起緩沖作用。為此，密封面要求有良好的加工質(zhì)量，保證密封副有良好的貼合性能。構(gòu)成機械密封的基本元件有靜環(huán)、動環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、動環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈軸套密封圈等。

彈性元件（彈簧、波紋管）它主要起預(yù)緊、補償和緩沖的作用，要求始終保持足夠的彈性來克服輔助密封和傳動件的摩擦和動環(huán)等的慣性，保證端面密封副良好的貼合和動環(huán)的追隨性，材料要求耐腐蝕、耐疲勞。

輔助密封（0 形圈、V形圈、U 形圈、楔形圈和異形圈等）它主要起靜環(huán)和動環(huán)的密封作用，同時也起到浮動和緩沖作用。要求靜環(huán)的密封元件能保證靜環(huán)與壓蓋之間的密封性，靜環(huán)有一定的浮動性，動環(huán)的密封元件能保證動環(huán)與軸或軸套之間的密封性和動環(huán)的浮動性。材料要求耐熱等。

1、基本結(jié)構(gòu)

1）端面密封摩擦副

2）緩沖補賞和壓緊機構(gòu)

3）輔助密封（二級密封撓性元件）

4）傳動機構(gòu)

2、基本密封點

1）端面主密封點

2）靜環(huán)與端蓋輔助密封點

3）動環(huán)與軸（軸套）輔助密封點

4）端蓋與泵體連接密封點

二、機械密封的優(yōu)缺點

1、優(yōu)點

（1）結(jié)構(gòu)可靠，泄漏量可以限制到很少，只要主密封面的表面粗糙度和平直度能保證達到要求，只要材料耐磨性好，機械密封可以達到很少泄漏量，甚至肉眼看不見泄漏。

（2）壽命長。在機械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面，因為密封端面的磨損量在正常工作條件下不大，一般可以連續(xù)使用1～2年，特殊場合下也有用到5～10年。

（3）運轉(zhuǎn)中無需調(diào)整。由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉(zhuǎn)中自動保持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調(diào)整壓緊。

（4）具有耐耐振性。在轉(zhuǎn)速為3000r/min下最大振幅不超過 0.05mm使用PV值不斷提高

（5）功率損失小。填料密封是靠盤根的壓緊在軸上或軸套上起作用的。填料密封與軸直接摩擦，填料壓的越緊摩擦力就越大、消耗功率也就越大。而機械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)非常的小，機械密封的功率損失是填料密封的10～50%

（6）波紋管密封軸或軸套不受磨損，對旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對殼體的偏斜不敏感。

（7）適用范圍廣。當介質(zhì)易燃、易爆、有毒有害時，采用機械密封可保證密封。它還適用于高溫、低溫、高壓、真空各種轉(zhuǎn)速的及腐蝕介質(zhì)的設(shè)備密封。

2、缺點

（1）如結(jié)構(gòu)比填料密封復(fù)雜，加工精度要求高，并要求一定的安裝技術(shù)等，特別是干氣密封的安裝要求更高。而且密封技術(shù)發(fā)展的很快，新技術(shù)不斷出現(xiàn)給我們維修帶來了新的課題。

（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拆裝不便。與其它密封比較，機械端面密封的零件數(shù)目多，要求精密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。特別是在裝配方面較困難，拆裝時要從軸端抽出密封環(huán)，必須把機器部分（聯(lián)軸器）或全部拆卸。這一問題目前已作了某些改進，例如采用拆裝方便并可保證裝配質(zhì)量的剖分式和集裝式機械密封等。

三、機械密封的工作原理

機械密封亦稱端面密封，是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下，依賴輔助密封的配合與另一端保持貼合，并相對滑動，從而防止流體泄漏。

四、機械密封常用材料的選用

清水，常溫：（動）9Cr18，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，青銅，酚醛塑料。

河水（含泥沙），常溫：（動）碳化鎢，（靜）碳化鎢。

海水，常溫：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

過熱水 100度：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂石墨，碳化鎢，金屬陶瓷。

汽油，潤滑油，液態(tài)烴，常溫：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢，鑄鐵；（靜）浸樹脂或錫銻合金石墨，酚醛塑料。

汽油，潤滑油，液態(tài)烴，100度：（動）碳化鎢，1Cr13 堆焊鈷鉻鎢；（靜）浸青銅或樹脂石墨。

汽油，潤滑油，液態(tài)烴，含顆粒：（動）碳化鎢；（靜）碳化鎢 。

五、密封材料的種類及用途

密封材料應(yīng)滿足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設(shè)備的工作條件不同，要求密封材料的具有不同的適應(yīng)性。對密封材料的要求一般是：

1） 材料致密性好，不易泄露介質(zhì)。

2） 有適當?shù)臋C械強度和硬度。

3） 壓縮性和回彈性好，永久變形小。

4） 高溫下不軟化，不分解，低溫下不硬化，不脆裂。

5） 抗腐蝕性能好，在酸，堿，油等介質(zhì)中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上。

6） 摩擦系數(shù)小，耐磨性好。

7） 具有與密封面結(jié)合的柔軟性。

8） 耐老化性好，經(jīng)久耐用。

9） 加工制造方便，價格便宜，取材容易。

六、機械密封安裝、使用技術(shù)要領(lǐng)

1）設(shè)備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動應(yīng)≤0.04毫米，軸向竄動量不允許大于0.1毫米；

2）設(shè)備的密封部位在安裝時應(yīng)保持清潔，密封零件應(yīng)進行清洗，密封端面完好無損，防止雜質(zhì)和灰塵帶入密封部位；

3）在安裝過程中嚴禁碰擊、敲打，以免使機械密封摩擦副破損而密封失效；

4）安裝時在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機械油，以便能順利安裝；

5）安裝靜環(huán)壓蓋時，擰緊螺絲必須受力均勻，保證靜環(huán)端面與軸心線的垂直要求；

6）安裝后用手推動動環(huán)，能使動環(huán)在軸上靈活移動，并有一定彈性；

7）安裝后用手盤動轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸應(yīng)無輕重感覺；

8）設(shè)備在運轉(zhuǎn)前必須充滿介質(zhì)，以防止干摩擦而使密封失效。

七、機械密封在工業(yè)方面發(fā)展及應(yīng)用

橡膠是最常用的密封材料。除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。

當前采用新材料和工藝的各種機械密封的新技術(shù)，進展較快，有下列的機械密封新技術(shù)。密封面開槽密封技術(shù)近年來，在機械密封的密封端面上開了各種各樣的流槽，以產(chǎn)生流體靜、動壓效應(yīng)，現(xiàn)在還在不斷更新。

零泄漏密封技術(shù)過去總認為接觸式和非接觸式機械密封不可能達到零泄漏（或無泄漏）。以色列利用開槽密封技術(shù)，提出零泄漏非接觸式機械端面密封的新概念，并已用于核電站潤滑油泵中。干運轉(zhuǎn)氣體密封技術(shù)這類密封是將開槽密封技術(shù)用于氣體密封。上游泵送密封技術(shù)即利用密封面上開流槽將下游少量泄漏流體泵送回上游。

上述幾類密封的結(jié)構(gòu)特點是：采用淺槽，且膜厚和流槽的深均屬微米級，并采用潤滑槽，徑向密封壩和周向密封堰組成密封和承載部分。也可以說開槽密封是平面密封和開槽軸承的結(jié)合。其優(yōu)點是泄漏量?。ㄉ踔翢o泄漏）、膜厚大，消除接觸摩擦、功耗和發(fā)熱量小。熱流體動壓密封技術(shù)它是利用各種形狀較深的密封面流槽，造成局部熱變形，以產(chǎn)生流體動力楔效應(yīng)。這種具有流體動壓承載能力的密封，稱之為熱流體動力楔密封。

波紋管密封技術(shù)可分為成型金屬波紋管和焊接金屬波紋管機械密封技術(shù)。

多端面密封技術(shù)分為雙密封、中間環(huán)密封、多密封技術(shù)。另外還有平行面密封技術(shù)、監(jiān)控密封技術(shù)、組合密封技術(shù)等。

八、機械密封沖洗方案及特點

沖洗的目的在于防止雜質(zhì)集積，防止氣囊形成，保持和改善潤滑等，當沖洗液溫度較低時，兼有冷卻作用。沖洗的方式主要有如下：

（一）內(nèi)沖洗

1、正沖洗

1）特點：利用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端通過管路引入密封腔。

2）應(yīng)用：用于清潔流體， p1稍大于p進，當溫度高或有雜質(zhì)時，可在管路上設(shè)置冷卻器、過濾器等。

2、反沖洗

1）特點：利用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端引入密封腔，沖洗后通過管路流回泵入口。

2）應(yīng)用：用于清潔流體，且p進出，當溫度高或有雜質(zhì)時，可在管路上設(shè)置冷卻器、過濾器等。

3、全沖洗

1）特點：利用工作主機的被密封介質(zhì)，由泵的出口端通過管路引入密封腔，沖洗后再經(jīng)管路流回泵入口。

（二）外沖洗

特點：引入外系統(tǒng)與被密封介質(zhì)相容的清潔流體至密封腔進行沖洗。

應(yīng)用：外沖洗液壓力應(yīng)比被密封介質(zhì)大0.05--0.1MPa，適用于介質(zhì)為高溫或固體顆粒的場合。沖洗液的流量應(yīng)保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需要，不會產(chǎn)生對密封件的沖蝕。為此，需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，一般清潔沖洗液的流速應(yīng)小于5m/s；

含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，為達到上述的流速值，沖洗液與密封腔壓力的差值應(yīng)<0.5MPa，一般取0.05--0.1MPa，對雙端面機械密封可取0.1--0.2MP，沖洗液進入和排出密封腔的孔口位置，應(yīng)設(shè)置在密封端面附近，且應(yīng)在靠近動環(huán)側(cè)，為了防止石墨環(huán)被沖蝕或因冷卻不均引起溫差變形，以及雜質(zhì)堆積和結(jié)焦等，可采用切向引入或多點沖洗.必要時，沖洗液可以是熱水或蒸汽。

九、機械密封典型失效原因分析

（一）機械密封本身問題

1、鑲裝不到位或不平整。

2、載荷系數(shù)太大或端面比壓設(shè)計不合理。

3、材質(zhì)選用不當。

4、密封面不平。

5、密封面太寬或太窄。

（二）輔助系統(tǒng)問題

1、工況條件復(fù)雜，但沒有沖洗等輔助設(shè)施。

2、沖洗管堵塞。

3、冷卻管結(jié)垢。

（三）介質(zhì)及工作條件問題

1、介質(zhì)腐蝕性強。

2、介質(zhì)中有固體顆粒。

3、設(shè)備抽空。

4、密封面結(jié)晶。

5、介質(zhì)粘度太大。

（四）泵的問題

1、軸的加工精度不佳、串軸、跳動、安裝間隙過大。

2、泵開啟后振動太大。

3、壓蓋墊環(huán)不佳。

4、密封箱不平。

5、機械密封安裝沒有達到應(yīng)有的壓縮量。

十、常見的滲漏現(xiàn)象

機械密封滲漏的比例占全部維修泵的50 %以上，機械密封的運行好壞直接影響到水泵的正常運行，現(xiàn)總結(jié)分析如下：

1、周期性滲漏

（1）泵轉(zhuǎn)子軸向竄動量大，輔助密封與軸的過盈量大，動環(huán)不能在軸上靈活移動。在泵翻轉(zhuǎn)，動、靜環(huán)磨損后，得不到補償位移。

對策：在裝配機械密封時，軸的軸向竄動量應(yīng)小于0．1mm ，輔助密封與軸的過盈量應(yīng)適中，在保證徑向密封的同時，動環(huán)裝配后保證能在軸上靈活移動（把動環(huán)壓向彈簧能自由地彈回來）。

（2）密封面潤滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。

對策：油室腔內(nèi)潤滑油面高度應(yīng)加到高于動、靜環(huán)密封面。

（3）轉(zhuǎn)子周期性振動。原因是定子與上、下端蓋未對中或葉輪和主軸不平衡，汽蝕或軸承損壞（磨損），這種情況會縮短密封壽命和產(chǎn)生滲漏。

對策：可根據(jù)維修標準來糾正上述問題。

2、由于壓力產(chǎn)生的滲漏

（1）高壓和壓力波造成的機械密封滲漏由于彈簧比壓力及總比壓設(shè)計過大和密封腔內(nèi)壓力超過3MPa時，會使密封端面比壓過大，液膜難以形成，密封端面磨損嚴重，發(fā)熱量增多，造成密封面熱變形。

對策：在裝配機封時，彈簧壓縮量一定要按規(guī)定進行，不允許有過大或過小的現(xiàn)象，高壓條件下的機械密封應(yīng)采取措施。為使端面受力合理，盡量減小變形，可采用硬質(zhì)合金、陶瓷等耐壓強度高的材料，并加強冷卻的潤滑措施。

（2）真空狀態(tài)運行造成的機械密封滲漏泵在起動、停機過程中，由于泵進口堵塞，抽送介質(zhì)中含有氣體等原因，有可能使密封腔出現(xiàn)負壓，密封腔內(nèi)若是負壓，會引起密封端面干摩擦，內(nèi)裝式機械密封會產(chǎn)生漏氣（水）現(xiàn)象，真空密封與正壓密封的不同點在于密封對象的方向性差異，而且機械密封也有其某一方向的適應(yīng)性。

對策：采用雙端面機械密封，這樣有助于改善潤滑條件，提高密封性能。

3、由于介質(zhì)引起的滲漏

（1）大多數(shù)潛污泵機械密封拆解后，靜環(huán)和動環(huán)的輔助密封件無彈性，有的已經(jīng)腐爛，造成了機封的大量滲漏甚至有磨軸的現(xiàn)象。由于高溫、污水中的弱酸、弱堿對靜環(huán)和動環(huán)輔助橡膠密封件的腐蝕作用，造成了機械滲漏過大，動、靜環(huán)橡膠密封圈材料為丁腈—40 ，不耐高溫，不耐酸堿，當污水為酸性堿性時易腐蝕。

對策：對腐蝕性介質(zhì)，橡膠件應(yīng)選用耐高溫、耐弱酸、弱堿的氟橡膠。

（2）固體顆粒雜質(zhì)引起的機械密封滲漏如果固體顆粒進入密封端面，將會劃傷或加快密封端面的磨損，水垢和油污在軸（套）表面的堆積速度超過摩擦副的磨損速度，致使動環(huán)不能補償磨耗位移，硬對硬摩擦副的運轉(zhuǎn)壽命要比硬對石墨摩擦副的長，因為固體顆粒會嵌入石墨密封環(huán)的密封面內(nèi)。

對策：在固體顆粒容易進入的位置應(yīng)選用碳化鎢對碳化鎢摩擦副的機械密封。

4、因其他問題引起的機械密封滲漏

機械密封中還存在設(shè)計、選擇、安裝等不夠合理的地方。

（1）彈簧壓縮量一定要按規(guī)定進行，不允許有過大或過小的現(xiàn)象，誤差±2mm ，壓縮量過大增加端面比壓，摩擦熱量過多，造成密封面熱變形和加速端面磨損，壓縮量過小動靜環(huán)端面比壓不足，則不能密封。

（2）安裝動環(huán)密封圈的軸（或軸套）端面及安裝靜環(huán)密封圈的密封壓蓋（或殼體）的端面應(yīng)倒角并修光，以免裝配時碰傷動靜環(huán)密封圈。

十一、機封正常運行和維護問題

1、啟動前的準備工作及注意事項

a 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(shù)要求。

b 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(xiàn)象。若泄漏較多，應(yīng)查清原因設(shè)法消除。如仍無效，則應(yīng)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。

c 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(yīng)檢查裝配尺寸是否錯誤，安裝是否合理。

2、安裝與停運

a 啟動前應(yīng)保持密封腔內(nèi)充滿液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時，應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動前必須盤車，以防止突然啟動而造成軟環(huán)碎裂。

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