??? 摘要：機(jī)械設(shè)備密封裝置出現(xiàn)泄漏原因分析和處理措施。機(jī)械密封在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的應(yīng)用非常廣泛，機(jī)械密封的密封效果將直接影響整機(jī)的運(yùn)行，嚴(yán)重的還將出現(xiàn)重大安全事故。
??????? 從機(jī)械密封的內(nèi)外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應(yīng)采取的合理措施。
??? 關(guān)鍵詞：機(jī)械密封；密封泄漏；原因分析，腐蝕，防護(hù)。
??? 一、引言
??? 密封是防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機(jī)器設(shè)備內(nèi)部的零部件或措施。
??? 密封可分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠 密封和直接接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質(zhì)較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。按密封件與其作相對運(yùn)動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱為機(jī)械密封。動密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)給介質(zhì) 以動力得到密封，故有時(shí)稱為動力密封。
??? 機(jī)械密封是流體機(jī)械和動力機(jī)械中重要的密封裝置 ,它對整臺機(jī)器設(shè)備、整套裝置甚至對整個(gè)生產(chǎn)過程的安全性都有很大的影響 ,是機(jī)械設(shè)備防漏、節(jié)能以及控制環(huán)境污染的重要基礎(chǔ)件。隨著高新技術(shù)和工業(yè)的高速發(fā)展 ,機(jī)械密封以其多方面的優(yōu)越性被廣泛應(yīng)用。
??? 二、機(jī)械密封的原理及要求
??? 機(jī)械密封又叫端面密封，它是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸封裝置，指由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的的端面在液體壓力和補(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滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。它的主要功用將易泄漏的軸向密封改變?yōu)檩^難泄漏的端面密封。它廣泛應(yīng)用于泵、釜、壓縮機(jī)及其他類似設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸的密封。
??????? 機(jī)械密封通常由動環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動環(huán)隨泵軸一起旋轉(zhuǎn)，動環(huán)和靜環(huán)緊密貼合組成密封面，以防止介質(zhì)泄漏。動環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質(zhì)不外漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。密封元件起密封動環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙的作用，同時(shí)彈性元件對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機(jī)械密封在實(shí)際運(yùn)行中是與泵的其它零部件一起組合起來運(yùn)行的，機(jī)械密封的正常運(yùn)行與它的自身性能、外部條件都有很大的關(guān)系。但是我們要首先保證自身的零件性能、輔助密封裝置和安裝的技術(shù)要求，使機(jī)械密封發(fā)揮它應(yīng)有的作用。
???? 三、機(jī)械密封的故障表現(xiàn)及原因
??????? 機(jī)械密封的零件的故障旋轉(zhuǎn)設(shè)備在運(yùn)行當(dāng)中，密封端面經(jīng)常會出現(xiàn)磨損、熱裂、變形、破損等情況，彈簧用久了也會松弛、斷裂和腐蝕。輔助密封圈也會出現(xiàn)裂口、扭曲和變形、破裂等情況。
??? （一）機(jī)械密封振動、發(fā)熱故障原因
??????? 設(shè)備旋轉(zhuǎn)過程中，會使動靜環(huán)貼合端面粗糙，動靜環(huán)與密封腔的間隙太小，由于振擺引起碰撞從而引起振動。有時(shí)由于密封端面耐腐蝕和耐溫性能不良，或是冷卻不足或端面在安裝時(shí)夾有顆粒雜質(zhì)，也會引起機(jī)械密封的振動和發(fā)熱。
??? （二）機(jī)械密封介質(zhì)泄漏的故障原因
??????? 1、靜壓試驗(yàn)時(shí)泄漏。機(jī)械密封在安裝時(shí)由于不細(xì)心，往往會使密封端面被碰傷、變形、損壞，清理不凈、夾有顆粒狀雜質(zhì)，或是由于定位螺釘松動、壓蓋沒有壓緊，機(jī)器、設(shè)備精度不夠，使密封面沒有完全貼合，都會造成介質(zhì)泄漏。如果是軸套漏，則是軸套密封圈裝配時(shí)未被壓緊或壓縮量不夠或損壞。
??? 2、周期性或陣發(fā)性泄漏。機(jī)械密封的轉(zhuǎn)子組件周期性振動、軸向竄動量太大，都會造成泄漏。機(jī)械密封的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機(jī)械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個(gè)推力，旋轉(zhuǎn)起來使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個(gè)比壓，機(jī)械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.25mm以內(nèi)。但在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于設(shè)計(jì)的不合理，往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量，對機(jī)械密封的使用是非常不利的。
??? 3、機(jī)械密封的經(jīng)常性泄漏。機(jī)械密封經(jīng)常性泄漏的原因有很多方面。第一方面，由于密封端面缺陷引起的經(jīng)常性泄漏。第二方面，是輔助密封圈引起的經(jīng)常性泄漏。第三方面，是彈簧缺陷引起的泄漏。其他方面，還包括轉(zhuǎn)子振動引起的泄漏，傳動、緊定和止推零件質(zhì)量不好或松動引起泄漏，機(jī)械密封輔助機(jī)構(gòu)引起的泄漏，由于介質(zhì)的問題引起的經(jīng)常性泄漏等。
??? 4、機(jī)械密封振動偏大。機(jī)械密封振動偏大，最終導(dǎo)致失去密封效果。但機(jī)械密封振動偏大的原因往往不僅僅是機(jī)械密封本身的原因，泵的其它零部件也是產(chǎn)生振動的根源，如泵軸設(shè)計(jì)不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大等原因。
??? 四、處理故障采取的措施
??????? 如果機(jī)械密封的零件出現(xiàn)故障，就需要更換零件或是提高零件的機(jī)械加工精度，提高機(jī)械密封本身的加工精度和泵體其他部件的加工精度對機(jī)械密封的效果非常有利。為了提高密封效果，對動靜環(huán)的摩擦面的光潔度和不平度要求較高。動靜環(huán)的摩擦面的寬度不大，一般在2～7毫米之間。
??? （一）機(jī)械密封振動、發(fā)熱的處理
??????? 如果是動靜環(huán)與密封腔的間隙太小，就要增大密封腔內(nèi)徑或減小轉(zhuǎn)動外徑，至少保證0.75mm的間隙。如果是摩擦副配對不當(dāng)，就要更改動靜環(huán)材料，使其耐溫，耐腐蝕。這樣就會減少機(jī)械密封的振動和發(fā)熱。
????? (二)機(jī)械密封泄漏的處理
??????? 機(jī)械密封的泄漏是由于多種原因引起，我們要具體問題具體處理。為了最大限度的減少泄漏量，安裝機(jī)械密封時(shí)一定要嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行裝配，同時(shí)還要注意以下事項(xiàng)。
??????? 1、裝配要干凈光潔。機(jī)械密封的零部件、工器具、潤滑油、揩拭材料要十分干凈。動靜環(huán)的密封端面要用柔軟的紗布揩拭。
??? 2、修整倒角倒圓。軸、密封端蓋等倒角要修整光滑，軸和端蓋的有關(guān)圓角要砂光擦亮。
??? 3裝配輔助密封圈時(shí)，橡膠輔助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗滌，以免脹大變形，過早老化。動靜環(huán)組裝完后，用手按動補(bǔ)償環(huán)，檢查是否到位，是否靈活;彈性開口環(huán)是否定位可靠。動環(huán)安裝后，必須保證它在軸上軸向移動靈活。
??? （三） 泵軸竄量大的處理
??????? 合理地設(shè)計(jì)軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量。為了滿足這一要求，對于多級離心泵，設(shè)計(jì)方案是:平衡盤加軸向止推軸承，由平衡盤平衡軸向力，由軸向止推軸承對泵軸進(jìn)行軸向限位。
??? （四） 增加輔助沖洗系統(tǒng)
??????? 密封腔中密封介質(zhì)含有顆粒、雜質(zhì)，必須進(jìn)行沖洗，否則會因結(jié)晶的析出，顆粒、雜質(zhì)的沉積，使機(jī)械密封的彈簧失靈，如果顆粒進(jìn)入摩擦副，會導(dǎo)致機(jī)械密封的迅速破壞。因此機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的，它可以有效地保護(hù)密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。
??? （五）泵振動的處理措施
??????? 在泵產(chǎn)品的制造裝配過程中，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程去執(zhí)行， 消除振動源。泵、電機(jī)、底座、現(xiàn)場管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場安裝時(shí)，要嚴(yán)格把關(guān)，消除振動源。
??? 五、機(jī)械密封密封件的腐蝕損壞與防護(hù)方法
???????? 機(jī)械密封件與介質(zhì)接觸產(chǎn)生的腐蝕可能導(dǎo)致密封泄漏，腐蝕后密封件就需更換。
??? 合理的選用材料可以延長密封件的使用壽命。
??? （一） 金屬環(huán)腐蝕
??? 　?? 1、表面均勻腐蝕。如果金屬環(huán)表面接觸腐蝕介質(zhì)，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產(chǎn)生表面腐蝕，其現(xiàn)象是泄漏、早期磨損、破壞、發(fā)聲等。金屬表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態(tài)，無膜的金屬腐蝕很危險(xiǎn)，腐蝕過程以一定的速度進(jìn)行，這主要是選材錯(cuò)誤造成的。成膜的腐蝕，其鈍化膜通常具有保護(hù)作用的特性，但金屬密封環(huán)所用材料，如不銹鋼、鈷、鉻合金等其表面的鈍化膜在端面摩擦中破壞，在缺氧條件下新膜很難生成，使電偶腐蝕加劇。
??? 　　 2、應(yīng)力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應(yīng)力的同時(shí)作用下，首先在薄弱區(qū)產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而向縱深發(fā)展 ，產(chǎn)生破裂，稱為應(yīng)力腐蝕破裂。選用堆焊硬質(zhì)合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環(huán)，容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂。密封環(huán)裂紋一般是徑向發(fā)散型的，可以是一條或多條。這些裂縫溝通了整個(gè)密封端面，加速了端面的磨損，使泄漏量增加。
??? 　　根據(jù)斷裂力學(xué)的觀念，材料內(nèi)部原始裂紋尖端的應(yīng)力場強(qiáng)因子K1=yσ1a(y-系數(shù))。在開始時(shí)由于應(yīng)力σ1小于臨界應(yīng)力σc， a小于臨界裂紋σc，所以腐蝕作用時(shí)，由于原始裂紋a的腐蝕擴(kuò)展，導(dǎo)致K1的增大。當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間后a=σc及K1=K1c時(shí)，斷裂就發(fā)生了，只有當(dāng)原始裂紋a足夠小，以致于K1＜K1c(應(yīng)力腐蝕破裂)時(shí)，材料不會發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。①應(yīng)力的存在。如果堆焊或加工中，殘余應(yīng)力、旋轉(zhuǎn)離心力、摩擦熱應(yīng)力，引起金屬環(huán)應(yīng)力σ1大于a2c，應(yīng)力破壞就很難避免。②材料。金屬密封環(huán)材料強(qiáng)度、硬度指標(biāo)越高， K1c越低，材料內(nèi)氣孔、夾渣、裂紋越多越長，越易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。一般K1(應(yīng)力腐蝕破裂)=(1/2-1/5)K1c，且隨材料強(qiáng)度級別的提高，K1(應(yīng)力腐蝕破裂)/K1c的比值下降。③磨損。構(gòu)件表面越光，應(yīng)力腐蝕破裂敏感性越低。端面磨損使金屬表面鈍化膜破壞，光潔度降低，促使應(yīng)力腐蝕破裂的發(fā)生。④介質(zhì)。應(yīng)力腐蝕破裂，只發(fā)生于一些特定的“材料-環(huán)境”體系。例如“奧氏體不銹鋼-cl”、“碳鋼-NO3”。⑤溫度。溫度越高，氫擴(kuò)散越快，應(yīng)力腐蝕破裂加快。密封環(huán)端面劇烈摩擦，如果端面比壓過大，表面光潔度低，冷卻不夠，表面潤滑不好，摩擦熱則加速應(yīng)力腐蝕破裂的進(jìn)行。
??? （二）非金屬環(huán)腐蝕
??? 　　 1、石墨環(huán)的腐蝕用樹脂浸漬的不透性石墨環(huán)，它的腐蝕有三個(gè)原因：一是當(dāng)端面過熱，溫度＞180℃時(shí)，浸漬的樹脂要析離石墨環(huán)，使環(huán)耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當(dāng)，就會在介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當(dāng)磨去浸漬層后，耐磨性下降。所以密封冷卻系統(tǒng)的建立，選擇耐蝕的浸漬樹脂，采用高壓浸漬，增加浸漬深度是非常必要的。
??? 　　2、石墨環(huán)的氧化在氧化性的介質(zhì)中，端面在干摩擦或冷卻不良時(shí)，產(chǎn)生350-400℃的溫度能使石墨環(huán)與氧發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生CO2氣體，可使端面變粗糙，甚至破裂。非金屬環(huán)在化學(xué)介質(zhì)和應(yīng)力的同時(shí)作用下，也會破裂。
??? 　　3、聚四氟乙烯(F4)密封環(huán)的腐蝕。F4填充如玻璃纖維、石墨粉、金屬粉等以提高其耐溫性、耐磨性。填充F4環(huán)的腐蝕主要是指填充物的選擇性腐蝕、溶出或變質(zhì)破壞。例如在氫氟酸中，玻璃纖維分子熱腐蝕，所以填充何物應(yīng)視具體情況而定。
??? （三）輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕
??? 　　 1、輔助密封圈的腐蝕橡膠種類不同，其耐蝕性亦不同。由于橡膠的腐蝕、老化，其失效的橡膠遭腐蝕后表面變粗糙且失去彈性，容易斷裂。橡膠耐油性因品種而異，不耐油的橡膠易脹大、摩擦力增大，浮動性不好，使密封失效。橡膠與F4耐溫性差，硅橡膠耐溫性最好，可在200℃使用。
??? 　　2、與輔助密封圈接觸部位的腐蝕機(jī)械密封動環(huán)、軸套、靜環(huán)、靜環(huán)座，與橡膠或F4輔助密封圈接觸處沒有大的相對運(yùn)動，該處液相對靜止易形成死角，給與之接觸的金屬軸套、動環(huán)、靜環(huán)座及密封體等造成了特種腐蝕，主要有縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕，三種腐蝕同時(shí)存在，交替進(jìn)行，所以腐蝕面較寬、較深。觀察其表面深度在1-1.5倍密封圈直徑，蝕度不小于0.01mm時(shí)，密封泄漏就嚴(yán)重了。
??? （四） 防護(hù)方法
??? 　　1、選材。環(huán)境不同，選材不同，既要照顧選材的一致性，又要照顧環(huán)境腐蝕差異；溫度、濃度、壓力不同，選材不同；同一介質(zhì)溫度，濃度、壓力不同，腐蝕情況各異，要對腐蝕性有所了解，酌情選材；腐蝕形式不同，選材不同。
??? 　 2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。①避免與介質(zhì)接觸的設(shè)計(jì)。采用內(nèi)裝式、外裝式、隔離液等機(jī)械密封，涂層、保護(hù)套也可起到與介質(zhì)隔離的作用。②端面設(shè)計(jì)。采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，端面為壓應(yīng)力，可避免應(yīng)力腐蝕破裂。③彈簧防腐設(shè)計(jì)。從結(jié)構(gòu)上使彈簧不與介質(zhì)接觸是較好的方法，如外裝上噴涂保護(hù)層、加保護(hù)套等。改旋轉(zhuǎn)型為靜止結(jié)構(gòu)。④輔助密封圈。只要縫隙足夠小，所有材料都可能產(chǎn)生縫隙腐蝕。波紋管與軸套接觸面寬且取消輔助密封圈，是一種好的密封。