机械密封的安装使用及其维护

机械密封的安装使用及其维护

骆超

四川轻化工大学机械工程学院，四川 宜宾 644000

摘要：机械密封在过程流体设备上的使用非常广泛，一直以来都是十分可靠的密封方式，广泛应用于机械、化工以及航天航空等领域。本文主要从机械密封的基本结构和工作原理入手，介绍了机械密封的选型、安装、使用以及日常维护中的注意事项。

关键词：机械密封；安装维护；密封性能

0引言

机械密封是一种用于流体旋转机械的轴封装置，比如压缩机、离心泵、搅拌反应釜、压缩机等设备。由于其传动轴与动力设备相连，贯穿在设备内外，这样设备和传动轴之间就会存在一个间隙，设备内的介质则会从间该隙处泄露出来，因此必须有一个密封装置来阻止其泄露。与传统填料密封相比，机械密封有着密封性能好、使用寿命长、运行稳定性高等优点。目前机械密封已替代填料密封应用于各种工业领域，如机械、化工、石油化工、航空航天等过程工业的机械装备。

1机械密封的基本结构：

机械密封虽然种类较为多样，但无论那种机械密封其基本结构都是由静环座、动环、静环、弹簧、弹簧座、紧定螺钉、动环辅助密封圈、静环辅助密封圈和防转销组成，其中弹簧、弹簧座、和紧定螺钉又被统称为弹簧加荷装置，所以机械密封的基本组成也可以说成是动环、静环、弹簧加荷装置和辅助密封圈四大部件。

机械密封的主要作用是将较为容易泄露的轴向密封转换为不易泄露的端面密封，如上图所示，当被密封的轴转动时，带动弹簧加荷装置和动环等部位一起转动，由于弹簧加荷装置的作用使动环紧贴在静环上，这样动环与静环便会始终接触，且在其相接触的环形接触面上会形成一层薄薄的液膜进而阻止液体泄露出去。

2机械密封性能影响因素：

机械密封件投入使用后的性能、效果是由物理参数反映。对于机械密封性能的判定，取决于以下几个影响因素：

（1）密封分类及其槽型：根据槽型位置开在外环或内环可分为非接触式机械密封（槽开在外环）和上游泵送式机械密封（槽开在内环,产生泵送效应），开槽面的不同分为端面和柱面密封（柱面密封还需考虑偏心率）。不同槽型（螺旋槽、人字槽、T型槽、仿树形槽等）会产生不同的流场压力分布，以及不同的开启力、泄漏量、液膜刚度、泵送率（上游泵送考虑因素）。通过实验和实际应用得出，目前螺旋槽密封效果最好，目前槽型研究的重点为新型槽型的研发，槽深、槽长、槽坝比的优化等。

（2）压力（载荷）：由实验与实际案例得知，压力（载荷）是机械密封的主要影响因素。结合目前高压、高转速下的机械密封工况，机械密封件在进行相对运动时，需要考虑在密封件受挤压变形情况下而使压力增大的影响因素，压力来自内部与外部，内部是指内部产生的冲击压力，外部是指环境变化与参数改变。不同材质具有不同的工作压力范围，在组装使用过程中，应熟知压力极限在不同阶段的动态特性和故障机理。

（3）温度：温度在很大程度上影响机械密封装置的密封性能。由密封介质的剪切力摩擦导致机械密封静环与动环间隙内气膜温度升高，温度过高使密封端面变形，造成运动时密封之间刚度极大的流体膜分布不均匀，从而增加碰磨几率，机械密封装置的稳态密封性能直线下降、表面粗糙度上升，解决方式一般有增加散热结构与降低运载时长等。

（4）密封介质：以液体为密封介质（水）居多，有些密封液体会与反应釜产生腐蚀，或由于液体纯度不高混入杂质（泥沙、酸碱、胶体等），杂质与密封系统产生刮擦，进入间隙导致密封系统逐渐磨损，影响密封件相互配合。实验数据表明，杂质中的固体颗粒越硬、越细，棱角越锋利，对密封效果产生的影响越大。同时，在（机械）密封件工作的过程中，由于端面之间的相互摩擦以及旋转部件对液体的旋转和搅拌作用，会产生大量热。如果不及时带走这些热量，密封端面的温度会升高，导致密封逐渐失效。一旦介质中的二次产物、胶体和纤维附着并聚集在机械密封表面，使润滑管道被堵塞，造成机械密封的磨损和损坏，最终导致失效。

3机械密封的安装：

为了确保机械密封正常工作，保持密封性良好，安装机械密封要符合相关技术规范要求，轴或轴套径向跳动，以及密封腔体端面对轴表面的跳动公差均应与相关规范规定相符。机械密封的安装是否规范会直接影响机械密封的使用效果，在其安装作业中应当严格把控安装精度，降低装配误差，严格按照正确的安装顺序进行安装。一般机械密封的安装分为以下几个步骤：

（1）按照工作图检查机械密封的型号、规格是否相匹配，检查所有零件是否有缺失、损坏。

（2）检查主机轴与机械密封的相关联部位精度是否达标，主要检查主机轴的摆动量、轴窜和同轴度、垂直度等。

（3）擦净各个部件，对产生滑动摩擦处涂抹适量的高级润滑油，并且应当注意润剂油的选用。

（4）机械密封按照工作图纸要求安装到位，安装时避免磕碰、敲打，在紧固各部位螺钉时应均匀拧紧，以免出现偏斜等情况。

（5）在安装完成后，手动盘车转动主机轴，检查各部件与密封腔之间有没有摩擦感，旋转轴的时候应当感觉受力均匀，若转不动轴或者转动到某个地方时明显费力，应拆机检查，重新安装。

4机械密封的正确使用及日常维护：

对于机械密封元件来说，使用平均寿命为2~3年，机械密封失效会降低试件的使用寿命。失效主要原因为动环与静环的挤压磨损故障。结合以上所提到的因素，机械密封失效原因包括化学损坏、热损坏和机械损坏，表现为磨损、腐蚀和过热等。密封冲洗系统存在的问题及密封腔温度过高是造成机械密封失效的主要原因，应及时进行工况检测（包括压力、温度、磨损等）、加强维护管理工作。

（1）开机启动前应当检查机械密封的各个辅助装置以及冷却系统是否无误，在机械密封运转前应先启动冷却系统，待介质充满密封腔后才能开机，这样才能避免产生干摩擦损坏密封端面。

（2）设备运行过程中首先，如果泄漏现象产生，应当持续观察一段时间。如果连续运行一段时间后泄漏仍然存在且未得到改善，应当立即停止运行并对密封组件进行系统检查，排除故障后才能继续投入使用；

（3）在设备系统停车前应该先停主机，后停其他辅助及冷却系统，这样才能更好带走各结构之间摩擦产生的热量，减少机械密封因为过热而损坏的风险，以延长机械密封的使用寿命。

（4）在日常维护时应注意检查密封端面状况，检查端面是否磨损，若端面出现较为严重的磨损，或者很深的划痕，应及时更换新的零件，若只有轻微划痕也应及时研磨抛光，以恢复密封效果。在实际生产中，造成密封端面失效的原因有很多，其中高温是最常见的原因，除此之外介质磨损，设备自身的震动等都会引起密封端面失效。

（5）除了检查密封端面也应检查弹簧加荷装置是否失效，若弹簧失效则会导致密封端面压力不足，动环和静环之间失去相互补偿作用，使密封效果大大降低。在实际工作中，介质的腐蚀、介质中杂质附着在弹簧上、弹簧长期使用失去弹性等等，都会造成弹簧加荷装置失效，进而导致补偿失效，失去密封作用。

结语

流体旋转机械的运转离不开良好的机械密封，因此在设备运行过程中应当重视机械密封结构的保养与维护，掌握机械密封的易发故障，严格按照相关规定以及技术要求安装机械密封，只有这样才能保证设备长期稳定高效运行。

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