摘 要：该文分析研究了机械密封在安装使用过程中可能出现的问题，以及这些问题造成机械密封失效的原因和机理。提出了机械密封的正确安装方法及措施，使机械密封各泄漏点都保持正常的密封性能，为其长周期的可靠运行提供了保证。

　　关键词：机械密封;安装;失效;长周期

　　0 前言

　　机械密封，即端面密封，其至少有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及弹性元件(弹簧或者金属波纹管)补偿弹力的作用下，依赖辅助密封件的配合，与另一端保持贴合，并相对滑动，从而达到密封的作用。 机械密封由于其运行可靠、寿命长、泄漏量小、功率损耗低、对轴的磨损量小等优点被广泛应用^[1]，不但对节能减排有着重要的现实意义，而且有效地减少跑、冒、滴、漏现象，对环境保护有着重要的作用。

　　但机械密封属于较为精密的机械设备，使用不当就会对其造成损坏，如化学损坏、热损坏和机械损坏等^[2]，使其密封性能失效，出现大的泄漏现象。（相关阅读：机械密封泄漏现象原因分析）机械密封的失效，除了设计上的缺陷之外，安装不当导致的失效占有相当大的比例。 集装式机械密封安装简单，操作方便，安装过程中出现问题的几率较小;散装式机械密封安装相对复杂。 机械密封的基本型式如图 1 和图 2所示，本文以此为例，来分析研究由于安装过程中出现的问题导致的机械密封失效的情况。

　　1 静止环辅助密封件失效原因分析

　　1.1 安装过程中辅助密封件被毛刺损伤

　　静止环在安装过程中，静止环辅助密封件(见图2)极易被静止环法兰(或静环座) 中的毛刺损伤，降低或者甚至完全失去其密封性能，以致泄漏介质向四周喷射或从急冷孔中漏出^[3]。 因此在安装时，应首先检查静止环法兰(静环座) 与辅助密封件的接触部位，确保没有毛刺等其他缺陷。

　　1.2 辅助密封件发生“溶胀”现象

　　由于在安装时，对辅助密封件采用了错误的润滑剂，使辅助密封件与润滑剂之间发生相似相溶的现象，辅助密封件失弹，进而失效。 例如，如果辅助密封件使用的是乙丙橡胶，而在安装过程中使用的润滑剂是矿物油，乙丙橡胶就会发生“溶胀”，失去密封性能。 因此在安装前，须根据辅助密封件的材料，选取合适的润滑剂。

　　1.3 辅助密封件承受螺钉预紧力不均匀

　　如图 2，紧定螺钉 1 松紧不匀，辅助密封件的受力就会不均匀，进而发生泄漏现象。在安装过程中，使用力矩扳手，确保各螺钉预紧力相同，避免泄漏的发生。

　　2 旋转环辅助密封件失效原因分析

　　(1)安装过程中辅助密封件被毛刺损伤。旋转环在安装过程中，旋转环辅助密封件被轴(或轴套) 上面的毛刺或其他一些缺陷损伤，使其失效，泄漏介质沿轴向流出。 应在安装前检查与旋转环辅助密封件接触的轴(或轴套)，以便及时修理或更换没有缺陷的轴(或轴套)。

　　(2)辅助密封件发生“溶胀”现象。

　　(3)辅助密封件承受螺钉预紧力不均匀。

　　(4)静止环密封端面倾斜。

　　如图3所示，静止环密封端面和轴中心线垂直度误差超过允许值，旋转环在补偿弹力作用下追随静止环端面，随着旋转环振动的加大，带动旋转环辅助密封件在轴向做往复运动，加速了辅助密封件的磨损使其密封性能失效的同时也加剧了轴(或轴套) 的磨损;而且也加大了密封环端面的磨损^[4]。 因此在安装过程中应严格控制静止环密封端面与轴中心线的垂直度在允许的误差范围之内。

　　3 密封端面失效原因分析

　　3.1 密封端面不清洁

　　安装过程中，对密封环端面没有清洁，端面上面附着的其他杂物降低了密封端面的平面度，增加了端面粗糙度。 粗糙度越大，就说明密封端面的实际承载面积越小^[5]，如表1。

　　由式(1) 可以得出，当实际承载面积减小时，相当于减小了密封环带面积 A，使得机械密封端面比压力 pc增大，端面发热加快，加速了密封环端面的磨损，甚至会出现泄漏出黑水的情况。 从式(2)中可以看出，当 pc增大时，密封端面摩擦功率损失NA增大，在能量损耗增大的同时，加快了密封端面的温升，温升越快，端面变形越明显，泄漏越大。

　　因此，安装时，密封端面的清洁异常重要，应用比较柔软的织物或者面巾纸蘸取工业乙醇擦拭，避免此种情况的发生。

　　3.2 弹簧压缩量太大或者太小

　　机械密封工作高度是机械密封正常运行的保证。在安装时，如果工作高度 h小于设计要求，弹性元件的补偿弹力不足以使旋转环和静止环紧密贴合在一起，在低压时会出现泄漏的现象;如果工作高度 h大于设计要求，在主机启动时，过大的弹簧比压 ps会使密封端面瞬间大量发热[7-8]，石墨环甚至会磨出细微的环状沟纹，机械密封泄漏出含有石墨颗粒的密封介质。

　　3.3 补偿环无法补偿

　　补偿环辅助密封件与轴(或轴套) 配合太紧、补偿环辅助密封件发生“溶胀”或者弹性元件卡死，都会使补偿环失去自动补偿的能力，使其密封性能失效。 安装过程中，一定要控制工件与补偿环辅助密封件配合部位的配合公差，选择合适的润滑剂，补偿环推压与回弹都应能轻松自如。

　　3.4 旋转环、静止环不同心

　　旋转环与静止环不同心时，机械密封在运转过程中可能会出现间歇性的泄漏，而且不同心会加大机械密封的振摆幅度，振摆幅度的增大会加速密封环端面的磨损，加快了机械密封的失效。

　　3.5 旋转环轴向位置安装错误

　　如图 4所示，安装平衡式机械密封时，旋转环与轴肩应留有 2~3mm的间隙，如果旋转环与轴肩间隙为 0，使其直接靠在轴肩上，巨大的轴向力就会直接作用在旋转环上，端面受力增大，振动增大，磨损加速，甚至会使旋转环在图示 A处断裂。

　　3.6 开机前密封腔未充满流体介质

　　机械密封安装好后，在开机前，应确保密封腔内充满流体介质，避免端面间出现干摩擦。 机械密封端面润滑不好时，工作时会发生“尖叫”现象，会使硬质密封环端面出现裂纹，石墨环端面出现“泡疤”，使密封性能失效。 因此，在开机前应保证机械密封完全浸没在流体介质中。 对有辅助冲洗冷却系统的，应按照设计要求保证供液流量，以确保密封端面的润滑、冷却和冲洗^[9-10]。

　　4 焊接金属波纹管失效原因分析

　　机械密封在安装过程中，一定要小心谨慎，防止因跌落而损伤。 焊接金属波纹管如果跌落被摔，容易出现肉眼看不见的损伤，而会出现一个如图 2中的泄漏点D’，使其密封性能失效，而这种失效在使用现场是无法弥补的。

　　5 结语

　　通过对机械密封安装过程中出现问题的分析，研究了机械密封失效的原因和机理，提出了正确的安装方法，对机械密封的安装使用有着指导意义，也为判断机械密封的失效原因提供了重要的判定依据。

　　参考文献

　　[1] 《液压气动与密封》编辑部.机械密封的优点[J].液压气动与密封,2010，(7):60.

　　[2] 顾永泉.流体动密封 [M]. 北京:中国石化出版社,1990.

　　[3] 陈强,王海棠，等.机械密封常见故障原因分析及处理[J].热力发电,2007，(3):75-77.

　　[4] 王晓青.机械密封失效的影响因素与影响机制研究[J].石油化工设备, 2011,40(5):24-28.

　　[5] 徐游,王凤喜，等.密封使用与维修问答[M].北京:机械工业出版社,2005.

　　[6] 陈德才,崔德容.密封设计制造与使用[M].北京:机械工业出版社,1993.

　　[7] 杨炜明,周志平，等.机械密封的失效因素分析及措施[J].润滑与密封, 2006，(6):192-194.

　　[8] 《液压气动与密封》编辑部.泵用机械密封检修的几个误区[J]. 液压气动与密封,2011，(8):5.

　　[9] 来永斌,陈秀.机械密封失效的原因分析及装配[J].润滑与密封,2005，(2)：163-164.

　　[10] 郭海峰,张玉梅.离心泵机械密封失效原因分析及消除措施[J].化学工业, 2010, 28(1)：34-36.

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