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摘 要：机械密封为端面密封形式，其性能可靠，泄漏量小，使用寿命长，功耗低，但结构复杂，制造要求及安装要求均比较高。
关键词：机械；密封失效；原因分析
Abstract: mechanical seal is end face seal form, it has reliable performance, small leakage, long service life and low power consumption, but the structure is complicated, manufacturing requirements and installation requirements are relatively high.
Key words: mechanical seal failure; cause analysis;
中图分类号：F407.4 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02
机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧力达到密封的轴向端面密封装置(如图所示)。故又称端面密封机械密封通常由静环、动环、压紧元件和密封元件组成。动环和静环的端面组成一对摩擦副．动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的 压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下．也保持端面贴合。保证密封介质不外漏．并防止杂质进人密封端面 密封圈起密封動环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用．同时对泵的振动、冲击起缓冲作用 机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件．它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的 通过其基本原理可以看出。机械密封的正常运行是有条件的，只有消除例如：泵抽空或汽蚀，摩擦副端面不能形成正常的液膜：机械密封处的泵轴振动过大．密封端面受力不均匀等类似的外部条件，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。
泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：（l）轴套与轴间的密封；（2）动环与轴套间的密封；（3）动、静环间密封；（4）对静环与静环座间的密封；（5）密封端盖与泵体间的密封。
1．安装静试时泄漏机械密封安装后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化且泄漏相位有变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则可能动环密封圈损坏，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则可能静环密封圈损坏。
2．试运转时出现的泄漏
在设备试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：（l）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；（2）对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤。对于机封的压缩量，波纹管4-6mm 。一般先测量在自由状态下的弹簧伸缩量,再测量机面安装到位后的量,一减就是压缩量。集装式密面可以不用自己去定压缩量，因为整个密面装好时已定好了，非集装式密封要根据不同的泵的类型来测量。单弹簧机械密封的压缩量为50%-70%，大概密封压死后放开3-5mm,多弹簧（碟形簧）的压缩量为90%左右，即机械密封压死后放开1.5-2.5mm即可。同时还要考虑密封面的宽窄，弹簧的力度,工作时受力状态。实际调节弹簧压缩量是为了满足弹簧比压，而不是为压缩量而压缩量，不管它是单弹簧还是多弹簧。通常机械密封的弹簧比压大致控制在1.3-2..8kgf/cm2左右。最佳取值多少要根据实际工况条件、摩擦副配对材质、补偿环辅助密封圈结构型式和要与载货系数K值相适应等等。还有就是跟泵打什么介质有关，如果是水压缩量大点也无所谓，如果是易燃易爆的就不能太大，防止密封油膜成型不好 过热 发生危险。 一般靠添加垫片就可以调节压缩量的大小。 如果要自己排压缩量则需要 量个各互相接触的部件的高度 然后在加减 （3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；（4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；（5）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；3、由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效：1）因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；
2）介质的压力饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；
3如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或阻塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也造成介质压力低于其饱和蒸汽压的状况。
4、由于高温效应而产生的机械密封失效：1）热裂是高温油泵，如油渣泵、回炼油泵等最常见的失效现象。在密封面处由于干摩擦、冷却水突然中断，杂质进入密封面、抽空等情况下，都会导致环面出现径向裂纹；
2）石墨炭化是使用碳—石墨环时密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨环一旦超过许用温度（一般在-105～250℃）时，其表面会析出树脂，摩擦面附近树脂会发生炭化，当有粘结剂时，会发泡软化，使密封面泄漏增加，密封失效；
2）辅助密封件（如氟橡胶、乙丙橡胶、全橡胶）在超过许用温度后，将会迅速老化、龟裂、变硬失弹。现在所使用的柔性石墨耐高温、耐腐蚀性较好，但其回弹性差。而且易脆裂，安装时容易损坏。
5、由于密封端面的磨损而造成的密封失效：1）摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压（包括弹簧比压）过大等,都会缩短机械密封的使用寿命。对常用的材料，按耐磨性排列的次序为：碳化硅—碳石墨、硬质合金—碳石墨、陶瓷—碳石墨、喷涂陶瓷——碳石墨、氮化硅陶瓷——碳石墨、高速钢——碳石墨、堆焊硬质合金——碳石墨。2）对于含有固体颗粒介质，密封面进入固体颗粒是导致使密封失效的主要原因。固体颗粒进入摩擦副端面起研磨剂作用，使密封发生剧烈磨损而失效。密封面合理的间隙，以及机械密封的平衡程度，还有密封端面液膜的闪蒸等都是造成端面打开而使固体颗粒进入的主要原因。6、因安装工艺、运转或设备本身所产生的误差而造成机械密封泄漏：a）由于安装工艺不良，造成机械密封泄漏。主要表现在以下几方面：1）安装时动静环密封面碰伤、损坏；2）动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；3）动、静环表面有异物未清洗洁净；4）轴套处泄漏，密封圈未装或安装时拧劲；6）安装时弹簧未调整好，导致弹簧高度不一致，甚至有蹩劲现象；7）密封腔端面与轴垂直度不够，锁紧螺母固定错误；b）设备在运转中，机械密封发生泄漏的原因主要有：1）泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等均会导致密封周期性泄漏；2）密封圈材料选择不当，溶胀失弹；3）大弹簧转向不对；4）设备运转时振动太大；5）动、静环与轴套间形成水垢使弹簧失弹而不能补偿密封面的磨损；6）密封环发生龟裂等。
7）泵在停一段时间后再启动时发生泄漏，这主要是因为摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧腐蚀、阻塞而失弹。
8）泵轴弯曲运转时在机械密封安装处产生较大的挠度。使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好， 发生泄漏。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：机械；密封失效；原因分析
Abstract: mechanical seal is end face seal form, it has reliable performance, small leakage, long service life and low power consumption, but the structure is complicated, manufacturing requirements and installation requirements are relatively high.
Key words: mechanical seal failure; cause analysis;
中图分类号：F407.4 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02
机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧力达到密封的轴向端面密封装置(如图所示)。故又称端面密封机械密封通常由静环、动环、压紧元件和密封元件组成。动环和静环的端面组成一对摩擦副．动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的 压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下．也保持端面贴合。保证密封介质不外漏．并防止杂质进人密封端面 密封圈起密封動环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用．同时对泵的振动、冲击起缓冲作用 机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件．它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的 通过其基本原理可以看出。机械密封的正常运行是有条件的，只有消除例如：泵抽空或汽蚀，摩擦副端面不能形成正常的液膜：机械密封处的泵轴振动过大．密封端面受力不均匀等类似的外部条件，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。
泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：（l）轴套与轴间的密封；（2）动环与轴套间的密封；（3）动、静环间密封；（4）对静环与静环座间的密封；（5）密封端盖与泵体间的密封。
1．安装静试时泄漏机械密封安装后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化且泄漏相位有变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则可能动环密封圈损坏，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则可能静环密封圈损坏。
2．试运转时出现的泄漏
在设备试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：（l）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；（2）对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤。对于机封的压缩量，波纹管4-6mm 。一般先测量在自由状态下的弹簧伸缩量,再测量机面安装到位后的量,一减就是压缩量。集装式密面可以不用自己去定压缩量，因为整个密面装好时已定好了，非集装式密封要根据不同的泵的类型来测量。单弹簧机械密封的压缩量为50%-70%，大概密封压死后放开3-5mm,多弹簧（碟形簧）的压缩量为90%左右，即机械密封压死后放开1.5-2.5mm即可。同时还要考虑密封面的宽窄，弹簧的力度,工作时受力状态。实际调节弹簧压缩量是为了满足弹簧比压，而不是为压缩量而压缩量，不管它是单弹簧还是多弹簧。通常机械密封的弹簧比压大致控制在1.3-2..8kgf/cm2左右。最佳取值多少要根据实际工况条件、摩擦副配对材质、补偿环辅助密封圈结构型式和要与载货系数K值相适应等等。还有就是跟泵打什么介质有关，如果是水压缩量大点也无所谓，如果是易燃易爆的就不能太大，防止密封油膜成型不好 过热 发生危险。 一般靠添加垫片就可以调节压缩量的大小。 如果要自己排压缩量则需要 量个各互相接触的部件的高度 然后在加减 （3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；（4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；（5）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；3、由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效：1）因端面密封载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；
2）介质的压力饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；
3如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或阻塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也造成介质压力低于其饱和蒸汽压的状况。
4、由于高温效应而产生的机械密封失效：1）热裂是高温油泵，如油渣泵、回炼油泵等最常见的失效现象。在密封面处由于干摩擦、冷却水突然中断，杂质进入密封面、抽空等情况下，都会导致环面出现径向裂纹；
2）石墨炭化是使用碳—石墨环时密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨环一旦超过许用温度（一般在-105～250℃）时，其表面会析出树脂，摩擦面附近树脂会发生炭化，当有粘结剂时，会发泡软化，使密封面泄漏增加，密封失效；
2）辅助密封件（如氟橡胶、乙丙橡胶、全橡胶）在超过许用温度后，将会迅速老化、龟裂、变硬失弹。现在所使用的柔性石墨耐高温、耐腐蚀性较好，但其回弹性差。而且易脆裂，安装时容易损坏。
5、由于密封端面的磨损而造成的密封失效：1）摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压（包括弹簧比压）过大等,都会缩短机械密封的使用寿命。对常用的材料，按耐磨性排列的次序为：碳化硅—碳石墨、硬质合金—碳石墨、陶瓷—碳石墨、喷涂陶瓷——碳石墨、氮化硅陶瓷——碳石墨、高速钢——碳石墨、堆焊硬质合金——碳石墨。2）对于含有固体颗粒介质，密封面进入固体颗粒是导致使密封失效的主要原因。固体颗粒进入摩擦副端面起研磨剂作用，使密封发生剧烈磨损而失效。密封面合理的间隙，以及机械密封的平衡程度，还有密封端面液膜的闪蒸等都是造成端面打开而使固体颗粒进入的主要原因。6、因安装工艺、运转或设备本身所产生的误差而造成机械密封泄漏：a）由于安装工艺不良，造成机械密封泄漏。主要表现在以下几方面：1）安装时动静环密封面碰伤、损坏；2）动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；3）动、静环表面有异物未清洗洁净；4）轴套处泄漏，密封圈未装或安装时拧劲；6）安装时弹簧未调整好，导致弹簧高度不一致，甚至有蹩劲现象；7）密封腔端面与轴垂直度不够，锁紧螺母固定错误；b）设备在运转中，机械密封发生泄漏的原因主要有：1）泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等均会导致密封周期性泄漏；2）密封圈材料选择不当，溶胀失弹；3）大弹簧转向不对；4）设备运转时振动太大；5）动、静环与轴套间形成水垢使弹簧失弹而不能补偿密封面的磨损；6）密封环发生龟裂等。
7）泵在停一段时间后再启动时发生泄漏，这主要是因为摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧腐蚀、阻塞而失弹。
8）泵轴弯曲运转时在机械密封安装处产生较大的挠度。使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好， 发生泄漏。
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