摘要：随着密封技术水平的不断提高，泵用机封已经由传统的填料密封向机械密封发展。机械密封技术以其性能可靠、泄漏量少、使用寿命长、功耗低、无需经常检修特点得到广泛应用。然而机械密封是一种要求较高的精密部件，一般通用离心泵在使用阶段，由于各种原因，机械密封经常容易出现漏失过大或滴漏速度超过规定要求，本文针对机械密封常见的泄漏原因进行分析，并提出相应的处理方法及注意事项。
关键词：离心泵 机械密封 泄漏 分析 处理
在长庆油田供水及热循环等系统中，多选有级数不等的离心泵作为动力传输设备。离心泵以其压力低、排量大、扬程高以及优质、高效和操作简单的特点，得到广泛应用。然而离心泵（尤其是长期供清水和采出水的离心泵）的易损部件机械密封经常出现滴漏速度过快或漏失量过大等问题，需要不断进行维修和更换。就此对近几年来损坏的机械密封情况进行了统计分析，针对分析的结果，寻找原因，并采取了相应的控制措施，因此泄漏问题得到了有效的控制，延长了机封使用寿命，降低了更换频次，从而也大大降低了维修费用。
一、机械密封简介
1．机械密封的特点
现代的械密封代替了传统的填料密封方法，是一种旋转轴用的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧贴着相对旋转，从而达到密封的要求，它的优点是密封性能可靠泄漏量极小，摩擦功率损耗小；工作状况稳定，安全可靠，抗震性强，缓冲性好，使用周期长；使用范围广，适用于多种工况。它的缺点是结构复杂，材料品种较多，制造精度高，装配要求高，维修不方便，价格高。通用离心泵机械密封种类繁多，型号各异，但它们的泄漏都表现在制造质量不好，安装质量不稳定，工艺操作不当，工况的改变等。如图1、图2所示。
图1 机械密封立体图
图2 机械密封结构图
1-静环；2-动环；3-弹性元件；4-弹簧座；5-紧定螺丝；
6-动环密封圈；7-防转销；8-辅助密封圈；9-压盖
2．机械密封工作原理
是依靠弹性元件和戒指的压力对摩擦副（动静环端面）的压紧而实现密封的轴向装置。
3．常用机械密封结构
机械密封一般由静止环（静环）、旋转环（动环）、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈、静止环、辅助密封圈等元件组成，防转销固定在压盖上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。
二、机械密封泄漏的故障表现
机械密封泄漏主要表现在安装时静压时的泄漏和运转时流压的泄漏，泄漏点主要有以下5处：
1．轴套与轴间的密封；动环的密封与轴套间的密封；动静环间密封；动环与环座间的密封；密封端盖与泵体间。
2．其主要表现在以下几个方面：
⑴机封静环、动环端面的密封故障：磨损、热裂、变形、破损（尤其是非金属，如石墨机封端面）；
⑵弹簧的故障：松弛、断裂、腐蚀、疲劳和卡紧不能伸缩；
⑶辅助密封圈的故障：装配性的故障有掉块、裂口、损伤、卷边和扭曲；非装配性的故障有变形、硬化、破裂和变质；
⑷装配时各部件间隙配合不到位，端面切合面内留有杂质。
三、机械密封泄漏的原因分析
一般离心泵的机械密封在安装后都要经过静态和动态的泄漏试压，以确认机械密封安装正确性和密封性。在设备正常运转时也可能突然出现泄漏，可以根据漏失量得大小进行综合分析，来确认导致机械密封泄漏的真正原因，便于调整和维修，甚至更换解决。下面针对泄漏的机械密卸下拆开进行检查、分析，就在制造、安装、运行时出现的问题分别进行说明。
1．制造质量问题
机械密封制造质量问题常常表现在辅助密封选材不合适、端面变形、形位公差控制不好。
2．辅助密封选材不合适
辅助密封选型是根据使用时介质的工作压力、温度、轴径、介质特性、安装环境、允许泄漏量等参数加以选择的。不同材料的密封“O” 形环对温度要求也不同，热循环泵要求耐高温性材料，供水泵一般要求耐低温性材料，对输送原油介质的泵一般选用耐腐蚀（如苯等介质）、中温性材料。
因此选购机封时一定说明输送介质的工艺特性，根据介质情况选择不同的材料，才能确保配套使用。
3．端面变形
机封端面变形的主要原因是生产质量差、或材料应力失效时间短，在有残余应力的情况下加工生产，在现场安装后材料仍然陆续要释放残余应力，导致端面变形，不平。解决的方法就选用优质材料并在制造时延长失效时间，消除后期应力变形影响。
4.形位公差控制不好
形位公差控制不好是密封制造厂质量控制环节出现漏洞造成的，如机床精度差、操作工人失误或水平较低，没有进行较好的质检等原因，常见的有端面的平面度差，凸凹不平，端面垂直度不够。
四、影响机械密封安装质量的因素分析及对策
在机械密封的安装上，常出现的问题就是密封的预紧力或大或小导致压缩量过大或过小，密封圈过紧或过松，固定螺丝的紧力不均匀，轴承窜量超标，静环与轴线不垂直等。
1．预紧力或大或小
安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副断面严重磨损、擦伤；压缩量过小，动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；都会导致机封泄漏量增大。根据检修规程，压盖与密封腔间的垫片厚度为1～2mm，密封的压缩量一般为2～5mm，弹簧压缩后的工作长度应符合设计要求，其偏差为±2mm。
2．固定螺丝预紧力不均匀
密封端面由于定位固定螺钉松动或没有拧紧、拧偏或新的密封压盖，外形尺寸有误差，止口卡住，或止口高度比原来的高，处理方法是重新校核密封压盖的尺寸。把紧压盖的螺栓。同时检修后的检查确认过程中，要检查密封压盖是否有松动的，把紧是否均匀，是否存在“偏口”现象，也可以减少在静压试验的泄漏。
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3．轴窜量超标
轴窜量超标有4种原因，一是由于轴承安装有误，如轴承压盖没有把紧或轴承背帽没有固定好；二是轴承的选型不合适，造成轴窜量超标；三是叶轮背帽没有把紧。
处理方法是：⑴拧紧轴承压盖，固定好轴承背帽。⑵安装时机械密封的密封面要有一定的比压（0.4～0.6MPa），从而达到密封的目的，两端面的紧密程度可通过弹簧调节。为了保证一定的比压，要求泵轴的轴向窜动量≤0.5mm。⑶重新拧紧叶轮的背帽。
4．静环与轴线不垂直
在静环安装的时候，如静环“O”形环的外径尺寸不配套，如偏大，有可能导致静环“装偏”的现象，不能形成有效密封。
5．联轴器对中不好，泵震动超标
由于联轴器对中不好，不平衡、不同心，轴的跳动增大，震动超标，导致密封泄漏。
6．安装过程中不规范
不规范的安装的现象主要有：密封端面安装时碰伤、变形、损坏；密封端面间安装时夹入颗粒状杂质。因此在安装过程应始终保持清洁，特别是静环、动环密封面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘，决不允许用不清洁的布擦拭密封面。但可在动静密封环的摩擦面涂以少量机械油，起到密封作用。
五、影响离心泵正常运行的因素分析及对策
操作温度低、压力高、吸入压力低或液位低，出口压力的波动，都会造成泵运行不正常，以至于造成机封泄漏。
1．入口压力、液位对泵的影响
入口压力低或液位低，泵实际输出量偏小或抽空，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致泵气浊或较长时间憋压，经常导致密封破坏泄漏。
2．出口压力波动对密封的影响
出口压力波动，会引起轴向力的变化，同时会造成转子窜量增大，弹簧力反复的变大、变小，时间长了会引起弹簧疲劳损坏；当窜量大到一定值时，弹簧力减少，液膜压力减小，密封腔中的介质就会冲破液膜的阻力发生泄漏，小的窜量不会导致泄漏，因此，在巡检发现转子窜动，就要检查操作状态，看系统压力是否波动，确认后查明原因，稳定运行。
3．温度升高对密封的影响
操作温度升高，对密封的运行影响是很大的。它将使密封腔的温度升高，密封端面摩擦产生的热量增加，将加速密封的磨损，如果是轻烃泵，温度升高会引起密封腔内的介质汽化，导致摩擦副处于摩擦状态，是密封磨损加剧。
由于密封腔中温度升高，也会导致摩擦副热变形或热裂，对于镶装或粘结的动、静环，由于温度的升高，其结合缝处会因2种材料的膨胀系统的不同发生变形泄漏。
这种现象，对密封有冷却系统的，可增大冷却循环量，降低密封腔的温度；对于只有冲洗系统的泵，可在轴套上增设泵送装置，加大冲洗量，也可降低密封腔的温度。
4．工况改变
工况的改变如工艺介质、操作参数的改变，对机械密封的影响都很大。
（1）工艺介质的改变
工艺介质的改变对机械密封的影响，要看介质的密度，如果变化很小，对密封的影响几乎没有，如果变化很大，对密封的寿命影响是很大的。
密封面压力：当介质的密封降低时，泵出口的压力降低，密封腔的压力也降低，对于操作压力与汽化压力比较接近的介质及轻烃介质来说，介质汽化而使密封干嘛，导致密封泄漏。
当介质的密度增大时，泵出口压力增大，同时密封腔的压力也增大，由上式可知，密封面的压力增大，其结果就是摩擦副端面的摩擦力增大，磨损加剧，密封的寿命缩短，这种情况如果是短时间的，可以通过密封来解决，如果长时间运行（或是永久性的），就要根据现有的工况重新设计密封。
（2）工艺参数改变
温度的改变对机械密封的性能影响最大，操作温度升高，密封腔产生的热量增加，密封冲洗的量却不能增加，导致密封端面因发生变形、热烈；另外，密封的“O”形环也会因温度升高出现变硬、老化现象。因此，在操作过程中，要保证设备在设计的条件下运行，是设备稳定运行的关键。
（3）由于介质的问题引起的经常性泄漏
介质里有悬浮性微粒或结晶长时间积聚结果，堵塞在动环与轴之间、弹簧之间。弹簧与弹簧座之间，使补偿密封环不能浮动，失去补偿缓冲作用。介质里的悬浮微粒或结晶堵在密封端面间，使密封端面迅速磨损。对于有悬浮物得介质，在泵的入口和密封冲洗线上安装适当的过滤网，对于易结晶的介质，一般都有严格的温度控制。在工艺允许的情况下，加装机封水冷装置。
六、离心泵机械密封在检修、操作中需要注意事项
在实际检修和操作中，常常容易存在一些误区，主要是对设备及机械密封的一些附属零部件的密封作用原理的理解上出现偏差。下面就这方面的问题做一些简单的说明。
1．弹簧压缩量越大密封效果越好
弹簧压缩量过大，会导致密封摩擦副的急剧磨损，瞬间就烧损。过度的压缩使弹簧产生永久的塑性变形，失去调节动环端面的能力，从而使密封失效。
2．密封“O”形环越紧越好
动环密封圈过紧，一是加剧密封圈与轴套间的磨损，引起过早泄漏；二是增大了动环轴向调整、移动的阻力，在工况变化频繁时无法及时进行调整；三是使动环密封圈变形，影响密封效果。
静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的。一是引起静环过度变形，影响密封效果；二是静环材质以石墨居多，一般比较脆，过度受力极易引起碎裂；三是安装易损坏静环。静环在安装形式的选择要充分考虑在相应的工况下能浮动能力，安装后能自动追随动环面与之贴合，如果静环密封圈过紧，使静环安装后不能浮动，就会产生偏磨，过早的失效。
3．设备时刻要满足工艺的要求
设备在操作过程中，要严格按标准操作程序进行操作，使得设备在设计范围内运行，才能发挥设备的高性能和持久性，如发现操作点偏离规定值，要及时调整。
4．新的比旧的好，拆修总比不拆好
当密封发生泄漏时，人们首先想到的是更换新密封，其实，很多情况下，旧的机械密封是没有问题的，已经磨合、相配到位，只要作适当的调整和处理，机械密封是可以继续使用的，而且要好于新密封。
机械密封的泄漏是泵运行中常见的问题，解决的办法应从机械密封的选型开始就层层把关。在使用过程中对装配、日常维护都有严格要求，要按工艺标准的要求去操作，认真巡检，及时调整偏离的参数。一旦出现问题应全面分析影响机械密封的各个因素，寻找其根源，从而采取有效的解决办法，同时需做好日常维护和保养，保证泵在设计的范围内运行，确保机泵安全运行。
论文作者:林海清,刘建国
论文发表刊物:《文化时代》2019年18期
论文发表时间:2020/3/18
标签：端面论文; 机械论文; 介质论文; 密封圈论文; 弹簧论文; 压力论文; 压盖论文; 《文化时代》2019年18期论文;