1 机械密封的定义
化工机械密封，也有人称之为端面密封，一般来说用于泵、 压缩机等等设备的旋转轴密封，由四类部件组合而成：主要部件： 动环、静环；辅助密封件：密封圈；弹力补偿机构：弹簧、推环； 传动件：弹箕座以及键或者是各种各样螺钉。化工机械密封，是 由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力以及补偿机构弹力 的作用下、辅助密封的配合下，保持贴合并且相对滑动，从而构 成的防止流体泄漏的一种装置。密封的理论主要涉及到密封的机 理、密封摩擦副的摩擦以及润滑、密封动静环的热力变形分析、 动力学的特性、流体动压润滑的理论、流体静压润滑的理论、热 弹性流体动压润滑的理论等等。
2 机械密封的组成
化工机械密封，可以按照不同的标准来进行分类：按照弹簧 的元件旋转或者静止，可以分为旋转型以及静止型。旋转型的密封， 在高速运转的时侯，其介质中的弹簧本身受到离心力影响很容易 发生变形，而强腐蚀性的介质在弹簧的强烈搅动下会显得更加不 利，但是静止型就没有这一种缺点。无论是旋转型还是静止型都 是机械密封中最为主要的零配件，其性能的好坏可以说直接的关 系到密封的效果以及寿命，正是因为这样，对于密封环的材料、 结构、形状、尺寸以及表面加工的质量等等都必须有比较高的要 求；按照密封的介质泄漏方向，则可以分为内流失以及外流式； 按照介质在端面所引起的卸载情况可以分为平衡式以及非平衡式； 按照静环位于密封端面内侧还是外侧，可以分为内装式以及外装 式；按照密封腔内的温度可以分为高温密封、中温密封、普温密 封以及低温密封；按照密封腔内的压力可以分为超高压机械密封、 高压机械密封、中压机械密封以及低压机械密封；按照弹簧的个 数可以分为单弹簧式以及多弹簧式；按照非接触式机械密封的结 构可以分为流体静压式、流体动压式以及干气密封式；按照密封 端面的对数可以分为单端面以及双端面；按照弹性元件可以分为 弹簧压缩式以及波纹管式。
3 机械密封泄露的主要原因
3.1 长期磨损
机械磨损将引起密封副的正常配合关系被破坏 , 当端面出现 一定的磨损 , 传动轴每转一转密封件都要作轴向位移和径向摆动。 根据磨损痕迹可以判断运动和磨损情况 , 也可以确定密封泄漏的 原因。例如 , 密封副磨损痕迹均匀 , 各零件的配合良好 , 这就说 明传动部分的同轴度良好。这时密封端面产生的泄漏 , 可能不是 由密封本身问题引起的。若泄漏量为常数 , 就意味着泄漏不是发 生在两端面之间 , 有可能发生在其他部位上 , 如静密封处。再如 , 密封开始使用时就泄漏 , 且观察不到摩擦端面磨损痕迹 , 可能是 旋转环相对于静止环不旋转或打滑 , 其原因可能是防转销松脱或 折断 , 或是底座的孔径小于密封件的外径 , 由于安装不到位所致。
3.2 过热损伤
过热不仅引起密封副变形产生磨损 , 还可能引起热裂和疱 疤。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通常 , 在过大的热应力作用下密封环表面上出现径向裂纹 , 称为热裂。在短时间的机械负荷或热负荷作用下会出现热裂 , 例 如由于干摩擦、冷却系统中断等热裂时密封环磨损加剧泄漏量迅速增长。对于平衡型密封 , 甚至密封环分开。为了避免热裂 , 必 须掌握材料的机械－物理性能 , 在设计时考虑到可能产生热裂 , 并给定运转条件。介质润滑性差、过载、操作温度高、线速度高、 配对材料组合不当等因素 , 或者是以上几种因素的叠加 , 都可以 产生过大的摩擦热 , 若摩擦热不能及时散发 , 就会产生热裂纹 , 从而引起泄漏。
3.3 化学腐蚀
由于密封接触腐蚀性介质就会产生表面腐蚀 , 甚至在表面各 处产生剧烈腐蚀点而形成点蚀。在金属的晶界上产生的晶间腐蚀 , 会深入到金属的内部 , 并进一步破坏而引起断裂。腐蚀的性能影 响很大。由于密封件比主机的零件小 , 而且更精密 , 通常要选用 比主机更耐腐蚀的材料。经验表明 , 压力、温度和滑动速度都能 使腐蚀加速。密封件的腐蚀率随温度升高呈指数规律增加。处理 强腐蚀流体时 , 采用双端面密封 , 可以最大限度减轻腐蚀对密封 件的影响 , 因为它与工艺流体相接触的零件数量少。这也是在强 腐蚀条件下 , 选择密封结构的一条最重要的原则。
3．4 密封零件失效 机械密封零件失效大部分是辅助密封圈失效 , 机械密封由于泄漏而不能正常工作的一个主要原因也是因为 O 形圈失效引起 的。O 形圈失效的表现为老化、永久性变形、溶胀变形、扭曲及 挤出损伤。因此 , 在选用 O 形圈时应考虑合成橡胶的安全使用温 度 , 尽可能地选用截面较大的橡胶 O 形圈 , 适当提高硬度 , 采 用沟槽式的装配结构 , 通过沉浸试验合理选材 , 必要时选用复合 材料 , 如橡胶包覆聚四氟乙烯密封圈。
4 提高化工机械效果的措施
4.1 运行平稳。当工厂运行日趋稳定时，即很少有停车、启 动和运行条件的变化，正常的操作程序为泵的运转提供了良好运 行的环境，化工机械减少了在恶劣的动态工况下的损坏以及突然 停车造成的瞬间破坏的可能，因而密封寿命大大增长。
4.2 连续冲洗。冲洗包括工作介质的自冲洗和相对洁净的工 艺液冲洗，冲洗介质不符合设计要求是造成化工机械泄漏的重要 原因。一方面通过有针对性的检查、调整，使冲洗介质的压力、 流量、温度都符合设计要求；另一方面通过定期清理冲洗液过滤 器及合理增加冲洗管道上的止逆阀，从根本上避免了冲洗原因造 成的密封损坏。
4.3 设备改良。在运行中不断总结经验，通过技术改造使机 泵等设备的机械性能得以保证。例如：DA302 塔循环水泵更换化 工机械后，频繁出现瞬时密封损坏。究其原因是泵壳密封环和叶 轮口环间间隙不足产生摩擦造，这种摩擦产生的不规则运动使泵 振动导致密封损坏。经过加工使口环配合间隙达到 1.4mm，在不 影响泵的使用性能的前提下，使这一问题得到了最终的解决。
5 总结
总而言之，化工机械密封因为具有很多的优点而被广泛的应 用，但有利就有弊，对于这一点要正确的认识。而化工机械密封 的泄漏失效原因，可以说是非常复杂的，所以说在化工机械密封 的设计过程中，要充分的掌握好工作的条件等等因素，仔细的选 用合适的密封机构以及材料，以防止因为设计的不恰当而引起的 密封失效。机械密封自 20 世纪初第一项专利开始至今发展已 100 多年了 , 作为一个密封产品 , 从简单到复杂 , 并逐步完善实用 , 随着科学技术的发展 , 这种密封产品还将进一步发展 , 现阶段还 不存在用什么产品代替它的问题 , 其发展空间仍然很大。需要设 计、制造、使用等方面的技术人员共同努力 , 来推动机械密封技 术水平的进一步发展。
论文作者:王占刚 洪申
论文发表刊物:《红地产》2017年7月
论文发表时间:2018/4/2
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