1 機械密封簡介

1.1機械密封定義

機械密封是一種流體旋轉機械的軸封裝置，又叫端面密封，在國家有關標準中是這樣定義的“有至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（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成的防止流體泄漏的裝置。”

1.2機械密封的組成及密封原理

機械密封由于具有泄漏量少和壽命長等優(yōu)點，近年來發(fā)展很快，根據(jù)不同的工況出現(xiàn)了各種各樣的結構，但無論哪種結構都有以下部分組成：第一部分是由動環(huán)和靜環(huán)組成的密封端面，有時也稱為摩擦副；第二部分是由彈性元件為主要零件組成的緩沖補償機構，其作用是是密封端面緊密貼合；第三部分是輔助密封圈，其中有動環(huán)和靜環(huán)密封圈；第四部分是使動環(huán)隨軸旋轉的傳動機構。機械密封的構成如圖一所示，通過傳動座6和推環(huán)4，帶動動環(huán)2旋轉，靜環(huán)1固定不動，依靠介質(zhì)壓力和彈簧力使動靜環(huán)之間的密封端面緊密貼合，阻止了介質(zhì)的泄漏。摩擦副表面磨損后，在彈簧5的推動下實現(xiàn)補償。為了防止介質(zhì)通過動環(huán)和軸之間泄漏，裝有動環(huán)密封圈3；而靜環(huán)密封圈7則阻止了介質(zhì)沿靜環(huán)和壓蓋8之間的泄漏。

圖一 機械密封

2 機械密封常見故障

通常，機械密封的使用壽命至少為8000-10000小時。在此期間密封環(huán)中較軟的一只（大都用碳-石墨制造）的承磨臺首先被磨掉，磨損量在2-3mm之間，這時表面雖然基本光潔，但因彈簧不能補償或比壓過低而喪失了密封能力，其他零件基本上無磨損。這種密封失效屬自然磨損，稱之為老化性故障。顯然，這種磨損是不可避免的。在實際工作中，有些密封環(huán)的磨損量遠沒有達到2-3mm，但其密封面表面就有了傷痕（不光潔），或其他零件失效，使其壽命尚未達到上述預計值，通常把這種突發(fā)性的故障稱為事故性故障。據(jù)統(tǒng)計，屬于老化性故障的失效約占10%-30%，而大量的則屬于后一種故障。 機械密封主要的失效形式就是泄漏，但造成泄漏的原因是多種多樣的，天脊集團高平化工有限公司尿素車間自2006年6月投入生產(chǎn)以來，機械密封出現(xiàn)故障率較高的主要在以下幾個方面：密封面磨損、動靜環(huán)破裂、動環(huán)不能補償、O型圈密封失效、彈簧斷裂等，

3 引起機械密封失效的主要因素

機械密封的密封性是其最主要的指標。影響因素很多，其中有密封結構、材料、制造、安裝，介質(zhì)性質(zhì)及使用等。哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，密封性都要受到影響?？砂堰@些因素分為密封件本身和使用條件兩大類。密封結構、材料和制造屬于制造廠。而安裝、介質(zhì)性質(zhì)和使用等屬于使用條件的范圍，如何正確使用取決于用戶自己。

3.1振動

由于制造和安裝精度等原因，所有的離心泵都存在著振動，所有的密封端面和軸心都存在一定的垂直度誤差。垂直度誤差使動環(huán)旋轉時產(chǎn)生一軸向擺動。振擺的幅度取決于誤差的大小，而其頻率則取決于彈簧剛度及動環(huán)組件的質(zhì)量，與泵的轉速無關。

泵的振動原因很多，振動原因主要為轉子不平衡，也有其它原因。例如：泵和電機振正不佳，軸承故障、地腳螺栓松動等。振動原因不同振動頻率也不同，絕大多數(shù)泵振動頻率等同于工作轉速，而振動幅度差別很大，從軸承箱表面測到的最大振幅不能大于0.06mm，超過該值就要停泵處理，振動可分解為三個方向，即垂直、水平和軸向，其中以軸向振動對密封的危害最大。大多數(shù)工藝流程泵的轉速在2950r/min左右，由于密封的追隨性較差，泵的振動加劇了動靜環(huán)的分離，瞬間的分離在液膜壓力作用下使密封面開啟，出現(xiàn)大量泄露，如果摩擦副附近存在固體顆粒，進入密封端面間會導致密封端面損壞，從而使機械密封失效。

3.2抽空和汽蝕

故障發(fā)生時正常工作的離心泵出口壓力大幅度下降并激烈的波動通稱抽空，這時泵內(nèi)出現(xiàn)氣化現(xiàn)象，離心泵啟動前沒灌泵、進空氣、液體不滿或介質(zhì)大量汽化，這種情況下啟動或者運轉離心泵必然抽空，表現(xiàn)在性能上是出口壓力趨近于零或接近泵的入口壓力，此時機械密封處于干或半干摩擦狀態(tài)，常出現(xiàn)的失效形式有：

a.石墨環(huán)表面出現(xiàn)深而粗的環(huán)狀溝紋。

b.硬環(huán)用1Cr13表面堆焊硬質(zhì)合金或噴涂陶瓷時出現(xiàn)徑向裂紋。

c.硬環(huán)用碳化鎢硬質(zhì)合金時，出現(xiàn)環(huán)狀溝紋，有時出現(xiàn)徑向裂紋或斷裂。

d.動、靜環(huán)密封圈變質(zhì)，如橡膠圈老化、龜裂。

e.熱裝式密封環(huán)硬質(zhì)合金環(huán)松脫。

正在運轉的泵由于葉輪的低壓區(qū)氣體氣化或氣體溢出，流至高壓區(qū)時而產(chǎn)生