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)的設備密封。

2、缺點

（1）如結(jié)構(gòu)比填料密封復雜，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

密封材料應滿足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設備的工作條件不同，要求密封材料的具有不同的適應性。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）設備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動應≤0.04毫米，軸向竄動量不允許大于0.1毫米；

2）設備的密封部位在安裝時應保持清潔，密封零件應進行清洗，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)軸應無輕重感覺；

8）設備在運轉(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）應用：用于清潔流體，且p進<p1<p出，當溫度高或有雜質(zhì)時，可在管路上設置冷卻器、過濾器等。< p="">

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。

應用：外沖洗液壓力應比被密封介質(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<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，應設置在密封端面附近，且應在靠近動環(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。

八、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、工況條件復雜，但沒有沖洗等輔助設施。

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有的壓縮量。

九、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，軸的軸向竄動量應小于0．1mm，輔助密封與軸的過盈量應適中，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）的端面應倒角并修光，以免裝配時碰傷動靜環(huán)密封圈。

十、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，應查清原因設法消除。如仍無效，則應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啟動前應保持密封腔內(nèi)充滿液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時，應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。

3、運轉(zhuǎn)

a泵啟動后若有輕微泄漏現(xiàn)象，應觀察一段時間。如連續(xù)運行4小時，泄漏量仍不減小，則應停泵檢查。

b泵的操作壓力應平穩(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。

機械密封本身是一種要求較高的精密部件，對設計、機械加工、裝配質(zhì)量都有很高的要求。在使用機械密封時，應分析使用機械密封的各種因素，使機械密封適用于各種泵的技術(shù)要求和使用介質(zhì)要求且有充分的潤滑條件，這樣才能保證密封長期可靠地運轉(zhuǎn).

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