机械密封原理与结构

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机械密封原理与结构范文第1篇

关键词：三级动压机械;密封;结构

三级动压机械密封采用三级结构相同并串联在一起的水流体动压机械密封的结构形式（见图1）。现通过对主泵工作原理、结构特点及功能部件三个方面进行简要介绍，从而间接说明其密封结构的优越性。

1、工作原理

主泵三级串联机械密封是主泵的关键部件，其性能好坏直接关系到泵的安全运行。因此，保证其正常工作至关重要。

主泵正常运行工况下，系统压力通过三级串联机械密封降低到大气压力。通常，由核电站RCV系统的离心式上充泵提供的流量为2000L/h、压力为159bar的高压轴密封注水进入轴密封系统后，由于轴密封注入水的压力高于一回路系统压力，导致注入水分成三个流向：一个流向以注量800L/h流至水径向轴承进入到一回路系统内；另外两个流向分别以流量600L/h进入第二级机械密封和第三级机械密封（见图2，工作原理图），其压力分别为106bar和53bar。该分向流是由节流器1、2、3、4来完成。注入水经过节流器1压力降为106bar时，第一级轴密封前后端的压力差为53bar，其主要供密封面的和散热作用。这5L/h的泄漏量流到第二密封前，压力已降为106bar。同样原理，经过2、3级密封和节流器的共同作用，压力为159bar的高压密封注入水的压力也降到2-3bar，分别注入核电站RCV系统，且从第三级轴密封密封面泄漏出来的5L/h泄漏流量流入低泄漏系统。

解析工作原理可看出轴封有以下特点：

①三级流体动压密封几乎每级承受三分之一的系统压力（约53bar）；

②流经每级流体动压密封密封面的低压泄漏量均为5L/h，因为这是考虑到如果低压泄漏量太小，对流体密封面的散热和不利，会影响密封寿命；如果低压泄漏流量太大，会增加对核电站低压泄漏系统的的排液量。

③由于流体动压轴封件的特殊应用，需采取严格措施进行控制，并在出厂交货之前必须对每一级动压轴封件单独在转速1500r/min的试验台架上进行轴封试验。轴封试验结束后，对单级流体动压密封解体目视检查，如果需要，对其动环密封面进行研磨，同时必须重复各项试验。每一级流体动压密封所承担的密封作用相同，试验压力最高155bar时，保证密封面的泄漏量不大于15L/h。

④主泵密封设有高压泄漏和低压泄漏两块保护装置。高压泄漏水的温度不超过95 ，流量不超过1350kg/h，主泵正常运行。低压泄漏水的压力超过2bar，流量大于50kg/h，主泵报警。

2、结构特点

三级串联动压机械密封为可控泄漏密封，其结构特点为非触式、平衡型、静止式、多弹簧，旋转热套环端面开设多个大波纹，静止热套环内径附加支撑环。三级串联机械密封的前两级通过螺钉和连接1、2与密封轴套连接在一起，第三级为一个单独集装式，每一级与泵体的接口尺寸逐级增大，与泵轴的接口尺寸逐级减小，这样可以使安装和维护更加方便和快捷。

3、功能部件

（1）旋转挡环

旋转挡环是机械密封的旋转部件，外径分布有数片叶片。当挡环旋转时可在叶片前后形成压差，促使密封注入水循环，有益于机械密封的均匀冷却。此外，这一压差还可以使密封面受力分离，从而在密封面之间形成数微米厚的水膜，使密封面不易磨损，延长了使用寿命。

（2）热套环

静环和动环是密封的关键部件，考虑到材料（如碳化钨等）的特殊性以及密封配合，要求较高的加工精度和形位公差，因此能否保证加工工艺是一个难点。动压密封的泄漏量主要取决静环和动环之间密封面的间隙和形状，。如果轴密封注水温度太高会造成流体动压密封的静环和动环的变形，使得泄漏量急剧增加，流体动压密封起不到密封的作用。

静环不旋转但其可以随静止基环轴向运动，静止基环由压缩弹簧提供沿轴向向下运动的力。动环通过旋转挡旋与旋转基环刚性连接，并随旋转基环的旋转而转动。

（4）节流器

节流器（见图3）的主要作用是降低密封注放水的压力，并在机密密封腔内外形成背压，促使注放水从机械密封腔外流入腔内。它是经过复计算和实验论证设计而成。

（5）O形圈

机械密封原理与结构范文第2篇

关键词：离心泵 机械密封 故障分析

1 概述

随着机械密封技术的不断发展，工业泵采用的密封装置正由传统的填料密封向性能可靠、泄漏量少、使用寿命长、功耗低、无需经常检修的机械密封转变。尤其是在石油化工领域内，因处理的介质具有易燃、易爆、易挥发、剧毒等特性，一旦出现泄漏，将严重影响生产正常进行，所以，石油化工生产用泵的密封多数采用机械密封装置。

经对国内、外离心泵故障的统计分析发现，机械密封故障仍占其中的50%～70%，而机械密封故障中绝大多数属于事故性故障，事故性故障是指一个或几个密封零件没达到预期的使用寿命便丧失了使用功能，造成整个装置泄漏量超过了允许值。实践证明，故障分析是技术改进和减少故障的一种行之有效的科学手段。在评定泵用机械密封优劣时，采用的主要指标为泄漏量、使用寿命和可靠性，这些指标贯穿在机械密封的设计、制造、选型、安装及使用管理等环节。由于流体机械的可靠性主要取决于密封装置，因此，提高密封装置的可靠性可大大减少离心泵的故障率。经统计分析，除了密封设计、制造的原因外，超过50%的失效都是用户使用不当或维护不及时造成的。

人们在进行故障分析时，通常习惯于把故障原因放在机械密封装置本身，很少有人在机械密封安装、使用等外部条件方面去查找原因。本文作者将通过分析影响石化行业泵用机械密封效果的几种外部因素，提出提高密封装置运行可靠性和运行周期的建议。

2 机械密封装置的工作原理

机械密封也称端面密封，整个装置至少有一对垂直于旋转轴线的端面，随轴旋转的动环端面在流体压力及补偿机构的外弹力(或磁力)作用下，并配以辅助密封与另一固定在端盖上的静环端面保持贴合并作旋转式相对滑动而达到阻止流体泄漏的轴封装置。两个紧密贴合的密封端面之间存在一微小间隙，当具有一定压力介质通过此间隙时，会形成一层极薄的液膜，该液膜的阻力阻止介质泄露，且使端面得到。典型机械密封结构见图1。

机械密封装置主要由以下四大部分组成：①由静环和动环组成的一对或几对密封端面，有时称密封端面为摩擦副；②以弹性元件（或磁性元件）为主的补偿缓冲机构；③辅助密封圈；④保证动环和轴一起旋转的传动机构。

生产实际中，泵用机械密封装置流体可能泄漏的途径有以下几处：①端面摩擦副的密封面处泄漏。这是决定机械密封装置摩擦性能和密封性能的关键部位，也是决定机械密封装置工作寿命的关键所在，因此，对接触端面的要求应给与高度重视。由于动环与静环端面作旋转式相对滑动的动密封，对密封端面的加工要求很高，其平面度为0.0009mm，硬环表面粗糙度Ra≤0.1μm，软环表面粗糙度Ra≤0.2μm。为了使密封端面间保持必要的油膜，必须严格控制端面上的单位面积压紧力。端面上单位压力过大，不易形成稳定的液膜，会加速端面的磨损；端面上单位压力过小，泄漏量会增加。所以，要获得良好的密封性能和较长的寿命，在安装机械密封时，一定要保持端面单位压力值在最适当的范围内。②静环与压盖的辅助密封件处泄漏和动环与轴（或轴套）的辅助密封件处泄漏。这两处是辅助密封面，静环与压盖间的密封属静密封，端面磨损时，动环仅能沿轴向作微量的移动，此处仍可看作是一个相对静密封。工程实际中，动环的追随性是此处辅助密封的关键，因此，动环与轴（或轴套）密封面，特别应防止锈蚀、水垢或化学反应物料堆积而造成的动环卡死现象。③压盖与密封箱体之间静密封和轴套与轴的静密封。这两处均为静密封，可根据密封介质选用相容的材料。另外，动环采用镶嵌结构也可能在配合处泄漏。

通过机械密封装置工作原理可以看出，机械密封装置正常运行应满足以下基本条件：首先，动静环端面应保持良好的和散热，防止端面热变形、热裂、泡疤、炭化等现象发生；其次，泵轴的窜量不能太大，否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压；另外，泵轴不能有太大的挠度，泵的振动应在规定范围之内，否则密封端面比压会不均匀。只有满足以上的外部基本条件，再加上良好的机械密封装置自身性能，才能达到理想的密封效果。

3 离心泵运行时机械密封故障及分析

机械密封装置发生泄漏主要有以下四种情况：一是加水或静压试验时发生泄漏；二是安装后、运转时产生周期性泄漏；三是经常性泄漏；四是突发性泄漏。

对机械密封静压试验时发生泄漏故障，经统计分析，其原因是由于检修、安装未达到标准要求。主要有以下几种现象存在：①动、静环接触表面不平，安装时碰伤、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。④动、静环V形密封圈方向装反，或安装时反边。⑤紧定螺钉未拧紧，弹簧座后退。⑥密封圈未装或压紧力不够，造成轴套处泄漏。⑦弹簧力不均匀，单弹簧不垂直，多弹簧长短不一或个数少；密封腔端面与轴垂直度不够。⑧静环压紧不均匀。

安装后、运转时产生周期性泄漏，经统计分析发现，运转中如泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动，工艺操作不稳定及密封腔内压力经常变化均是导致机械密封周期性泄漏的原因。

机械密封发生泄漏现象的原因主要有以下几种：①动、静环接触端面比压过大，摩擦热引起动、静环的热变形。②安装时零件受力不匀等，造成密封端面发生变形。③弹簧比压过小。④动、静环密封面对轴线不垂直，误差过大。⑤转轴振动。⑥动、静环与轴套间形成水垢不能补偿磨损位移。⑦安装密封圈处轴套部位有沟槽或凹坑腐蚀。⑧动环浮动性差。⑨辅助装置有问题。

对机械密封突发性泄漏现象，经统计分析，其原因主要有以下几种：①泵强烈振动、抽空破坏了摩擦副。②弹簧断裂。③防转销脱落或传动销折断而失去作用。④辅助装置出现故障，使动、静环冷热骤变导致密封面变形或产生裂纹。⑤由于温度变化，摩擦副周围介质发生冷凝、结晶影响密封。⑥停泵一段时间再开动时发生泄漏。这是由于摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢；弹簧锈蚀、堵塞而丧失弹性，均可引起泵重新开动时发生泄漏。

4 机械密封故障防治措施

从前面对离心泵运转时机械密封故障及统计分析，可以看出，除了密封设计、制造工艺本身的原因外，大部分失效原因都是由于用户使用不当或维护不到位造成的。以下就离心泵运行中常见的故障给出防治措施和解决方案。

机械密封装置是泵的一个重要部件，泵的安装及运转情况无疑要对密封产生一定的影响。一台振动很大的泵，密封寿命和泄漏量不可能正常，密封的可靠性明显下降。此外，轴串量、密封箱端面和轴的垂直度、压盖和密封箱止口间隙、泵盖和泵体的止口间隙、轴套和径向跳动等，这些部位的尺寸超标，对密封性都会产生影响。仅仅提高密封本身的安装精度是很不够的，必须全面提高泵的安装质量（包括密封）才能达到预期的密封目的。

4.1 满足泵安装的基本要求

4.1.1 转子部分。为使转子平衡和运转中不至于产生较大的振动，安装时应注意做到以下几点。

①轴的径向跳动最大不超过0.03～0.05mm。转子的径向跳动分别为，叶轮口环不超过0.06～0.10mm，轴套等部位不超过0.04～0.065mm（小直径对应较小值，大直径对应较大值）。见图2 轴弯曲的测量及曲线图。

②叶轮应找静平衡。在3000r/min工作的叶轮不平衡量不得大于以下规定。

③属于下列情况之一者还要检查转子的动平衡。

单级泵的叶轮直径超过300mm时；两级泵的叶轮直径超过250mm时。

④对于弹性柱销式及其他用铸铁制造的联轴器，当直径超过￠125mm，总长度超过300mm时也需进行动平衡校验。

4.1.2 各部件的相对位置公差。密封箱与轴的同轴度0.10mm；密封箱与轴的垂直度0.05mm；转子的轴向串量0.30mm；压盖与密封箱配合止口同轴度0.10mm。

4.1.3 与电机的同心度。电机单独运转时其振幅不超过0.03mm；工作温度下泵与电机的同心度，轴向0.08mm；径向0.10mm；立式泵采用的刚性联轴器同心度，轴向0.04mm；径向0.05mm。

4.1.4 泵运转时双振恒值最大不超过0.06mm。

4.2 减小泵轴窜量

合理地设计轴向力的平衡装置，减小泵轴窜量消除轴向窜量。为了满足这一要求，对于多级离心泵，比较理想的设计方案有两个:一个是平衡盘加轴向止推轴承，由平衡盘平衡轴向力，由轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位；另一个是平衡鼓加轴向止推轴承，由平衡鼓平衡掉大部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承承担，同时轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。第二种方案的关键是合理地设计平衡鼓， 使之能够真正平衡掉大部分轴向力。对于其它单级泵、中开泵等产品，在设计时采取一些措施保证泵轴的窜量在机械密封所要求的范围之内。

4.3 增加辅助冲洗系统

在条件允许的情况下，尽量设计辅助冲洗系统。冲洗压力一般要求高于密封腔压力0.107～0.11MPa，如果输送介质属于易汽化的， 则应高于汽化压力0.1175～0.12MPa。密封腔压力要根据每种泵的结构型式、系统压力等因素来计算。轴封腔压力很高时或者压力几乎接近该密封使用最高极限时，也可由密封腔引液体至低压区，使轴封液体流动以带走摩擦热。

5 结论

通过对泵用机械密封的工作原理及结构分析，结合对生产实际中泵用机械密封装置故障的分析统计，我们发现，影响时机械密封可靠性的因素不仅与机械密封装置的设计和制造有关，更重要的是要考虑机械密封装置的安装、维护和保养等外部的各种影响因素。统计并分析离心泵运行时的机械密封故障，其中绝大多数出现在安装与维护过程中，由于安装未达到技术要求，使得机械密封装置的运行周期大大降低。对天津石化运行泵的故障统计分析，其泵用机械密封装置的正常运行周期高于国内同类用泵的平均值，其原因与天津石化长期以来重视职工专业技能培训工作分不开，职工理论水平的提高和熟练掌握国内、外设备的设计和结构对泵用机械密封装置的维护，保障其长期安全、正常运行具有重要意义。

参考文献：

[1]化工密封技术，胡国桢，石流，阎家宾.化学工业出版社，1990.

[2]流体动密封，上册，顾永泉，中国石化出版社，1990.

机械密封原理与结构范文第3篇

[关键词]机械密封；泄漏分析；改进措施

中图分类号：TH311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0138-02

1 引言

船舶上需要使用不同类型的泵来输送介质如水、燃油、滑油等等，其中以离心泵最为常见。它具有造价低廉、结构简单、紧凑、排量大而均匀、能运送甚至含有固体颗粒的液体等诸多优点。机械密封是一种依靠弹性元件和介质压力压紧动、静环端面从而达到密封的部件，具有能阻止泄漏、减少摩擦损耗、提高机器效率和可靠性等优点，目前大多数的离心泵轴封都是采用机械密封。机械密封是离心泵的主要易损件之一，因而泵的故障多数是由密封失效所导致的。据统计，机械密封失效导致泵的故障占设备故障率的50%以上，所以有必要对离心泵的机械密封泄漏进行分析改进，以降低泵的故障率。

2 机械密封的结构及工作原理

目前，大多数离心泵使用的都是机械密封，是靠一对相对运动的环的端面相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用。机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环随泵轴旋转并在弹簧压力作用下紧紧地压在静环上作相对运动。这样，在动环和静环之间就形成了运动密封。一般要保持动静环之间液膜的厚度适宜，太厚泄漏量增加，太薄会发生干摩擦损坏密封面。另外，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，并防止杂质进入密封端面。密封元件（密封圈）起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时还能吸收不利于运动密封面的冲击振动。

2.1 机械密封的结构

机械密封的结构如图1所示，它主要由以下元件构成：

（1）主要动密封元件：动环和静环。动环与静环卡在轴套上，同泵轴一起旋转，静环固定在压盖内，用防转销来防止它转动。密封是靠动环与静环的端面相对运动贴合。

（2）辅助密封元件：动、静环密封圈。

（3）压紧元件：弹簧（或波纹管）。

（4）传动元件：传动座。

2.2 工作原理

一般机械密封有4个可能泄漏点：（1）动环与静环之间，动环与静环之间存在运动间隙，液膜的厚度将影响它的泄漏量；（2）动环与轴套之间，动环可以沿轴向窜动；（3）静环与压盖之间，属于静密封点；（4）泵盖与压盖之间，也属于静密封点。

3 机械密封泄漏分析

3.1 静密封泄漏

静密封主要是指静环与压盖和泵盖与压盖之间的泄漏。原则上讲他们之间的间隙越小，则泄漏量越小。

静密封点泄漏多数是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸不合适或本身有伤、老化变质等，特别要注意输送的介质对密封圈的腐蚀与加速老化。只要结构和材料选择正确，密封圈质量合格和安装合乎要求，静密封基本上是可以满足密封要求的。

3.2 动密封泄漏

动密封泄漏主要指动环与静环和动环与轴套之间的泄漏，理论上影响动密封效果的主要有以下几方面：

（1）输送介质方面：泵输送介质压力愈高泄漏量会愈多；粘度低的介质较粘度高的易泄漏；带颗粒和易结垢的介质比干净稳定的易泄漏。

（2）泵轴方面：一般来说，轴愈粗则密封面愈宽，对垂直偏差也愈敏感，故愈易泄漏；轴在运转中愈易摆振，则愈易泄漏；转速愈高愈易泄漏。泵轴的轴向窜量过大，轴向力偏大，扰度偏大，对动密封效果将产生影响。机械密封又称端面密封，是一种旋转轴向的接触式动密封，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密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封面之间要受力均匀。若泵轴向窜量大，造成密封端面距离增加，影响泄漏量；若轴向力偏大，使动环与静环压得过紧，加剧磨损；扰度偏大，使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好发生泄漏。

4 改进措施

根据机械密封泄漏分析可以看出，静密封泄漏主要由密封圈的材料决定，随着工艺水平的发展，会得到明显的改善；动密封的泄漏点主要还是集中在动、静环的两端面的相对运动产生摩擦，所以考虑从动静环设计着手来改善密封泄漏。

（1）减少旋转惯性

在机械密封组件中，一般动环部分的质量比静环部分大，故运转起来旋转动量大。泵在起停时或电力不稳定时，动静环端面之间的液膜还没有很好的建立起来，容易造成端面的干摩擦，损坏密封组件。通过减少动环的质量并适当增加静环的质量，降低了旋转惯性质量，减小动静环端面间摩擦造成的危害，从而提高了整个机封组件的稳定性和可靠性。

（2）动环端面的改进

动静环两端面间的接触摩擦是造成机械密封失效的主要原因，而可以通过改善它们间的端面来降低摩擦。接触式密封的接触端面经常在一起摩擦，造成摩擦副端面温度过高，出现闪蒸现象，端面间同时存在气液两种状态，使摩擦副密封状态失稳，导致泄漏，尤其是在开停机或供电不稳时，更容易加剧摩擦。所以尽量使端面之间形成一层稳定的液膜，可以通过在动环端面开一系列的小螺旋槽，使端面之间形成稳定的液膜，这与减少旋转惯性的方法也是相对应的。注意安装时，应使螺旋槽的旋向与泵工作轴的转向相同。

（3）弹簧性能的改进

利用波纹管代替弹簧，除了更好地保持弹簧弹性和耐腐蚀性外，还有一点就是它直接与动环接合，不用辅助密封圈，减少了一个泄漏点。或在结构上采取弹簧保护措施，使弹簧不与海水接触。

机械密封原理与结构范文第4篇

关键词：中间再循环水泵；机械密封；泄露原因；压缩量；轴套 文献标识码：A

中图分类号：TH136 文章编号：1009-2374（2017）06-0163-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.082

1 系统简介

某厂凝结水系统装有一台中间再循环水泵，主要为凝结水精处理系统前置过滤器至凝结水高速混床提供冲洗水源。系统配有旁路系统。在高速混床投运前必须先用中间再循环水泵进行冲洗，当氢电导率、电导率、硅等指标化验合格后，高速混床才能投入运行，将凝结水输送至凝结水母管，再经过低压加热器输送至除氧器。泵的型号为AZ150-500A，单级单吸悬臂式离心泵，过流部分的材质是S30408不锈钢。

2 事件经过

运行人员在现场冲洗高速混床，投运中间再循水泵，检查发现水泵轴封处嗤水，泄漏量较大，需尽快处理，现运行的高速混床还有6小时失效，如不能将B混床冲洗合格，凝结水如走旁路系统会影响凝结水品质。维护人员接到通知后办理工作票对中间再循水泵进行解体检查。解体后，检查测量机械密封压缩量4.7mm（标准3.2～5.0mm）检查机械密封轴套没有磨损痕迹、用外径千分尺和内外径千分尺测量轴套外内径尺寸，尺寸在合格范围内。检查轴套0形圈没有老化、腐蚀、破损、变形现象。检查机械密封动静环面无裂纹、有轻度磨损现象。动静环内0形圈同样没有出现老化、腐蚀、破损等现象。同时在解体过程中，拆卸叶轮并帽螺母时，检查并帽四氟垫片没有严重变形。在未检查出问题的情况下，决定更换机械密封和轴套，领用一套新的0形圈进行更换，并决定将机械密封压缩量调整至标准值的上限5.0mm。

安装机械密封后中间再循环水泵投入试运行，水泵在启动阶段轴封处有微渗现象发生，当运行5分钟后轴封处由微渗变成线状泄露量。15分钟后，水泵机械密封开始甩水。

服务水泵再次大修，机封压缩量进一步增加，由上次的5.2mm调整到6.5mm，设备回装后试运发现机封已无泄露。至此，机械密封泄露问题得以彻底解决。

3 原因分析

由于解体时没有发现问题，水泵进行试运转过程中，又出现机械密封泄漏现象。可能出现的原因有以下四种：（1）泵体静环腔室有砂眼；（2）静环腔室与泵体连接螺栓力矩值紧力不均匀，造成泵体与静环腔室不同心；（3）轴套0形圈在安装过程中经过轴台时由于凡士林涂抹不均匀被轴台切断；（4）机械密封失效。

再次办理工作票，对中间再循水泵进行解体检查，检查静环腔室与泵体连接的四颗螺栓力矩值一致。不存在静环腔室与泵体不同心现象。泵体静环腔室解体后做金属探伤渗透检查，没有发现静环腔室有砂眼、裂纹等缺陷。从轴上取出轴套，拆除轴套上的机械密封。检查轴套内二道0形圈和动静环内0形圈完好无损伤。排除了上述三种原因后，着重对水泵机械密封进行检查和分析：

3.1 从机械密封工作原理分析

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而达到密封的轴向端面密封装置。泵正常工作时，动环与静环之间的轴向间隙非常狭窄，在两个环的配合面之间形成了一层极薄的液体膜，起着冷却和端面的作用。同时水泵转动时机械密封的动环端面与静环端面相互贴合并相对运动而组成一个密封空间，它能有效防止泵体内的水泄漏。当动、静环端面圆周晃度大超过0.07mm以上时，动静环面贴合形成间隙，也能造成机械密封泄漏。

3.2 从机械密封结构上分析

中间再循环水泵的机械密封组件是由动环、静环、传动销、弹簧、弹簧座、防转销、动环0形圈、静环0形圈等部件组成。当泵进水时，进口电动阀没有遵循从开度10%～30%等过渡，一下全开势必造成动环弹簧受到挤压，在开泵时发生弹簧不回座的情况从而造成泄漏。机械密封结构，如图1所示。

从机械密封结构图中可以分析出：（1）密封副密封面处泄露a处泄露；（2）静环与压盖的辅助密封件b处泄露；（3）动环与轴（或轴套）的辅助密封c处泄露；（4）压盖与密封箱体之间静密封d处泄露；（5）轴套与轴静密封e处泄露；（6）动环镶嵌结构配合f处泄露。

其中，a、b、c三处为动密封，a处密封面是主要密封面，是决定机械密封摩擦、磨损和密封性能的关键，同时也决定机械密封的工作寿命。据统计，机械密封的泄露约有80%～95%是由于密封端面密封副造成的；b、c处是辅助密封面，是决定机械密封密封性和动环追随性的关键，特别是c处密封面，首先要防止因锈蚀、水垢、结焦等原因而造成的动环无法动弹；d、e、f处为静密封，应根据介质选用相容材料的密封垫或相应的配合。

根据现场中间再循环水泵机械密封结构分析，从泄漏情况判断，两次泄露点应为密封副密封面处泄露。

综合以上情况，分析造成机封泄露的原因有：（1）安装过程中，密封面损坏；（2）密封没有压缩量；（3）密封端面变形严重；（4）安装时端面没有处理干净，有异物。

3.3 机械密封失效从泵体振动情况分析

对振动的分析可以判断出不平衡及不同心等问题，经现场观察，中间再循环水泵运行时并无异常振动。

3.4 机械密封失效从水泵运行声音分析

根据异音情况可以判断出是否存在抽空、汽蚀等现象，端面液膜汽化（闪蒸），液膜不足，密封上有零件脱落或杂物落在密封腔内，未对中或叶轮及泵轴动平衡不良，汽蚀、轴承有问题等缺陷。

3.5 从机械密封泄露状态分析

泄露状态主要观察停泵时的泄露情况、开泵时的泄露情况、泄露量的大小及形态以及泄露与轴转速、介质压力、温度等的关系。通过观察，发现机械密封呈柱状泄露，转速变化过程中，泄漏量变化不明显。

4 处理措施

第一次机封拆卸后，检查机械密封各零部件，密封面无损伤，机械密封室内部无异物，动静环端有轻度磨损现象。此可以确定是机械密封磨损后造成动、静环面之间形成间隙，当中间再循环水泵在转动过程中，由于动静环相互贴合不紧密，未能形成一个有效的密封端面，造成中间再循环水泵内部压力水向外泄漏。在进行更换新机械密封、轴套及一套新0形圈后。还是出现甩水现象，虽然做了大量细致的检查工作，也未检查出造成机封泄漏的原因，为此从机械密封失效机理出发，从机械密封原理和结构入手，深入分析决定调整机械密封压缩量。通过查阅大量资料和图纸，得出增大机械密封压缩量超出生产厂家给定的标准范围。可能造成中间水泵电流过载，压缩量过大造成动环与静环之间相互贴合紧密形成液体膜极薄，当水泵运转时造成机械密封烧损。为了进一步判断是由于机械密封压缩量造成的泄漏，决定先将机械密封压缩量调整至5.1mm，然后制作压磅专用工具，将压力升至中间隙水泵工作压力的1.25倍，盘动泵转子，灵活无卡涩，静置10分钟后，再次盘动泵转子，灵活无卡涩，观察轴封处有介质从机械密封处渗出并呈线状泄漏。通过此次试验可以清晰得出，是由于压缩量造成。当将压缩量调整到5.9mm时，盘动泵转子卡涩现象，静置10分钟后，再次盘动泵转子，卡涩加剧，检查轴封处无渗水现象。如果就此运行，会出现中间水泵电机过载和机械密封烧损。如何解决此现象，就不能单纯从机械密封压缩量入手，通过对机械密封轴套与泵轴台长度测量得出，轴套与轴台配合端面位置相应缩短0.72mm。为验证，将上次更换下来的旧轴套（与轴台配合）端面车削0.50mm。将机械密封压缩量调整5.3mm（超标0.30mm）后，安装压磅专用工具，叶轮腔室注水，将压力升至工作压力的1.25倍，静置10分钟，盘动泵转子灵活，无卡涩，观察机械密封腔室处无渗水现象。

通过上述处理，中间再循环水泵试转30分钟，检查中间水泵机械密封无泄漏和渗水现象。

5 结语

中间再循环水泵的泄漏故障，造成效率的下降和能量损失。它表现的形式就是造成凝结水品质的下降，也给机组的经济、安全稳定运行带来隐患。

参考文献

[1] [美]斯克莱特.机械设计实用机构与装置图册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2] 李新华.密封元件选用手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3] 蔡仁良.流w密封技术[M].北京：化学工业出版社，2013.

机械密封原理与结构范文第5篇

关键词：机械 密封 泄露 结构 压力 性能

中图分类号：TD407 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00

1 机械密封的工作原理及特点

机械密封是一种轴用动态密封，其安装位置在轴上，靠近泵或搅拌器一侧。弹簧和密封介质的压力在它和旋转的动环和静环之间的接触面形成油膜，然后通过适当的压紧力达到两个端面紧密贴合的目的来阻止介质泄露。以泵为例，机械密封一般安装在轴的端部，与泵构成一个完整的整体，如图1所示。

图1.泵的机械密封

由于机械密封特殊的结构形式， 使其具有耐高温，耐磨，寿命长及适应作业模式广等特性。与普通的垫片和填料密封相比，机械密封的泄露率远低于普通垫片和填料密封。所以，当今世界上许多重要设备都采用机械密封。但是机械密封的安装精度和制作相对要求较高，结构也比较复杂，这就提高了成本，另外对维修工程师来讲要求的技术也要过高，过硬。因此，延长此密封的使用寿命就是一项艰巨的任务。

2 机械密封的结构特点

机械密封主要由由动环和静环组成的密封端面；辅助密封圈；以弹性元件为主要零件的补偿机构五部分组成（弹性元件一般有弹簧和橡胶波纹管两种，参见图2）；使动环随轴旋转的传动机构和机械密封壳体。下图2图示了机械密封的主要构成。

图2.机械密封的结构

1-静环 2-动环 3-弹性元件 4-弹簧座 5-固定螺栓 6-动环密封圈 7-防转销 8-静环密封圈 9-壳体

1.动环和静环，是构成机械密封的主要元件，动环和静环的质量直接影响机械密封的使用性能。

2.动环和静环或者静环和压盖之间的两个密封是机械密封的辅助密封圈。辅助密封圈的材料大多是合成橡胶或柔性石墨或聚四氟乙烯，辅助密封圈采用什么材料取决于输送介质的化学特性。如辅助密封圈的材料选择不当，可能会造成介质泄露或降低机械密封的使用寿命；安装质量也是影响机械密封寿命的重要因素，当密封端面和轴的中心线不垂直时会加速机械密封的失效。

3.补偿机构， 主要由弹性元件构成，如弹簧或波纹管，采用那种材料作为弹性元件取决于设计要求，如工作温度和介质的化学特性等。补偿机构的作用是保持密封端面在动态下贴合，阻止液体泄露。

4.传动机构， 主要由轴套和固定元件构成。轴套可在轴上滑动，当轴套磨损或锈蚀时，会增加轴套的移动阻力，影响轴套滑动的动态性能。当弹簧或波纹管的弹性力不足以克服轴套移动阻力时将产生泄漏。

5. 机械密封壳体，用以保护工作元件。

3 机械密封常见故障及处理

1.杂质进入密封面导致泄露

当杂质进入机械密封动静环之间的密封面时，会加速机械密封面的磨损，严重时会导致机械密封失效，造成液体泄露。保持机械密封良好的工作环境有助于延长机械密封的使用寿命。发现机械密封工作异常时，应及时停止设备运转， 查找原因。 如发现有杂质进入机械密封， 应及时清理，并采取措施避免杂质再次进入。

2.弹性元件工作状态失常导致泄露。

根据机械密封的工作状态，通过调整弹性元件来调整机械密封的端面比压。适宜的端面比压有助于阻止泄露和延长机械密封的使用寿命。机械密封端面比压P？可按下式计算：

P？=P？+（K-λ）P

式中：P？-端面比压；P？ 一橡胶波纹管或弹簧的弹性力；K-载荷系数；λ一反压系数；P一密封流体压力。香蕉波纹管或者弹簧的弹性力Ps将动环密封端面直接推动紧贴到东环表上，以此保证动环和静环之间的密封。密封端面间流动体膜平均压力相对于密封流体压力的比就是反压系数λ。端面比压P？ 与橡胶波纹管或弹簧的弹性力P？、载荷系数K 成正对应关系都可以从上式推出。而载荷系数K值主要指密封流体压力相对动环，作用在静环上趋于贴合的有效作用面积与密封端面面积之比。

3.机械密封安装不当导致泄露

动环密封圈不能过紧，否则有害无益，其一，会使密封圈和轴套间的磨损加剧，缩短机械密封寿命，泄漏提前；其二，动环轴向调整、移动的阻力变大，会无法适应变化频繁的工作状态去进行轴向补偿和调整；其三，过度疲劳易导致弹簧损坏；其四，会造成动环密封圈变形，密封效果受影响。

因为静环密封圈一本是静止状态，所以密封效果相对较紧，但是过紧仍将产生不良后果。其一，导致静环密封变形，密封效果受影响；其二，静环多以石墨为材质，比较脆，受力过度会产生碎裂；其三，过紧导致的安装拆卸困难等问题易损坏静环。所以，一般静环的内径都会较轴颈稍大，以涂上剂后的密封圈双手能用力压入的松紧状态为准。手轻松压入则过松，双手用力都压不进则过紧。

4.工况变化导致泄露

如泵进口压力的波动可能会引起泵的出口压力出现波动，使泵体转子的轴向窜动量增大。由于静环密封面来不及补偿位移，可能会导致发生泄漏。

5.端面温升过高导致机械密封热损失效

当使用温度超过橡胶波纹管许用温度（约120℃）后仍继续使用，橡胶会迅速变硬失弹导致密封失效；静环石墨环超过约180℃（许用温度）后表面会析出树脂，摩擦面附近树脂发生炭化，也会使密封面失效。

机械密封在工作时会产生端面温升Δt，端面温升主要是静环、动环密封端面相互滑动产生的大量摩擦热。

式中：-静环，动环端面间的摩擦因数

-端面平均滑动速度

G-散热系数

根据公式，端面温升主要与端面比压Pc、端面平均滑动速度 v有关系。现场要控制端面温升，必须控制端面比压大小。而控制端面比压大小，主要是控制弹簧的弹性力或橡胶波纹管的弹性力。当然，也取决于载荷系数 值的大小，也就是通过静环密封端面内外径d？ 、d？ 尺寸的变化来调整端面比压的大小。当端面温升时应采取措施保护机械密封。

6.泵抽空。由于操作不当，水泵被抽空导致泵体内没有液体，此时密封处于干摩擦状态，造成石墨环表面磨损出现深且粗的环状沟纹，硬环出现径向裂纹或断裂，辅助密封圈老化、龟裂、变色、粘结，热装式密封环硬质合金松脱。泵启动前，应仔细检查泵的吸入管，避免抽空。

7.机械密封本身质量问题而引发的泄漏

A.密封面的精度不够。更换机械密封时，要认真检查所更换的新机械密封，特别是动静环的密封面的光洁度是否良好。一般来说，动环、静环的密封面的平面度应在0.5 mm以内。

B.静环的弹簧是否完好。应注意静环的弹簧压缩比是否适当，端面宽度是否合理以及摩擦副的配对情况等。

4 日常检修中的安装、维护

4.1 机械密封安装使用的一般原则

（1）弄清设备的情况。要了解设备转轴的转速、轴径；要对设备制造精度及密封腔尺寸，设备本身的使用寿命以及设备在生产工艺中的地位等方面做全面均衡的考虑。

（2）弄清密封介质情况。要了解密封介质的状态，输送介质是气态还是液态，介质是否含颗粒及颗粒状况；了解介质的性质、温度及粘度，以便合理选型及采取必要的冷却、冲洗、措施。

（3）弄清密封介质的压力。泵的密封腔压力一般不是泵的出口压力，而是低于泵的出口压力。

4.2 机械密封安装使用的技术要求

（1）安装机械密封部位的轴或轴套的径向跳动公差应符合表1。轴或轴套的表面粗糙度应符合技术要求。

表1.径向跳动公差mm

轴或轴套外径

径向跳动公差

l0～5O

0.04

大于50～120

0.06

（2）传动轴的轴向窜动量不宜超过0.2mm。

（3）密封腔体端面对轴表面的跳动公差应符合表2。

表2.密封腔体端面对轴表面的跳动公差mm

轴或轴套外径

端面跳动公差

l0～5O

0.04

大于50～120

0.06

（4）当输送介质温度偏高、偏低或含有杂质颗粒、易燃、易爆、有毒时，应采取相应的阻封、冲洗、冷却、过滤等措施。

4.3 机械密封的安装方法及注意事项

机械密封部件无论从制造精度上或安装精度上要求都很严格。如果安装不当，就会影响密封的寿命和密封性能，严重时将会使密封迅速失效。

（1）安装前的准备工作及安装注意事项

A.检查要进行安装的机械密封的型号、规格是否正确无误，零件是否缺少。B.检查机械密封各元件是否有损坏，特别是动环和静环的密封端面是否碰伤。C.轴或轴套表面及密封腔内壁、密封端盖内表面是否有毛刺、沟痕等。D.不要用不干净的布或棉纱布擦洗动环和静环表面，应使用干净柔软的纱布、脱脂棉之类的东西擦洗。

E.装配过程中应保持清洁，保证动环、静环的密封端面不被划伤、碰破。

（2） 装配顺序

A.机械密封静止部件的组装B.机械密封旋转部件组装。将机械密封的旋转部件依照先后次序逐个组装到轴上。C.端盖装在密封体上，并用螺钉均匀拧紧。E.盘动试车是否轻松，若盘不动或吃力，则应检查装配尺寸是否正确。

5 结束语

虽然，机械密封技术含量高，结构复杂，但只要做到正确的使用和维护就能够大大提高设备的性能，保证设备的正常运行。

参考文献