摘要：机械密封的密封性是其最主要的指标，影响因素很多，对影响密封性的因素进行充分分析，可提高机械密封的可靠性，减少设备的故障率，提高设备利用率，延长设备使用寿命，有利于生产设备的长周期运行，并提高经济效益和社会效益。
关键词：机械密封；密封性；影响因素；分析
机械密封是一种旋转机械的轴封装置。比如离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。由于传动轴贯穿在设备内外，这样，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄漏，如果设备内压力低于大气压，则空气向设备内泄漏，因此必须有一个阻止泄漏的轴封装置。轴封的种类很多，由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以当今世界上机械密封是在这些设备最主要的轴密封方式。机械密封又叫端面密封，由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封近年来发展很快，根据不同情况出现了各种各样的结构，但无论哪种结构都由以下四部分组成：第一部分由动环和静环组成的密封端面，有时也称为摩擦副。第二部分是由弹性元件为主要零件组成的缓冲补偿机构，其作用是使密封端面紧密贴合。第三部分是辅助密封圈，其中有动环和静环密封圈。第四部分是使动环随轴旋转的传动机构。
对机械密封的密封性影响因素作如下分析：
摩擦状态对密封性能的影响。机械密封是一种接触式密封，在力的作用下，动静环构成一对摩擦副。根据密封结构、介质性质和工作条件（压力、速度、温度等）的不同，密封端面的摩擦状态可分为液体摩擦、混合摩擦、边界摩擦以及干或者半干摩擦。机械密封端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。
载荷系数对密封性能的影响。机械密封结构和种类不同，载荷系数的计算方法也不同。载荷系数对机械密封的密封性、使用寿命和可靠性等有很大影响。从密封性角度考虑希望载荷系数大一些，可得到较高的比压，密封的稳定性和可靠性都较好。但是载荷系数大产生的摩擦热多，如不能及时散去，使密封端面温度过高，当达到介质汽化温度时，将发生汽化，液膜破坏，磨损加大，使用寿命短。
弹簧比压对密封性能的影响。弹簧比压是促使密封端面贴合的重要因素。当泵在停车与启动时压力较低，或密封腔中正常工作的压力低，或工作中压力出现较大的波动时，弹簧比压就成为端面比压的主要组成部分。弹簧比压的大小要根据密封结构、工作条件、介质性质和载荷系数等综合考虑。弹簧比压大了，有利于密封端面的贴合，改善追随性，增强密封稳定性，若过大则摩擦热量大，功率消耗增加，磨损量大，使用寿命缩短。弹簧比压过小，泄漏量大，密封稳定性差。
密封端面的粗糙度对密封性能的影响。对于普通的机械密封，从宏观角度考虑正常情况下两个端面是平行的，而且是固体接触。从微观角度考虑，任何表面都是高低不平的，所以两个表面都有一定的粗糙度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通常说两个平面接触，实际上是两个平面的高点接触，而大部分表面并没有接触，仍有一定的间隙存留。两个密封端面之间的缝隙高度可计算得出，机械端面的表面越粗糙，其缝隙高度越大，泄漏缺陷就越明显。因此，要保持良好的密封性能，我们在机械密封运作过程必须施加一定比例的端面比压，且不能过大压缩。因为端面比压过大，必然增加摩擦产生的热量，这也是不利于机械运作的。既然如此，在密封端面的粗糙度必须要有一定的要求。这样既有良好的密封性，又有较长的使用寿命。
两密封端面之间的缝隙形状对密封性能的影响。由于制造、安装以及密封结构、工作时载荷和温度的影响，两密封端面可能出现收敛形、喇叭口形和平行形三种密封端面形状。所谓收敛形的缝隙形状就是靠端面的外缘处缝隙较大，內缘处接触，沿泄露方向逐渐减小。液膜压力在缝隙中的分布不呈线性，大于平行形的密封端面，造成密封的开启力增大。由于闭合力中的主要部分弹簧力没有增加，因此，在收敛形密封中泄漏量较大，工作不稳定。但润滑较充分，密封端面磨损速度小。密封端面的密封形状如果是喇叭口形的，会出现另一种情况，靠密封端面的外缘处接触，而內缘有间隙。密封端面接触的部分存有液膜压力，总的液膜压力小，比密封端面平行的小。
摩擦副材料对密封性能的影响。各种条件相同条件下，摩擦副材料导热系数越大，散热越及时，密封环温度梯度小，热变形小，泄漏量少。
滑动速度对密封性能的影响。各种条件相同条件下，速度越高，泄漏量越大。其中主要原因是由于速度高，产生的摩擦热量多，热变形越大所致。
密封端面的宽度对密封性能的影响。对于密封端面平行的摩擦副，密封端面的宽度没有多大影响。为了将2MPa的压力密封住，只需0.5mm的宽度就是足够，处于强度和刚度上的考虑而加大了密封端面的宽度。事实上加大宽度可使发热量增大、热变形大而最终导致泄漏量增大，窄的密封面可以明显地降低端面温升，所以过宽的密封端面是不利的。
机械密封的辅助设施对密封性能的影响。机械密封工作中产生的摩擦热，使密封端面的温度升高，如不采取相应的设施，会产生许多不良后果。通过辅助设施，可减低温升，保持密封端面间的良好润滑状态，使机械密封各零件良好正常的工作。在易汽化介质中，保证密封腔的压力，使之不汽化；在低温泵的密封中可起到保温和供热的作用；对于有固体颗粒出现的结晶和强腐蚀介质的密封，还能保持密封不被损害。通过辅助设施，可将某些苛刻的工作环境改变为密封能接受的环境，使机械密封的效果大大提高，使用范围更加宽广。
结语
机械密封的影响因素很多，其中有密封结构、材料、制造、安装，介质性质机械密封件及使用等。可把这些因素分为密封件本身和使用条件两大类。哪个环节出了问题，密封性都要受到影响。对影响因素充分分析，提高机械密封的可靠性，减少设备的故障率。
参考文献：
[1] 郝木明 过程装备密封技术 中国石化出版社 2010
[2] 王汝美 实用机械密封技术问答 中国石化出版社 2009
论文作者:庞振夺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期
论文发表时间:2020/4/30