導語：如何才能寫好一篇機械密封結構原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：機械密封；故障；因素；改善；策略

中圖分類號：TH122　文獻標識碼：A　文章編號：1006-4311(2012)02-0032-02

0　引言

機械密封因為泄漏量少、摩擦功耗低、密封可靠、使用周期長等優點，能夠滿足多種工況需求而被廣泛的應用于泵、壓縮機、反應釜等機械設備中。性能良好的機械密封能夠為生產裝置的長周期性安全平穩運行提高物質保障。在機械的運行過程中，受內外部因素的影響，很容易產生機械密封故障，嚴重的還會導致重大安全事故。因此，必須重視機械密封的故障問題，從根源上分析產生故障的原因，并以此提出改善措施，這樣才能既延長機械密封的壽命，又節約資源。

1　機械密封的結構和工作原理

機械密封，或者稱為端面密封，是一種限制工作流體沿轉軸泄露的、無填料的軸封裝置。機械密封由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在液體壓力或者補償機構彈力(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。機械密封的主要作用是將容易泄露的軸向密封改為難以泄露的端面密封，這也是機械密封的設計總原理。

機械密封一般由四部件組成：①主要部件是動環和靜環。動環憑借密封室中的液體壓力緊壓在靜環端面上，并隨泵軸一起旋轉。動環和靜環緊密貼合形成密封面，防止介質泄露。②壓緊元件。壓緊元件主要是彈簧、推環、波紋管等，壓緊元件能夠產生壓力，可以保證泵在任何狀態下都保持端面貼合，防止介質外漏或者雜質進入密封端面。③密封元件。密封元件是指密封圈等。密封元件的作用主要是密封動環與軸之間的縫隙、靜環與壓蓋之間的縫隙，同時能夠緩沖壓緊元件對泵的振動、沖擊。④傳送件。彈箕座及鍵或各種螺釘。

機械密封主要有彈簧式機械密封和焊接金屬波紋管機械密封兩種，彈簧式機械密封一直是機械密封的主流，然而，由于彈簧式機械密封存在著不可避免的缺陷，而隨著微束弧等離子焊接工藝技術的發展，焊接金屬波紋管機械密封極好的浮動性的優點日益凸顯，顯示出比彈簧式機械密封更為優良的性能，有逐步取代彈簧式機械密封的趨勢。

2　機械密封的要求

機械密封在運行中是與其他零部件一起組合起來共同運作的，機械密封的正常運行不僅與其本身的性能有關系，而且與外部環境息息相關。然而，我們必須首先保證機械密封本身的部件性能、密封裝置和安裝技術的要求，這是機械密封能夠運行的基礎。

首先，機械密封對元件的要求必須得到保證。機械密封的最主要部件是密封環，即動環和靜環，它們決定了機械密封的使用性能和壽命。密封環必須具備足夠的強度、剛度、硬度和耐腐蝕性，在高溫高壓和滑動速度等不良工作環境下能保證不損壞、變形盡量小，在工作條件波動的情況下仍能保持密封性；密封環應具備較高的導熱系數和較小的熱膨脹吸收，在承受高熱時不至于開裂，能夠耐得住高熱沖擊；密封環應具備較小的摩擦系數和良好的自性，密封環的材料和密封流體還要具有良好的浸潤性；在發生短時間干摩擦時不至于損傷密封端面；密封環要簡單、對稱并盡可能選擇整體型結構或組合式，盡量避免用密封端面噴涂式結構。

其次，機械密封的安裝要符合要求。在安裝過程中避免出現偏差，遵循安裝順序，要先安裝緊壓蓋，在聯軸器上找正后再進行，螺栓應均勻上支，防止壓蓋端面偏斜，用塞尺檢查各點，其誤差不大于0.05毫米，上緊后還要檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙，四周要均勻，用塞尺檢查各點允差不大于0.01毫米：其次彈簧壓縮量要按規定進行，不能過大或過小，過大會增加端面比壓，加速端面磨損，過小會造成比壓不足而不能起到密封作用。一般要求誤差2.00毫米；動環安裝后，將動環壓向彈簧后應能立即自動彈回來。

再次，拆卸機械密封時，嚴禁用手錘和扁鏟，以免損傷密封元件。若結垢導致拆卸不下時，應清洗干凈后再進行拆卸：在泵兩端都采用機械密封的情況下，拆卸時應主要互相照顧，防止顧此失彼：對于運行過時的機械密封，如果壓蓋松動，密封發生移動，那么接觸面的密封性已經有極大可能遭到破壞，這種情況下動環和靜環必須更換，不能重新上緊機械使用。

3　機械密封出現的故障分析

機械密封故障是機械密封運行中不可避免的問題。主要故障表現為振動、發熱、磨損，最終出現介質泄漏。根據機械密封的結構和工作原理，結合生產實踐分析，導致機械密封故障的因素主要有溫度、壓力、被密封介質等。

3.1　高溫導致機械密封故障。當密封室內的溫度超過一定的數值時，端面摩擦產生的熱就不能夠排出，這時密封端面的溫度過高，產生干摩擦，密封環摩擦副環會因為干摩擦發生熱變形和熱裂。檢修失效的密封環時，經常會發現有貫穿整個徑向端面的裂紋和微溝，尤其是導熱系數低的材料制作的摩擦副環更容易發生端面熱裂。端面熱裂產生的主要原因是密封端面的回轉過程產生大量的摩擦熱致使端面凹凸不平從而加速了磨損。熱裂大多是徑向的，加大了泄漏面積，改變了端面間的眼里分布，致使機械密封喪失了嚴密性，導致端面泄漏增加。

3.2　壓力過大致使機械密封發生故障。影響機械密封的壓力主要是密封室內介質的壓力。當密封室內的壓力超過一定數值時。會導致密封端面壓力過大，液膜難以形成，密封端面會因此產生嚴重的磨損，發熱量加大，進而導致機械密封故障。

3.3　密封室內介質引起的機械密封故障。被密封的介質對機械密封的影響很大，如含雜質、顆粒的介質進入密封室，會劃傷密封面或者破壞液膜的連續性，使密封磨損嚴重，直接威脅機械密封的壽命。如果介質內的雜質在密封環、補償環內沉淀，則會影響補償環的浮動性，若雜質沉積在彈簧上，則會影響彈簧彈性，使彈簧失去作用。

3.4　兩密封端面失去膜而造成的機械密封故障。膜的喪失會導致端面的抗摩擦性和抗熱性極度下降，出現端面裂紋，產生機械密封故障。導致膜喪失的主要原因有：端面密封載荷的存在導致密封室內缺乏液體，啟動機械時發生干摩擦；密封室內介質低于飽和蒸汽壓力，使端面液膜發生閃蒸，喪失；密封室內的介質為易揮發性產品，在機械密封冷卻系統出現結垢時，端面摩擦和旋轉元件的攪拌液體產生熱量導致介質的飽和蒸汽壓上升，造成介質壓力低于飽和蒸汽壓的狀況。

3.5 腐蝕引起的機械密封故障。腐蝕是威脅機械密封的一大不可忽視因素。腐蝕會使機械密封的零部件損壞，產生嚴重的機械密封事故。主要表現為：密封端面出現點蝕，甚至穿透；碳化鎢環和不銹鋼座等焊接，使用中不銹鋼易產生晶間腐蝕；焊接金屬波紋管、彈簧等在應力與介質腐蝕的共同作用下易發生破裂。

3.6　其他因素導致的機械密封故障。在機械密封使用過程中，存在機械密封在設計、安裝質量等不符合要求的地方，這些都是導

致機械密封故障出現的不可忽視因素。

4　機械密封故障的改善策略

根據我國現階段機械密封的使用現狀，針對機械密封的結構和工作原理，在具體分析機械密封故障出現原因的基礎上，本文認為，要對機械密封故障進行改善，首先要從機械密封設計上進行根本改善，然后針對出現的問題，采取具體措施解決。具體改善策略如下：

4.1　探索新形式，從根本上改善機械密封設計。焊接金屬波紋管機械密封具有代替彈簧式機械密封的趨勢說明，機械密封能夠通過改善設計，采取新的形式，避免故障的出現。隨著各種工藝技術的不斷成熟，我們有信心能夠找到更加優良的機械密封設計方案，從而改善甚至完全避免現階段機械密封出現的各種故障。機械密封新形式的形成，一方面依賴于不斷進步的高科技和各種工藝技術，另一方面需要機械設計人員不斷的探索，創新思想觀念，改變思維方式，以新的角度和新的方法去設計機械密封。

4.2　具體問題具體分析，根據故障尋求改善策略。對于機械密封故障的改善，應著手于故障本身，落實到具體故障改善策略上。

對于高溫引起的機械密封故障，應采取沖洗措施以降低密封室溫度，防止雜質的沉積，保證密封環不被固體顆粒磨損；安裝冷卻裝置，保證密封室內的熱能夠及時傳導出去，盡可能降低溫度；選用耐高溫的密封材料，建議使用聚四氟乙烯等有機材料；保持端面溫度在介質汽化溫度以下；有裝配關系的地方應選取熱膨脹系數相近的材料。

對于壓力過大引起的機械密封故障，應盡量使密封端面受力合理，減少變形，減少端面寬度：采用高強度材料，盡量減少摩擦磨損：采用平衡性機械密封；選用可靠的傳動方式，如鍵、銷等連接方式。

對于介質引起的機械密封故障，應采取以下措施預防：保持兩端面寬度相等，減少雜質在密封端面、補償環等處的停留機會：采用高耐磨材料；定期內沖洗，避免雜質沉積；在機械密封進門口設置過濾器或者旋液分離器，防止雜質進入密封室內；采用波紋管結構防止泄漏顆粒在輔助密封圈處聚積，影響補償環軸向浮動。

對于缺乏而導致的機械密封故障，一方面應保證密封室內有液體存在，避免產生干摩擦：另一方面密封室內介質不能低于飽和蒸汽壓力，避免閃蒸現象的出現。此外，盡量不選用易揮發的介質。

對于腐蝕造成的機械密封故障，選用耐腐蝕的材料：定期對機械密封的零部件進行維護保養：注意機械密封裝置的放置環境，盡量不放置于腐蝕性的環境中：對于焊接部位應著重進行保養，一旦出現腐蝕立刻進行修正；防止介質和外力共同腐蝕機械密封零部件。

在機械密封的設計、安裝、拆卸過程中，一定要注意符合要求規范，不要違規操作，防止機械密封故障的發生。

機械密封對于現代工業的作用越來越重要。只有在了解機械密封結構和工作原理的基礎上，才能針對其出現的故障采取改善策略。這樣才能保證機械密封的使用效果和正常運轉，保證生產活動的順利進行。

參考文獻：

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[2]蘆春影.機械密封常見故障處理技術[J].應用技術，2010

[3]周麗萍.影響機械密封的外部條件分析[J]科技論壇，2009

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關鍵詞：機械密封 潛水泥漿泵 端面開槽 CFD

1前言

礦用潛水泥漿泵是水下輸送磨蝕性固液混合物離心泵的一種，是泥漿泵和潛水電機技術相結合的機電一體化產品，廣泛地應用于礦山、冶金、電廠等各個領域，礦山泥漿砂石泵送是各種介質泵送工況要求最為惡劣，過流件磨損快，腐蝕性強，頻繁地故障會影響生產而造成的經濟損失非常嚴重。近年來，國內礦山行業迅速發展，響應環境保護的迫切需要，綠色礦山建設成為未來發展的一種趨勢。礦山生產、生活污水沉淀處理是礦山環境保護的重要項目之一，而潛水泥漿泵作為輸送清理泥漿設備，根據國內外專家意見，這種泵型在提高泵送效率、降低能耗以及改善環境保護的最有發展前途和最進步的方向之一。

潛水泥漿泵作為沉淀泥漿泵送的主要設備，不僅要求其高耐磨、穩定高效，機械密封也更是其關鍵，它是水泵的心臟，必須可靠性高，保證無故障長期運行。潛水泥漿泵是在水下工作，一旦失效，外部介質或油室中的油便會進入電機腔，引起潛水電機故障，甚至影響人身安全。此新型機械密封應用在礦用潛水泥漿泵在使用的安全性、運行可靠性以及提高無故障運行時間，有必要對其機械密封進行結構分析，研究其技術的先進性。

2 機械密封的結構及其原理

2.1機械密封的結構

在礦用潛水泥漿泵中使用的是整體式機械密封，將內機封和外機封裝配成為一個單元，主要由靜密封環、動密封環、密封圈、支架、彈簧、等構成。機械密封在潛水泥漿泵中分為上下兩個端面密封：上密封在油室與電機之間，下密封在泵殼與油室之間，都由一個靜環和一個旋轉的動環組成，上下兩個密封的分界面由彈簧系統和支架相連接，圖1為機械密封結構示意圖。

2.2機械密封的原理：

機械密封旋轉工作時，由密封室內流體的壓力和彈性元件的彈力等引起的軸向力使動環和靜環互相貼合并相對運動，由于兩個密封端面的緊密配合，使密封端面之間的交界（密封界面）形成一微小間隙，當有壓介質通過此間隙時，形成極薄的液膜，產生阻力，阻止介質泄漏，同時液膜又使得端面得以充分，獲得更長期密封效果。

多年以來，從現場采集整理地使用情況來看，這種新型的機械密封相對于同類泵型的機械密封有著更明顯的性能優勢：

（1）適用范圍更廣。機械密封可以在高溫、低溫、高壓、強磨蝕的環境下工作。

（2） 密封性更好。機械密封在正常工作使用中，端面處可以達到“零泄露”，比其他密封狀態更穩定。

（3）壽命長。機械密封設計使用壽命3年以上，常規機械機械密封的使用壽命一般1到2年。

2.3機械密封的材質

泵送介質中含有大量固體顆粒，密封面的材質需要極好的抗腐蝕性和耐磨性，動、靜環端面材料選用碳化鎢，它具有高硬度、摩擦系數小、強度高、耐腐蝕等等優良的綜合性能，如下3機械密封的密封面

傳統的機械密封的端面為兩個平行的光滑平面，端面開槽技術就是通過在密封端面上開出各種形式的凹槽來改善端面間的和密封狀況，從而改善機械密封的密封狀態。礦用潛水泥漿泵中使用的機械密封端面開有螺旋流槽，圖2為密封端面示意圖。若動環外徑側為油室被密封液體，內徑側為低壓流體，當動環以圖示方向旋轉時，在螺旋槽流體動壓效應的作用下， 動靜環端面之間產生一層厚度極薄的流體膜（ 圖3中h1，h2） ， 使動靜環端面保持分離即非接觸狀態。端面開設的螺旋槽既可以產生泵送效應，又可以抵抗壓力梯度，在外徑與內徑壓力差的作用下，被密封液體產生方向由外到內的壓差流，而螺旋槽的流體動壓效應所產生的粘性剪切流的方向由內徑指向外徑，兩者的方向相反，最終得以平衡。

3.1機械密封端面性能參數

機械密封端面按著一元流動進行計算，一元流動的雷若方程：

根據上式，如果設h為常數，粘度也為常數，在內徑側，膜厚h==常數；在外徑側，膜厚h==常數，對上式積分，壓力梯度也為常量，即壓力按三角形分布，最大壓力位于轉折處，顯然這兩個區域的壓力梯度為：

和

當密封假設為無限寬時，無軸向流動，其各處的流量必定不變，在單位時間寬度內的流量為：

將前式的壓力梯度代入上式，經整理后可得：

設K=，可得到最大壓力為：

在單位寬度內的承載能力就是三角形面積之和

經整理得：

3.2 機械密封端面仿真研究

FLUENT是目前運用最廣泛地CFD仿真軟件之一，具有豐富的物理模型、先進的數值方法和強大的前后處理功能，對密封端面進行動力學可視化分析，仿真了密封端面壓力分布云圖，顏色的變化展示了密封面壓力的變化，如圖4：

4 機械密封發展趨勢：

（1）工業技術不斷創新 新技術、新理論、新材料、新工藝不斷創新發展，失效機理、失效分析和失效監控更加深入地研究和應用，要求使之快速轉換成實用性、高性能、高參數的密封產品。

（2）密封系統完善 從以往地單一密封零部件，發展到整個密封系統，并制定了新的密封系統標準。

（3）高效安全和環保性 隨著工業技術不斷地發展，環境保護地日益關注，人們對機械密封安全高效要求更加嚴格，過去從只注意眼睛可視的“泄露”，不注意易揮發物的“逸出”，發展到現今控制逸出零，從“零泄漏”到要求“零逸出”。

參考文獻：

1. 張景松.流體機械：流體力學與流體機械【M】.徐州：中國礦業大學出版社，2001.11

2. 顧永泉.機械密封實用技術【M】.北京：機械工業出版社，2001.7

3. 彭旭東，楊慧霞，于恒聚.機械密封的新技術及其應用【J】.石油化工設備技術，2001，22（1）：62～66

4. 李夢君，李浙昆，熊勇等.基于FLUENT滑移網格的浮選離心葉片泵內流場的CFD分析【J】.科學技術與工程，2011，11（23）：5664～5668

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關鍵詞：螺桿式冷凍機組　機械密封　泄漏　技術改造

一、引言

亞洲硅業（青海）有限公司2008年6月安裝了4臺JYSLG25FZ型螺桿式冷凍鹽水機組，主要作用是將質量濃度約21%的氯化鈣水溶液通過螺桿機組冷卻為-20℃，再將-20℃的氯化鈣鹽水循環打入合成和精餾工序的換熱設備，用于生產系統換熱設備的制冷劑。自投用以來，螺桿壓縮機機械密封曾多次發生油、R22泄漏故障。雖經多次檢修，更換新的機械密封部件，但效果甚微。該機械密封頻繁故障，不但損耗了大量油和R22，增加了檢修費用，而且還給整個生產裝置的安全穩定運行帶來了很大的隱患。我們通過對造成機械密封泄漏的原因進行分析，提出并采取針對性的改進措施，從根本上解決了機械密封泄漏問題，確保了機組長周期安全運行。

二、機組的結構、及工作原理及工作過程

1.螺桿式制冷式壓縮機組包括

螺桿式制冷壓縮機、氣路系統、油路系統和控制系統，這些設備（除啟動柜之外）裝在同一公共底座上，構成機組。螺桿式制冷壓縮機主要由機體、轉子、滑閥、軸封和聯軸器五個部分組成。為了機械密封摩擦副端面，機械密封油采用油，由油站供油。

2.工作原理

螺桿式制冷壓縮機的機體內裝有兩只互相嚙合的平行轉子——陽轉子和陰轉子。當兩轉子轉動時，兩轉子的齒部相互插入到對方的齒槽內，隨著轉子的旋轉，插入的長度越來越大，容納氣體槽的容積越來越小，從而達到壓縮氣體制冷劑的目的。為使壓縮機正常工作，需要向壓縮機內噴油，向壓縮機工作腔噴油，可以起到密封和冷卻的作用；軸承、軸封、平衡活塞的工作也需要提供油。

3.工作過程

3.1吸氣過程

氣體經過吸氣孔口分別進入陰陽螺桿的齒間容積，隨著兩個齒間容積各自不斷擴大，當其達到最大值時，齒間容積與吸氣孔口斷開，吸氣過程結束。陽轉子每旋轉一周，壓縮機完成四個吸氣、壓縮、排氣過程。

3.2壓縮過程

轉子繼續回轉，“V”型的齒間容積對，因齒的相互侵入，其容積逐漸縮小，從而實現氣體的壓縮過程。

3.3排氣過程

在齒間容積與排氣孔口連通后，由于轉子回轉時容積的不斷縮小，將壓縮的氣體送至排氣管。

4.壓縮機的主要技術參數為

制冷劑：R22；名義工況：-26/38℃；吸氣壓力，-0.06～2MPa；進氣溫度，-10～45℃；排氣壓力，≤1.5MPa；排氣溫度，≤70℃；制冷量：920KW;主電機轉速，2960r/min；額定功率，500kW;主電機電壓，10KV；油壓力，-0.12～1.5MPa。

三、機械密封泄漏原因分析

2010年7月，我們對螺桿壓縮機進行了解體檢查，軸封為機械式密封，機械密封的冷卻及均由高壓油來完成，進入的油壓力比排氣壓力高0.15～0.30MPa.由于機械密封是在較高的壓力區工作，所用摩擦材料具有足夠的剛性和強度，靜環選用耐壓強度較高的碳化硅，動環選用石墨制成，它的彈性模數較大，其密封口端面經研磨和拋光加工，可達較高的光潔度。動、靜環密封圈為O型環，材料為氯醇橡膠。經檢測，動、靜環及密封圈也沒有損壞，故機械密封泄漏與其結構、材質選用無關。

為了保證機械密封面的良好貼合，需要保持一定的端面比壓；但該端面比壓又不能太高或過低，太高會使機械密封磨損加劇，過低又會使密封面開啟失效。一般情況下機械密封推薦的端面比壓值[1]為:一般介質，0.3～0.6MPa；低粘度介質，0.2～0.4MPa；高粘度介質，0.4～0.7Mpa。

經過計算，螺桿壓縮機機械密封密封端面比壓為0.35Mpa。因對于粘度大的油端面比壓取值在0.4～0.7MPa比較適合，而本壓縮機的機械密封實際端面比壓值偏小，故在運行過程中，機械密封的密封面可能會開啟，失去密封能力，造成油泄漏。故認為機械密封泄漏的主要原因是端面比壓太小造成的。

四、改進措施

根據查得，內裝內流旋轉式平衡型機械密封端面比壓計算公式：P b= P t +（k-λ）P1，及K=d22-d02/ d22-d12得知：要增加機械密封端面比壓值，提高密封性能的有效途徑最有效的方案是增大彈簧比壓P t和增加機械密封靜環端面載荷系數。要增大彈簧比壓需要改動機械密封動環彈簧座，比較不合理，因此在機械密封原結構基礎上，其它尺寸不變，增加原靜環密封端面的有效面積，是增大載荷系數進而增加端面比壓的有效手段。改進前該機械密封結構參數為:機械密封動環密封面外徑90mm。靜環密封面外徑91.2mm，密封面內徑81.3mm。

1.擴大靜環內徑，增大機械密封端面比壓

通過對機械密封靜環密封面內徑進行車削將內經擴大1mm,靜環密封端面內徑由81.6mm擴大到82.6mm，其它尺寸未變。經計算，機械密封內徑車削后的載荷系數K=0.91，λ=0.6，彈簧比壓P t選0.2MPa，代入公式P b=P t+（k-λ）P 1計算，機械密封端面比壓P b=0.63MPa，螺桿壓縮機端機械密封端面比壓滿足密封油所要求端面比壓推薦值0.4～0.7MPa，符合密封要求。

2.校核PV值

為了使機械密封達到長期安全運轉的目的，還要求密封副的工作PV值小于許用[PV]值。由于該機組機械密封摩擦副采用的材質為碳石墨—碳化硅，查文獻《實用機械密封技術問答》手冊可知，該機械密封的許用[PV]值為180MPa·m/s，經計算得機械密封端面平均速度12.56m/s。PV值校核：端面比壓與平均速度的乘積(端面比壓出口端的P為1.5 MP)，計算得到PV值為18.84MPa.m/s。

由上述計算結果可知，端面比壓與平均速度的乘積在許用的[PV]值區間內，符合要求。

五、改進后的運行效果

自2010年7月，對螺桿壓縮機的機械密封的靜環進行車削改進投用后，機械密封效果良好無泄漏，投入運行后運轉至今，運轉狀況良好，保證了壓縮機安全運行，累計正常運行時間超過2年，至今未發生泄漏，密封效果非常好。僅配件和安裝方面的經濟效益就非常著。這種方法對解決工況相似的設備泄漏問題，有一定的參考價值。

參考文獻

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[關鍵詞]機械密封 微變形 研究

中圖分類號：TH136 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）44-0356-01

機械密封是機械設備防止泄漏、節約能源、控制環境污染的重要部件，廣泛應用于機械、石油、化工、電力、輕工、船舶、宇航和原子能等工業的泵、壓縮機、反應釜等設備，它對過程工業中的整臺機器設備、整套裝置乃至整個工廠的安全生產都有重大影響。隨著工業的高速發展，機械密封的工況逐漸提高以及人們環保意識的增強，對機械密封的性能也要求更高，但在實際使用中，不可避免地會出現機械密封失效。造成機械密封失效的原因很多，主要原因之一是機械密封端面變形，因為變形后造成泄漏增大，磨損加劇，壽命縮短，嚴重影響了機械密封的使用效果。因此精確計算機械密封端面變形，研究影響變形的關鍵因素，探索減小變形的措施對提高機械密封性能和使用壽命及開發機械密封產品具有重要的指導意義。

1 理論研究

隨著機械密封技術向高壓、高速、高溫和大直徑等方向發展，機械密封環的變形問題就尤為突出。導致變形的原因有兩方面：機械和熱。目前被普遍認同的端面變形形狀為錐形。為盡量減小錐形變形，需要通過理論分析來了解并掌握其規律。目前變形理論主要有：圓環理論和殼體力矩理論。研究表明，影響變形的因素主要是力和溫度。圓環理論在計算簡單密封環形狀時計算值與試驗值比較一致，但在計算復雜密封環形狀時計算值與試驗值差別很大。Mayer為機械密封端面變形的理論研究奠定了基礎。2002年，洪先志等提出了應用殼體力矩理論求解密封環端面力變形，同時將環截面分成若干部分（矩形或三角形），考慮各部分結合處轉角和位移的變形協調性，建立了四階線性齊次微分方程和變形協調方程，可直接計算稍復雜截面形狀的機械密封。研究表明，殼體力矩理論用于計算密封環端面變形是一種可靠、簡便、有效的方法，運用此法能夠得到密封環端面在外部擠壓力作用下力變形較準確的值，從而將理論研究水平提升到較高層次。盡管機械密封端面變形的研究已有50多年，但由于其結構和性能涉及到流體流動、傳熱、力變形、熱變形及其耦合，問題十分復雜，因而其理論還不完善，尚缺乏簡潔而實用的設計理論。但進行簡單的理論研究，有助于建立數學模型及清楚地認識密封環變形問題中各參數的物理意義。

2 數值模擬研究

近年來，隨著計算軟件的蓬勃發展，數值模擬成為研究機械密封端面變形的強有力手段。目前，數值模擬方法主要有邊界元法和有限元法。1986年，Doust采用邊界元法建立了機械密封變形計算模型，編制了相應的計算程序，并用試驗對計算結果進行了驗證，發現實驗值與計算值比較相符。但邊界元法在處理邊界時比有限元法復雜。

由于有限元法原理相對簡單，且有限元方面的應用軟件很多，如ANYSYS、ABAQUS、FEMLAB等，因此采用有限元法進行分析變形的研究較多，而且基于有限元軟件平臺求解機械密封變形已逐漸成為研究的主流。

在我國，陳鐵鑫等采用FEM和邊界元法相結合的等價有限元算法，計算了204型小彈簧平衡型大直徑釜用接觸式機械密封的變形，發現靜環的軸向變形主要是由壓力載荷引起的，動環端面的軸向變形主要由溫升引起。王美華等采用三角形FEM對人字形螺旋槽的熱變形和力變形進行了分析，調用了SAP5―線性系統靜力和動力響應結構分析有限元程序對密封環的力變形、熱變形進行了計算。李文泰和張文格將動靜環合為一體建立了模型，在摩擦面上使用只能受壓力不能承受拉力的虛擬桿元來聯系動環和靜環。依據FEM，采用四節點等參單元計算了密封環的力變形和熱變形。張書貴[17]對機械密封的力變形和熱變形進行了研究，發現熱變形是機械密封變形的主要形式，并討論了熱變形、力變形與密封環的結構、材料及使用條件的關系。張保忠等對內置式機械密封環的變形進行了分析與計算，指出了影響機械密封的因素，提出了改進機械密封的方法。彭旭東等計算不同約束、不同結構動靜環配對的力變形、端面泄漏量、開啟力及氣膜剛度等參數，分析了變形對密封特性的影響。得出力變形使得氣膜呈發散型、約束對變形大小具有重要影響；選擇合適的約束可以減少密封面轉角、提高氣膜剛度、增強密封穩定性，變形對開啟力影響不大，但明顯增大泄漏量、改變氣膜剛度。蔡永寧等采用有限元法求解雷諾方程獲得密封端面流體膜壓分布，計算了不同約束、不同結構動、靜密封環的力變形以及端面泄漏量、液膜剛度和剛漏比等密封性能參數，分析了變形對密封性能的影響。

變形的數值模擬研究現狀說明，有限元法不但不受密封環截面形狀復雜程度的限制，并可模擬機械密封實際工況，應用和發展潛力很大。

3 實驗研究

實驗是機械密封研究的一個必不可少的重要環節，許多現象和規律靠實驗發現，理論模型和計算手段靠實驗驗證和完善。實驗是密封技術研究的重要手段，密封技術領域的許多現象和規律由實驗發現，所提出的理論模型和計算方法靠實驗驗證并逐步完善。機械密封大量的實驗研究始于20世紀60年代，迄今為止，國內外企業和研究機構的學者關于機械密封試驗研究主要內容如下：①研究介質的溫度和壓力、彈簧比壓、轉速等操作參數對機械密封性能和使用壽命的影響；②通過傳感器測量密封環端面的扭矩、溫度、端面比壓和液膜厚度等，研究不同條件下密封端面的摩擦特性及其對密封特性和使用壽命的影響。

目前，關于機械密封端面變形的試驗研究工作開展還較少，且端面變形測試是采用電阻應變測試方法，其中測試方法雖然是一種很成熟的力學測試方法，但是該方法以點測量為基礎，不能獲得全場的變形信號。因此，如何尋找更可靠的測試技術已經成為目前機械密封端面變形測量的重要課題。

4 結論

綜上所述，機械密封端面變形的理論研究還處于初步階段，研究者在物理、幾何等方面做出了不同的假設，形成了兩種理論模型，即變形的解析法。但這兩種解析法只能求解一些幾何形狀比較規則的密封環，應用范圍非常有限。但進行這些簡單的理論研究，有助于建立數學模型及清楚地認識密封環變形問題中各參數的物理意義。端面變形的數值模擬方法（有邊界元法和有限元法）的出現彌補了理論研究的缺陷，特別是有限元法不但不受密封環截面形狀復雜程度的限制，并可部分模擬機械密封實際工況，應用和發展潛力很大。

參考文獻

篇5

【關鍵詞】改造 機械密封 油漿泵

某公司催化裂化FCC裝置用以輸送含有催化劑顆粒的塔底泵，型號為100PYS2130，單級懸臂離心泵，軸功率75kW，流量45.5m3/h，揚程130m。輸送介質為油漿，介質溫度370℃，泵吸入口壓力為0.2MPa。雖然該泵一直使用的是焊接波紋管機械密封，但由于工況介質等諸多因素的影響，該泵在實際使用過程中，機械密封經常發生泄。據統計，機械密封使用壽命最短的時間為15天， 平均使用壽命為4個月左右， 嚴重影響了工藝裝置的正常生產。為徹底消除隱患，筆者對該泵的機械密封系統進行了分析及改造，提高了機械密封的運行周期，確保了裝置平穩生產。

一、故障原因分析

催化油漿泵中的機械密封是DBM290焊接波紋管機械密封，該密封結構特點為：a.靜止式金屬波紋管結構；b.動環與軸套法蘭、螺釘連接；c.動環摩擦副低膨脹合金鑲嵌，靜環摩擦副為浸銻石墨；d.葉輪壓緊軸套實現軸套密封墊的密封。油漿泵的工作介質為催化油漿，介質溫度高且含有催化劑等固體顆粒，運行工況比較惡劣。通過數次檢修及對原機械密封的解剖分析，發現機械密封失效泄漏的原因主要有以下幾個方面。

（一）摩擦副磨損

DBM290焊接波紋管機械密封靜環摩擦副采用的材料是浸銻石墨，拆檢發現靜環摩擦副磨損嚴重且內外緣有缺口。通過試驗發現， 機械密封的端面比壓受波紋管的有效直徑的影響，而有效直徑是隨壓力的變化而改變。由于壓力過大，導致摩擦副過度磨損引起泄漏。同時油漿中含有固體催化劑顆粒其含量為一般不大于6g/L，生產不正常時為12g/L左右， 在操作中工藝條件稍有波動， 催化劑顆粒會進人密封面內，劃傷了動環密封面，并破壞了液膜的連續性，從而引起泄漏。正常密封時，密封面處于邊界或半液體狀態，兩表面被一層邊界膜分開。當密封面間混有催化劑顆粒或靜環密封面上有磨損時，兩密封面間液膜厚度明顯增厚，從而導致了油漿大量泄漏。

（二）摩擦副表面熱裂紋

拆撿發現摩擦副的硬質合金環出現由硬面中心向外發散的許多粗細不一的徑向裂紋。焊接波紋管的硬質合金環與環座兩種材料的膨脹系數存在差別，在機械密封冷卻水壓力不穩定或溫度發生較大變化時容易產生局部高溫，從而導致局部熱應力過大，合金環表面熱裂引起密封失效。

（三）波紋管內側波谷部位的軟焦塊

溫度高、密度大、含有固體顆粒是油漿生成軟焦塊主要原因。該泵在370℃的工況下使用，油漿會慢慢沉淀或凝固在波紋管的縫隙中形成軟焦塊。隨著時間的推移，波紋管縫隙內的軟焦塊使得波紋管不能進行軸向拉伸、壓縮，失去彈性。這樣，波紋管就無法提供隨介質壓力變化的軸向作用力，起不到補償作用，使端面液膜壓減小，造成液膜反壓系數下降， 以致于端面比壓下降， 引起密封失效。

（四）軸套密封墊易發生泄漏

DBM90密封傳動方式為鍵傳動，軸套密封是靠葉輪壓緊軸套內的軸套墊來實現的。造成軸套密封墊泄漏的原因主要有：a. 葉輪發生反轉或泵體預熱溫度過快造成葉輪鎖緊螺母松動，使得密封墊無法壓緊而泄漏；b.在安裝過程中，軸套密封墊內進入雜質，使其密封性能失效而泄漏。

二、解決措施

（一）開槽斜面擠緊軸套式密封結構

針對密封軸套墊的泄漏，采取了開槽斜面擠緊軸套式密封結構。這種定位傳動可靠，安裝、拆卸方便且不傷軸。另外，還設置了限位板，便于泵外調整密封的壓縮量。波紋管內徑一處設一45°斜角，以分散應力，延長波紋管壽命。輔助密封采用柔性石墨替代其他密封材料，可以承受高達425℃的高溫。

（二）采用耐磨摩擦副材料

由于油{泵介質含有固體顆粒， 所以在摩擦副動環表面噴涂了氧化鉻（Cr2O3） ，靜環材料選用YG6，該配合屬于“硬質合金-硬質合金”形式。由于二者硬度不同，既可防止動靜環密封面同時損傷，又避免了產生熱裂現象。針對高溫環境下密封環鑲嵌結構容易脫落的現象，改用整體結構密封環。密封壓縮量定為3.4mm，有效降低了密封面過多的摩擦熱。

（三）金屬波紋管作為旋轉動環

原來所用的機械密封為靜止式結構，油漿極易在波紋管縫隙生成焦塊。為了防止機械密封波紋管縫隙結焦，筆者將金屬波紋管設計成旋轉型結構。旋轉式波紋管密封在旋轉離心力作用下可以自身清洗波紋管，減少波紋管沉積和內側結焦，并能防止因急冷造成的波紋管變形。

（四）改善密封的冷卻、沖洗效果

高溫油漿泵由于介質溫度高，加之短時間的機械負荷或熱負荷的作用，使得密封面間穩定液膜轉變為蒸汽狀態，這轉變過程中的溫差產生了輻射狀徑向小裂紋。為了改善密封摩擦副的冷卻效果，將循環水冷卻改用輕柴油冷卻并將原來密封壓蓋的進、出冷卻孔直徑增加2mm，這樣避免了冷卻介質的汽化且流量增加一倍，大大改善了冷卻效果。為了避免催化劑顆粒粘結，堵塞沖洗管通道，將沖洗孔直徑由5mm增大到7mm，沖洗壓力控制在0.5MPa。通過自沖洗的改進，有效地控制了密封端面溫升，增大液相面積，改善了摩擦狀態。

三、結束語

通過對油漿泵機械密封的失效原因分析，從其材料及結構等方面進行了有效改進。目前，改造后的油漿泵已應用于工業生產中。改造前該泵有效運行時間平均為4個月左右，改造后，該泵連續運行最長可達8000h，期間經過長周期高負荷運行和頻繁的切換運行而無泄漏故障。通過對油漿泵機械密封的改造及應用，不僅解決了影響裝置穩定運行的難題，而且還產生了較大的經濟效益。由此可見，催化裝置油漿泵機械密封的改造是成功的。

參考文獻

[1]顧永泉.機械密封實用技術[M]. 北京：機械工業出版社，2005.

篇6

[關鍵詞]污水泵填料密封機械密封改造

污水處理工程是環境保護的重要項目，而污水泵作為污水處理工程的主要配套設備被廣泛應用于城市排污、礦山、冶金、電力以及石化等污水處理作業，發展前景廣闊。污水泵產品除了要求技術性能好之外，密封是污水泵的關鍵，必須可靠性高，污水泵無故障運行時間長。污水泵在工作中，密封一旦失效，外部介質或油室中的油便會進入電機腔，引起潛水電機缺相、短路、漏電、燒壞電機，甚至影響人身安全。因此，為了進一步提高污水泵使用的安全性、運行可靠性以及提高污水泵無故障運行時間，有必要對污水泵通常使用的機械密封進行結構分析，實行改進。

一、常用的密封形式及不足

目前，污水泵產品常用的密封形式有兩種：填料密封和機械密封。填料密封，如圖1所示，是最古老的一種密封結構，發源于工業革命之前的傳統密封裝置，有著100年的材料工藝、劑系統和制造方法，并保持持續進步，目前很多的應用場合。經分析，該軟填料密封結構存在如下缺陷：

1.密封介質含有的雜質嚴重影響密封性能。雜質進入軟填料密封內部，進一步增大了填料密封和軸套之間的摩擦、磨損。雖然材料耐磨性較好，但是使用效果仍然不佳，泄漏頻繁。另外由于沒有采用封液對填料密封進行冷卻，也加劇了填料與軸套之間的磨損。

2.工作狀態不穩定需頻繁調整和更換填料。由于軟填料自身具有的粘彈特性，在工作狀態下會出現明顯的應力松弛。為保持其正常的密封功能，需不斷地通過壓緊壓蓋來增大填料與軸的徑向接觸力，同時也增大了軟填料與軸的磨損，因此不得不經常更換(或添加)填料，維修工作量和費用大大增加。

3.磨損嚴重致使能耗量大。根據軟填料密封的工作機理，填料密封與軸(或軸套)之間必須保持較大的徑向接觸壓力以維持密封，因此填料和軸(或軸套)的摩擦、磨損都很嚴重，在密封很快失去工作能力的同時，造成相當大的能耗浪費。

機械密封具有摩擦功率損失小、壽命長、不泄漏等諸多優點，目前已在水泵上廣泛應用。要把填料密封結構的水泵改造成機械密封結構需從設計、結構和加工幾方面考慮。

文獻討論了污水泵工況時軟填料密封的失效原因，并提出了改進的方案，有一定的借簽和實用價值；機械密封亦稱端面密封，其有一對垂直于旋轉軸線的端面，該端面在流體壓力及補償機械外彈力的作用下，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。

污水泵中常用的機械密封結構有兩種形式：一種方案是在潛水污水泵的油室里安裝一套雙端面機械密封；另一種方案是在污水泵油室里設置一套單端面機械密封，而另一套設置在泵腔，使用在所抽送的污水介質中。

1—軸套；2—動環輔助密封圈；3—動環；4—密封墊片；5—靜環；6—靜環輔助密封圈圖機械密封通常由動環、靜環、壓緊元件和密封元件組成。其中動環和靜環的端面組成一對摩擦副，動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。圖2所示為雙端面機械密封，水泵側與電機側兩道密封端面都是靠彈性構件-彈簧和密封介質的壓力在旋轉的動環和靜環的接觸表面上產生適當的壓緊力，使這兩個密封端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。其中水泵側密封端面與電機側密封端面結合處B，是密封點，防止所抽介質進入油腔，防止油腔內的油進入電機腔；6為靜環與壓蓋端面之間密封點，A處是動環與軸配合面之間的密封點，C是箱體間的密封。

A、B、C所示結構機械密封最容易出現泄露現象，由于使用介質的復雜性，易使抱軸橡膠老化，一旦出現老化就直接影響彈簧傳動而使得密封失效，同時，兩端面密封都得靠同一個彈簧產生壓力，若其中一邊端面接觸失效，整套密封也就失效。因此，這種機械密封一直存在失效快、返修率高的不足之處，直接影響到泵使用壽命。

機械密封在實際運行中不是一個孤立的部件，它是與泵的其它零部件一起組合起來運行的，同時通過其基本原理可以看出，機械密封的正常運行是有條件的，例如：泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓；機械密封處的泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件，再加上良好的機械密封自身性能，才能達到理想的密封效果。

因此，在實際應用中，以機械密封來代替填料密封的情況越來越多。

二、填料密封的機械密封改造

1.改裝方法

污水泵填料筒的徑向尺寸和軸向尺寸較小，影響了機械密封的安裝。在滿足強度的情況下，將填料筒的內徑相應地擴大；若有軸套，可將軸套的外徑相應地縮小或將軸套拆除。

2.主要尺寸確定

(1)確定傳動套或彈簧座在軸套上的位置。如圖3所示。為了防止傳動套或彈簧座同填料內套端面碰，把安裝機械密封的起點尺寸定為[H-K=5～15mm]。

(2)確定軸套總長度。軸套的總長度一般比原來的總長度稍稍長一點。因為考慮到軸套尾端部分要伸出密封壓蓋5～10mm左右，以利于安裝方便。尺寸根據設計的密封壓蓋厚度而定。

(3)確定傳動套或彈簧座在軸套上的定位尺寸D：D=L-[H-K-(5-10)+l]。

1.填料箱平面2.填料箱殼體3.填料內套4.軸套5.軸6.密封圈E.內套端面H.填料箱深度L.套筒長度

(4)軸套與軸的密封。軸套與的形圈軸的密封可采用聚四氟乙烯車制成直徑為3mm的O形圈來進行密封。安裝機械密封的軸套，要求具有良好的抗腐蝕性和耐磨性，對于放置動環密封圈的軸套表面要求鍍鉻處理，表面粗糙度為0.8。

(5)密封壓蓋結構尺寸的確定。機械密封的靜環裝在壓蓋上。壓蓋上安裝靜環的各種配合尺寸均按靜環的幾何尺寸進行設計，結構可參照機械密封有關資料。

3.改造技術要求

(1)安裝機械密封部位的軸或套。軸或套的徑向跳動0.04～0.06mm；表面粗糙度不低于0.8，軸或套外徑尺寸公差為h7；密封軸套端部必須做倒角并修光滑。

(2)密封壓蓋。密封壓蓋應有足夠的厚度，防止在液體壓力作用下產生變形；密封壓蓋固定螺栓不少于3個；與靜環密封圈接觸部位的表面粗糙度不低1.6，其接觸面對軸中心線跳動允差±0.04mm；安裝靜環密封圈的端部必須做倒角并修光滑。

(3)轉子。瞬時軸向竄動量不超過±0.15mm；軸向游動量不超過±0.1mm軸振動量不超過±0.05mm。

(4)密封腔。密封腔與密封壓蓋配合的止口跳動允差為0.04～0.08mm；密封腔與密封壓蓋配合的端面跳動允差為0.06～0.08mm。

三、機械密封結構改造

將圖2中C處密封面是機械密封最容易發生泄露處，而錐面機械密封特別適合于含有固體懸濁物的泵送設備，因此將C處改為錐面密封，如圖4所示。靜環材料為填充聚四氟乙烯，動環材料為不銹鋼，錐面噴涂碳化鎢。其主要特點為：

錐面機械密封的動環為一錐環，其半錐角為α；靜環的內徑。在設計中注意G與接觸母線T的關系，當錐面機械密封的靜環磨損后，接觸母線長度T不斷增加，使得載荷系數G不斷減小。所示為接觸母線長度T與載荷系數G的關系曲線，運轉過程中，靜環磨損和G值降低所造成的卸載，使密封比壓pc降低。由此而產生泄漏時，必須通過調節彈簧壓縮量(彈簧加載)來維持足夠的密封比壓。

機械密封在運轉中，彈簧一般不再進行調整。彈簧在錐面機械密封中起著補償密封環磨損卸載和G值降低卸載雙重作用，設計中正確確定彈簧比壓是保證密封性能和使用壽命的重要一環。

四、結束語

改造后的密封結構，密封可靠，泵在運轉中基本不漏，調節維護方便。提高了密封性能，延長了運行周期，節省了檢修費用。經過上述改造之后的污水泵運行良好，延長了設備的連續運行時間。

參考文獻：

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[2]趙丹峰.污水泵用軟填料密封改造[J].化工機械，2008，35(4)：244-245.

[3]田應雄，徐德東.關于液下污水泵軸封結構的改造[J].通用機械，2008.73-74.

篇7

摘要：離心泵是目前國內外化工企業最常用的設備之一，離心泵最主要采用的密封方式為機械密封，本文介紹了機械密封的作用及工作原理，對機械密封的泄漏原因分析和預防措施進行了重點討論。

關鍵詞：離心泵；機械密封；設備；泄漏；預防；彈性元件；靜環；動環

Improvement of Piston system and Lubricate system for TZP 2000 lye Pump

LIU Fei

(No.2 Aluminum Oxide Plant, Zhongzhou Branch, China Aluminum Industry Co., Jiaozuo, Henan 454100, China)

【Abstract】At present，centrifugal pump is one of the most commonly used equipment at home and abroad,mechanical seal is the most popula sealed for centrifugal pump, describes the role of mechanical seal and works, mechanical seal leakage reasons analysis and prevention measures for the focus of discussions.

【Key words】centrifugal pump、mechanical seal、equipment、 leak、 prevent、elastic background、stationary seal ring、Rotary Face

前言：

離心泵是目前國內外化工企業最常用的設備之一，它兼有流量大、連續性強、揚程和工作效率高等優點，離心泵為企業立下了汗馬功勞。據我國石油化工行業統計，80%以上的離心泵采用的密封方式為機械密封。由于工況條件的不同，離心泵在輸送物料過程中，經常出現機械密封處物料的泄漏，給環境造成污染，并造成能源的浪費。目前，如何控制機械密封的泄漏，成了本企業急需解決的重大難題。

一、離心泵工作原理及機械密封裝置的作用

離心泵通過電機、聯軸器，使其葉輪高速旋轉，在葉片之間的液體受到葉片的推動，在離心力的作用下，不斷地從中心被甩向四周，當泵內液體從葉輪中心被拋向邊緣時，中心處形成了低壓區，由于進泵前的液體壓強大于泵吸入口處的壓強，在壓強差的作用下，液體便經吸入管連續地吸入泵內，以補充被排出液體的位置，只要葉輪不停地旋轉，液體便不斷地吸入和排出。

泵軸穿過泵殼時，動靜之間有間隙存在時，泵內的液體就會從間隙漏至泵外，我廠離心泵的主要工作介質為含有高濃度苛堿的礦漿，如果泄漏則會污染環境，若吸入端是真空，則外界空氣會漏入泵內，嚴重影響泵的工作，為了減少泄漏，一般在動靜間隙處裝有軸端密封裝置。軸封裝置是離心泵的重要部件，它直接關系到離心泵能否正常工作。現在軸封裝置一般采用機械密封。

二、機械密封原理

機械密封是一種依靠彈性元件對動、靜環端面密封副的預緊和介質壓力與彈性元件壓力的壓緊而達到密封的軸向端面密封裝置。(如下圖)

l靜環 2動環 3動環密封圈 4推環 5彈簧 6傳動座 7靜環密封圈 8壓蓋 9墊片

機械密封通常由靜環、動環、壓緊元件和密封元件組成。動環和靜環的端面組成一對摩擦副，動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封圈起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙的作用，同時對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中不是一個孤立的部件，它是與泵的其它零部件一起組合起來運行的。

三、機械密封泄漏的原因分析

新安裝(或更換)的機械密封投入運轉時泄漏量應在允許范圍內。如果密封本身的結構、制造質量、安裝和使用等方面都無問題，其壽命要超過 8oooh。實際工作中，不少密封的使用壽命遠沒有達到該值前就失效了，這是由于工藝條件、設備運行狀況和操作存在一定的問題造成的。我廠離心泵主要的運輸介質是：溫度為95°左右的礦漿； 240g/L的苛堿；固體顆粒≤3mm。根據近幾年來機械密封運行工況和失效后的拆檢情況來看，其常見原因如下：

1、密封環熱裂紋

機械密封拆開時可發現，硬環表面有過熱回火色，石墨環表面有環狀溝紋、橡膠圈老化等。

主要原因是：①由于介質溫度過高泵體內形成汽蝕，汽蝕發生后，水力沖擊帶動密封做迅速的軸向振蕩，使動靜環及輔助密封圈等零件嚴重的磨損，使機械密封裝置損壞。②不良，密封環端面沒有形成液體膜或密封環端面間液膜汽化，形成干摩擦；③冷卻系統散熱不良；

2、離心泵的振動

由于制造和安裝精度等原因，所有的離心泵都存在著振動。振動的原因主要為轉子不平衡、機泵不同心、滾動軸承故障等。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：垂直、水平和軸向，其中以軸向振動對密封的危害最大。當泵振動加劇時，動靜環之間發生分離。瞬間的分離在液膜壓力作用下致使密封面開啟，出現大量泄漏，如果這時介質中固體顆粒含量超過5%時，由于振動引起端面分離，顆粒嵌入較軟的石墨環端面，造成硬質環密封面的過度磨損。拆卸檢查時可發現，在硬密封面上有清晰的摩擦痕跡，進入固體顆粒時有劃痕。

3、彈性元件失彈

篇8

關鍵詞：離心泵 機械密封 失效 措施

機械密封是一種應用廣泛的旋轉軸動密封，具有密封性好、使用壽命長、運轉中不用調整、功率損耗小、密封參數高等優點，是旋轉設備上最主要的軸封方式。因此機械密封的運行好壞直接影響泵的可靠運行及裝置的連續生產。

一、機械密封工作原理及基本結構

機械密封是由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。（圖1）

1—靜環；2—動環；3—彈性元件；4—彈簧座；5—緊定螺釘；6—動環密封圈；7—防轉銷；8—靜環密封圈；9—壓蓋

機械密封主要由靜環、動環、彈性元件及輔助密封機構組成。靜環和動環組成一對密封端面（摩擦副），動環靠密封室中液體的壓力使其壓緊在靜環端面上，并在動環與靜環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液膜而達到密封的目的。彈性元件產生壓力，可使泵在非運轉情況下也保持密封端面貼合。保證密封介質不泄漏，并防止異物進入密封面。輔助密封起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙及壓蓋與殼體間隙的作用，同時對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機封在實際運行中是與泵其它零件一起組合運行的。通過機械密封原理看出，機封的正常運行是有條件的。只有消除如：泵抽空或者氣蝕，摩擦副端面不能形成正常的液膜或者液膜的穩定性不好；機械密封處的軸振動過大，密封端面受力不均等原因。才能達到良好的密封效果。

二、機械密封失效原因分析

機封投入正常運轉時，機封的泄漏量應該在允許范圍內。在其本身結構、質量、安裝和使用等方面無問題的條件下，其使用壽命應該在24000小時左右。在實際工作中，機封的使用壽命在沒達到該值的情況下就已失效，這是由于工藝條件、設備運行狀況、操作條件和安裝質量存在一定問題造成的。

1.泵抽空或汽蝕

抽空現象是由于泵在啟動前沒有灌泵或者灌泵不充分、不滿液或介質大量汽化，在性能上表現為出口壓力趨近于零，摩擦副因干或半干摩擦而產生磨損失效。拆卸時發現動靜環表面有環狀溝紋、密封圈老化等現象。

由于介質溫度過高，介質在葉輪入口的低壓區氣化或氣泡逸出，當氣泡隨液體流至高壓區時又產生凝聚或氣泡破裂，瞬間內周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占的空間，造成液體互相撞擊，在沖擊點處形成極大的壓強。這種現象稱為汽蝕。其特點是離心泵運轉中產生激烈的水力沖擊，表現泵出口壓力有較大幅度的波動。汽蝕發生后，水力沖擊帶動密封做迅速的軸向振動，使動靜環及輔助密封等零件嚴重磨損。拆卸檢查時發現，彈簧卡住、靜環離位、輔助密封圈損壞、密封端面嚴重磨損及石墨環斷裂的現象。

2.泵振動過大

由于制造和安裝精度等原因，所有離心泵都存在著振動。振動原因主要為轉子不平衡、泵與電機不同心等振動可分解為垂直、水平和軸向，其中以軸向振動對機封的危害最大。當振動加劇時，動靜環之間分離。瞬間的分離在液膜壓力作用下致使密封面開啟，出現大量泄露，如果在這瞬間摩擦副附近介質中含有固體顆粒，進入密封端面間，會導致密封端面損壞。

3.泵軸彎曲

機封是一種旋轉軸向的接觸式動密封。它是在流體介質和彈性元件的作用下，兩個垂直于軸線的密封端面緊密貼合、相對旋轉，從而達到密封效果，因此要求兩個密封面之間要受力均勻。如泵軸彎曲，運轉時在機械密封安裝處產生較大的撓度，使密封面之間的受力不均勻，導致密封發生泄漏。

4.輔助系統方面

機封的輔助沖洗系統可以有效地保護密封面，起到冷卻、等作用。如果泵運行后，沖洗系統沒有進行投用或者密封沖洗液水量不足，密封端面處于干摩擦狀態，導致機封嚴重損壞。

5.操作方面原因

啟動離心泵時，如果沒有灌泵或者排氣不充分，沖洗系統不正常投用，都將會導致機封失效損壞。

三、采取的措施

1.消除泵抽空和汽蝕的措施

1.1降低介質溫度保證介質不大量汽化。

1.2對于凝結水泵，提高泵入口靜壓，保持不低于凝結水罐液位的1/3。

2.消除泵振動過大的措施

2.1轉子部分

轉子徑向跳動量不超過0.03～0.05mm.

2.2與電機的同心度

電機單獨運轉時振幅不超過0.03mm；工作溫度下泵與電機的同心度。軸向≦0.08mm，徑向≦0.10mm.

2.3泵運轉時振動值最大不超過0.06mm。

2.4操作維修調節時，嚴格執行相關規程，消除振動源。

3. 消除泵軸彎曲的措施

3.1轉子做動平衡，無法校正的更換新軸。

3.2及時更換磨損軸套，避免加劇軸彎曲。

4. 消除輔助系統方面的措施

4.1對于沒有沖洗系統的泵，經過長期停用，在再次啟動前，應拆卸檢查機封有無卡阻現象，清洗后在使用。

4.2有自沖洗的機械密封，應定期檢查沖洗管路，如有堵塞情況，及時清理。

5.消除其他方面的措施

5.1嚴格執行設備操作規程，按照規程進行操作。

5.2有外沖洗的機械密封，在啟泵前一定要打開冷卻水，保證流量和壓力。

四、結語

機械密封失效，除自身原因外還有工況條件、運行狀態和操作安裝等其他方面的原因，在實際生產中，通過觀察機封的運行及磨損情況，詳細分析原因，逐一消除，這樣才能保證密封長期可靠地運轉。

參考文獻

[1]袁周 黃志堅主編.工業泵常見故障及維修技巧.北京：化學工業出版社，2008.

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【關鍵詞】離心泵；機械密封；泄漏

在化工生產中，常常需要將流體從低處輸送到高處、從低壓輸送至高壓，或沿管道送至較遠的地方。為達到此目的，必須對流體加以外功，以克服流體輸送過程中的阻力。為流體提供能量的機械成為流體輸送機械，根據工作原理的不同通常分為四類，即離心式、往復式、旋轉式及流體動力作用式。而離心泵即為流體輸送機械中最為常見的一種動力機械。離心泵具有結構簡單、流量大而均勻、操作方便的優點。而機械密封則是這種流體輸送機械的軸封裝置，具有泄漏量小和壽命長等優點。

1 機械密封故障現象及分析

泵用機械密封種類繁多、型號各異，但泄漏點主要有五處：軸套與軸間的密封；動環與軸套間的密封；動、靜環之間的密封；靜環與靜環座間的密封；密封端蓋與泵體間的密封。

一般來說，軸套外伸的軸間、密封端蓋與泵體間的泄漏比較容易發現和解決，但需細致觀察，特別是當工作介質為液化氣體或高壓、有毒有害氣體時，相對困難些。其余的泄漏直觀上很難辨別和判斷，須在長期管理、維修實踐的基礎上，對泄漏癥狀進行觀察、分析、研判，才能得出正確結論。

1.1 安裝靜試時泄漏

機械密封安裝調試好后，一般要進行靜試，觀察泄漏量。如泄漏量較小，多為動環或靜環密封圈存在問題；泄漏量較大時，則表明動、靜環摩擦副間存在問題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎上，再手動盤車觀察，若泄漏量無明顯變化則靜、動環密封圈有問題；如盤車時泄漏量有明顯變化則可斷定是動、靜環摩擦副存在問題；如泄漏介質沿軸向噴射，則動環密封圈存在問題居多，泄漏介質向四周噴射或從水冷卻孔中漏出，則多為靜環密封圈失效。

1.2 試運轉時出現的泄漏

泵用機械密封經過靜試后，運轉時高速旋轉產生的離心力，會抑制介質的泄漏。因此，試運轉時機械密封泄漏在排除軸間及端蓋密封失效后，基本上都是由于動、靜環摩擦副受破壞所致。

引起摩擦副密封失效的因素主要有：

（l）操作中，因抽空、氣蝕、憋壓等異常現象，引起較大的軸向力，使動、靜環接觸面分離；

（2）對安裝機械密封時壓縮量過大，導致摩擦副端面嚴重磨損、擦傷；

（3）動環密封圈過緊，彈簧無法調整動環的軸向浮動量；

1.3 正常運轉中突然泄漏

離心泵在運轉中突然泄漏少數是因正常磨損或已達到使用壽命，而大多數是由于工況變化較大或操作、維護不當引起的。主要有：

（1）抽空、氣蝕或較長時間憋壓，導致密封破壞；

（2）對泵實際輸出量偏小，大量介質泵內循環，熱量積聚，引起介質氣化，導致密封失效；

（3）回流量偏大，導致吸人管側容器（塔、釜、罐、池）底部沉渣泛起，損壞密封。

2 機械密封失效原因分析與維修

2.1 周期性滲漏

（1）泵轉子軸向竄動量大，輔助密封與軸的過盈量大， 動環不能在軸上靈活移動。在泵翻轉，動、靜環磨損后，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， 動環裝配后保證能在軸上靈活移動（把動環壓向彈簧能自由地彈回來）。

（2）密封面油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。

對策：油室腔內油面高度應加到高于動、靜環密封面。

（3）轉子周期性振動。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生滲漏。

對策：可根據維修標準來糾正上述問題。

2.2 由于壓力產生的滲漏

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定進行， 不允許有過大或過小的現象， 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， 可采用硬質合金、陶瓷等耐壓強度高的材料， 并加強冷卻的措施， 選用可用的傳動方式，如鍵、銷等。

2.3 由于介質引起的滲漏

大多數潛污泵機械密封拆解后， 靜環和動環的輔助密封件無彈性， 有的已經腐爛， 造成了機封的大量滲漏甚至有磨軸的現象。由于高溫、污水中的弱酸、弱堿對靜環和動環輔助橡膠密封件的腐蝕作用，造成了機械滲漏過大， 動、靜環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， 橡膠件應選用耐高溫、耐弱酸、弱堿的氟橡膠。

3 結論

以上總結了機械密封比較常見的泄漏原因以及維修對策。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、裝配質量都有很高的要求。在實際使用過程中，應綜合考慮機械密封失效的各種因素，使裝配的機械密封適用于離心泵的技術要求和工藝要求，保證機械密封長期可靠地運轉。

【參考文獻】

[1]顧永泉.機械密封實用技術[M].北京：機械工業出版社，2002.

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關鍵詞 改造;機械密封;節能;降耗

中圖分類號TH311 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2010)25-0158-02

1 泵結構簡介

目前,上海市自來水閔行有限公司第二水廠所用的RDL500-700A2出水泵是由凱士比生產的,此類泵是RDL型單級雙吸離心清水泵,主要零部件有泵體、泵蓋、葉輪、軸、雙吸密封環、軸套、聯軸器等組成。主要性能參數為:流量2 300m3/h,額定揚程40m水柱,軸徑130mm,額定功率400kW。上海市自來水閔行有限公司第二水廠二期41號機組原配為機械密封軸封形式,同樣為RDL系列臥式離心泵,其機械密封形式值得借鑒,從側面也能證明21號機組機械密封改造能夠獲得成功。

2 泵的現場運行介紹

該泵是為閔行區內的自來水管網提供送水作用。工作介質為自來水,無固體雜質,水質的PH值為7左右,常溫。此種泵在機組里裝有3臺,1臺備用,平日工作時揚程在28m~32m。

3 RDL500-700A2出水泵的改造過程

3.1 軸封改造的背景

隨著機械密封技術不斷創新,新材料、新工藝、新產品不斷涌現,機械密封在高速、正壓、非生水水泵應用較為普遍和成熟,機械密封的壽命由1年延長到2年,甚至更長。填料密封已不能滿足較高的密封要求,而機械密封技術的快速發展,加快了填料密封的淘汰速度。再者目前的大環境也要求技術改造的同時充分考慮節能降耗效果。

3.2 機械密封選型設計

目前,市面上廣泛被離心泵采用的機械密封有兩類,一類是集裝式機械密封,另一類為分離式機械密封,兩類機械密封的區別見表1。

根據上表的比較,我們確定選取集裝式機械密封作為21號機組軸封改造的選型。同時,根據上海市自來水閔行有限公司第二水廠出水泵的實際運行工況和工作介質的性質和參數,選配上海博格曼有限公司生產并應用比較廣泛的CARTEX型機械密封。CARTEX型機械密封的性能如下:

1)應用工況:清水介質;

2)運行參數:溫度為常溫;

轉速為1 000RPM以下;

壓力為0.5MPa以內。

可以看出, CARTEX型機械密封完全適合我廠出水機組的運行工況。

CARTEX型機械密封的結構特點:彈簧內置式集裝型機械密封,介質與彈簧隔離,有效地提高了機械密封在惡劣工況的使用壽命,進一步擴大了機械密封的適用領域,采用小彈簧,使密封斷面受力均勻。集裝式設計,大大減少了安裝、調試難度,便于安裝。可根據客戶具體連接尺寸設計,平衡設計可使用在壓力較高場合。CARTEX型機械密封的簡單易用,也是我們選擇它作為改造所用機械密封的原因之一。

3.3 改造加工過程

3.3.1 加工機械密封

根據軸套和盤根室尺寸及壓蓋螺栓孔中心距確定機械密封的形式為靜止、非平衡、單端面、多彈簧型,各部件材質應用如下:

1)靜環:碳化硅;特點:高硬度,使用壽命長;

2)動環:石墨;特點:硬度適中,導熱及性能良好;

3)輔助密封:乙丙橡膠;特點:耐磨、抗撕裂,使用壽命長(忌油);

4)彈簧:1Cr18Ni9;

5)金屬部件:304不銹鋼;

6)墊片:V氟橡膠。

3.3.2 加工軸套

材質選用的是1Cr17鋼。(由KSB提供官方配件)。

3.3.3 安裝

詳細安裝步驟如下:

1)對泵體本身結構不做任何改動;

2)將填料腔外端面的壓蓋螺栓孔由2個增加至4個,以保證機械密封安裝時壓蓋受力均勻;

3)在填料腔和壓蓋直接增加一層墊片,確保壓蓋的密封性能;

4)取消填料、分水環、填料壓蓋;

5)保留原有的外部循環管路系統,該系統僅在啟動時使用,正常運行時可關斷填料腔冷卻水;

6)從機械密封內沖洗口接一根公稱通徑8mm管子并入原卸壓孔,并安裝球閥進行控制。

整個安裝過程簡單,實際安裝時間僅僅兩工作日,加上調試以及機組解體、組合的時間,在1周內完成所有改造工作。

4 效果分析

4.1 設備經過機械密封改造后,明顯具備以下優點

1)不再需要調節冷卻水,機械密封靠內循環水冷卻,降低了操作工的操作強度,節約了冷卻水;

2)不再會因為填料老化而出現設備故障,設備運行安全性得以提高;

3)水泵日常保養周期大大延長,每兩年更換密封圈即可,檢修工作量和難度大為減少;

4)不再存在填料的二次污染;

5)生產現場不再出現盤根甩水造成的臟亂現象。

4.2 設備改造后節能效果分析:

4.2.1 節能效果驗證方法

水泵軸封經過改造成機械密封形式,節能角度從原理上講僅僅避免(減少)了泵殼泄漏以及填料和泵軸之間摩擦所造成的能量損耗,節能效果不會特別明顯。為了檢驗機械密封改造的節能效果,我們對21號機組運行數據進行了詳細統計,取了100組數據,改造前后各50組,統計的數據包括:流量(m3)、壓力水量(m3/MPa)、電量(kwh),通過計算出水單耗(kwh/Kt),配水單位電耗(kwh/KtMPa)來驗證效果。

4.2.2 節能效果驗證過程

從圖1和圖2可以看出,機械密封安裝前后,機組的出水單耗和配水單位電耗沒有顯著的變化,數據均在基本相同的區間來動。為了進一步明確節能效果,我們對統計的數據進行了平均化處理(以壓力為參照物),并作對比,如圖3。

從圖3可以明顯看出,機械密封安裝以后,在相同的壓力條件下,機組的出水單耗變化在1%左右,節能效果如預期,并不明顯。

4.2.3 改造經濟效益核算

雖然通過統計,21號機組經過軸封改造,節能效果并不明顯,但是積水成淵,在機械密封的使用壽命內,累計下來節約的費用仍然是一筆不小的費用:

1)通過更換機械密封,顯而易見將省下原先更換填料的費用。以目前的填料使用情況來計,機組每年至少系統更換1次盤根填料, 重量在3kg左右,加上日常保養所更換的數量,一年合計在大約4kg。目前,采購的GFO材質填料每公斤價格為0.1萬元左右,由此可計算出每年節約的填料費用為0.4萬元。

2)更換機械密封的同時也更換了水泵的軸套,等于節約了一套不銹鋼軸套的費用。KSB原產不銹鋼軸套,材質為1Cr17,價格在2萬左右,使用壽命為3年(根據官方手冊),這樣折算下來每年可節約軸套費用0.7萬元。同時更換了機械密封,軸套基本不存在磨損,長遠來看節約的成本更高。

3)節約電費:以節約用電1%為標準,一期出水設備情況為2用1備,同時考慮到調度的關系導致一期出水系統不是24h滿負荷運行,如果以70%負荷計,則該機組一年運行時間為365x24x0.66x0.7=4 047.12小時,取4 000h計算。機組配套功率為400kW,通常耗電量為每小時360度左右,取360kW為軸功率,如此一年可節約用電360x4 000x0.01=14 400kwh,目前工業用電的平價單價為0.67元/度,以此計則每年可節約電費約1萬元。

4)其它費用:軸封改造后節省的降低工人勞動強度及降低設備檢修難度和工程量的隱性成本。

目前,行業上機械密封的壽命一般以3年做計算,3年的話,可節約成本6萬余元,已經和更換機械密封的投資金額相當,其中還不包括節約的隱性成本。此外21號機組運行環境好,采用的機械密封為國際一線品牌、質量好,相對來說使用壽命將會遠遠大于3年,以41號機組為例,至今已經使用4年,還未發生任何軸封故障。3年后該機械密封繼續運行的話,就等于是直接為企業降低了運行成本。