機械密封構(gòu)成及定義
機械密封構(gòu)成及定義
機械密封(mechanical seal)是指由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(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滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。彈力加載機構(gòu)與輔助密封是金屬性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”。
機械密封的基本組成：
主要部件
動環(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）。
彈力補償機構(gòu)
彈簧、推環(huán)。
傳動件
彈簧座及鍵或各種螺釘。
機械密封是一種旋轉(zhuǎn)機械的油封裝置。比如離心泵、離心機、反應(yīng)釜和壓縮機等設(shè)備。由于傳動軸貫穿在設(shè)備內(nèi)外，這樣，軸與設(shè)備之間存在一個圓周間隙，設(shè)備中的介質(zhì)通過該間隙向外泄露，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，因此必須有一個阻止泄露的軸封裝置。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，所以當(dāng)今世界上機械密封是在這些設(shè)備最主要的軸密封方式。機械密封又叫端面密封，在國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義的：“由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(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滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。”
對密封環(huán)的要求：
密封環(huán)是動環(huán)和靜環(huán)的總稱，是構(gòu)成機械密封最主要的元件。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(yīng)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(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)，承受熱沖擊時不至于開裂。
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(jié)構(gòu)簡單
密封環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單對稱，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，價格要低廉。
機械密封工作應(yīng)注意問題
安裝時注意事項
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)軸器找正后進行，螺栓應(yīng)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。
b.彈簧壓縮量要按規(guī)定進行，不允許有過大或過小現(xiàn)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。
c.動環(huán)安裝后，將動環(huán)壓向彈簧后應(yīng)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(rèn)
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(rèn)零件是否已準(zhǔn)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(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。
在實際進行安裝時，不要將超過需要的零件帶到現(xiàn)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。
�。ㄓ腥苏J(rèn)為一個好的裝配工是不需要圖紙和其它標(biāo)記，這是錯誤的。那他只是個熟練工不是個好檢修工）
�。�2）安裝位置
安裝要領(lǐng)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)。
安裝機械密封的泵與機械密封配合部分的技術(shù)要求如下:
1、軸彎曲度：最大不大于0.05毫米；
2、轉(zhuǎn)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(lián)軸器的找正誤差：對于齒式聯(lián)軸器不大于0.08～0.10毫米（P2008C），對于彈性聯(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(dá)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(yīng)倒角，并修光滑。
拆卸時注意事項
a.在安裝、拆卸機械密封時要仔細(xì)，嚴(yán)禁動用手錘和扁鏟，以免損壞密封元件。如果結(jié)垢拆卸不下時，應(yīng)清洗干凈后再進行拆卸。
b.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。
c.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(yīng)重新上緊繼續(xù)使用。因為松動后摩擦副原來運轉(zhuǎn)軌跡會發(fā)生變動，接觸面的密封性就很容易遭到破壞。
機封的維護問題：
啟動前的準(zhǔn)備工作
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。
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。
b.對于利用泵外封油系統(tǒng)的機械密封，應(yīng)先啟動封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng)。
c.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(yīng)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(zhuǎn)
a.泵啟動后若有輕微泄漏現(xiàn)象，應(yīng)觀察一段時間。如連續(xù)運行4小時，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)，壓力波動不大于1公斤/平方厘米。
c.泵在運轉(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。運轉(zhuǎn)中，當(dāng)其泄漏超過標(biāo)準(zhǔn)時，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)仍無好轉(zhuǎn)趨勢，則應(yīng)停泵檢查密封裝置。
機封故障及失效原因：
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(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、機械密封的設(shè)計選型不對；
2、機械密封質(zhì)量不好；
3、使用或安裝機械密封的機器本身精度達(dá)不到要求；
4、機器運行操作錯誤。
具體情況具體分析
密封失效的原因及分析
�。ㄒ唬┟芊馐е饕邢率鋈N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(dāng)密封面一打開，介質(zhì)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)（通常是右墨環(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(dāng)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(zhì)也會在橡膠圈與軸（軸套）磨擦部位產(chǎn)生結(jié)晶物，在彈簧處也會存有固體物質(zhì)，都會使密封面打開。
2過熱
因密封面上會產(chǎn)生熱，故橡膠圈使用溫度應(yīng)低于設(shè)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(chǎn)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(zhì)的結(jié)晶，如結(jié)碳，造成滑動部件被粘住和密封面被凝結(jié)。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(zhì)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(shè)計應(yīng)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(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對安裝來講都是很關(guān)鍵的。（依靠經(jīng)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(dǎo)致密封提前失效。
�。ǘ┟芊馐г蚍治�
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(dāng)造成的。
對于質(zhì)量較差的石墨環(huán)（動環(huán)）來講，其內(nèi)部氣孔較多，這是因為在制造過程中，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粘住。
密封面內(nèi)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(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(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)中是常見的。
發(fā)煙硫酸、硝酸、氫氟酸、次綠酸鈉、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(yán)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：
�。�1）陶瓷環(huán)破裂；（2）熱裂；（3）刻痕；（4）鍍層的脫落。
陶瓷環(huán)裝配過緊是破裂的主要原因，裝配不當(dāng)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(xiàn)裂紋，司太立特合金尤為嚴(yán)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(jīng)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(dǎo)致密封面打開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○型圈失效的一個原因，當(dāng)發(fā)現(xiàn)○型變成矩形或環(huán)變硬時，就需要調(diào)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(xué)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(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(yán)重的不對中。
其原因是： （1）軸承損壞；
（2）軸振動或軸變形；
�。�3）軸彎曲；
�。�4）泵汽蝕產(chǎn)生振動；
�。�5）聯(lián)軸器未對中；
�。�6）管子嚴(yán)重變形；
�。�7）密封靜環(huán)傾斜。
2，磨痕變窄：磨痕比兩個密封面的最小寬度還要窄，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(gòu)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(xiàn)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(dāng)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(xiàn)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(zhì)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(yīng)力作用的彈簧受腐蝕是它的首要問題，因為金屬在應(yīng)力作用下會迅速腐蝕，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(jīng)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(xiàn)象時，傳動件會彎曲甚至損壞，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)進入套內(nèi)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(yīng)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(dāng)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(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(guān)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(nèi)的流體流速就加快，或者熱交換器的方向裝反了。
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