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泵用机械密封的泄漏原因及维修方法

摘 要：介绍了泵用机械密封的结构和工作原理，分析了影响机械密封泄漏的因素，探讨了不同泄漏情况的维修方法。
关键词：机械密封；泵用；泄漏；维修方法
泵是制药企业输送液体物料不可缺少的设备，多年来机械密封的泄漏问题一直困扰着维修人员。当然机械密封泄漏的原因是多种多样的，不可一概而论，但要做到准确判断、迅速找到原因，从而制定合理的维修方案，就必须对机械密封的结构、工作原理以及影响其正常工作的因素有所了解，这样才能事半功倍。在此结合多年积累的有关泵的维修经验，归纳了机械密封泄漏的原因，总结出针对不同现象的维修方法。
1 机械密封的结构特点和工作原理
机械密封是一种广泛应用于旋转轴上的动密封组合件，又称端面密封。它由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，通过流体压力和补偿机构弹力（或磁力）作用于此端面，再加上辅助密封的配合使接合面贴合并保持相对滑动，从而达到防止流体泄漏的目的。机械密封的工作原理是旋转环与轴间形成极薄的液态膜，阻止介质泄漏，又使端面得以润滑，由此达到密封的效果。机械密封常用于泵、压缩机、反应搅拌釜等旋转式机械。
泵的密封方式常见的有2种：机械密封和软填料密封。它们各自有着不同的特点，也适用于不同的场合。正确地选用有利于降低成本，提高工作效率。机械密封与软填料密封相比具有以下优点：
(1)密封可靠。在长期运转中密封状态很稳定，泄漏量小，其泄漏约为软填料密封的1%。(2)使用寿命长。在油、水介质中一般使用年限可达1～2 a以上，在化工介质中能够稳
定使用6个月。
(3)摩擦功率消耗小。其摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%，对轴或套的磨损基本可忽略不计。
(4)维修周期长。端面磨损后在一定范围内修补，仍可满足使用要求。
(5)抗震性好。对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感。
当然，与软填料密封相比，机械密封的结构复杂，零部件加工要求高，成本高；对人员的要求是安装与更换时操作者需具备一定的技术水平，掌握钳工的基础知识，了解机械密封的结构特点，尤其对泵运行中的突发事故的处理，要求维修人员具备一定的业务知识和经验积累。
2 影响泵用机械密封使用效果的因素
影响泵用机械密封使用效果的主要因素有选型、安装、日常维修保养等。
2.1 选型
合理的选型是泵安全正常运行的前提。机械密封选型是根据使用时介质的工作压力、温度、轴径、介质特性、安装环境、允许泄漏量等参数加以选择的。在工厂使用过程中，可依据JB 1472—75对各种标准泵用机械密封进行选择使用。
2.2 安装
在合理正确地选择了机械密封后，安装是确保机械密封发挥功效的重要环节。安装过程中首先应强调的是：
(1)安装过程应始终保持清洁，特别是旋转环和静止环密封面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘，决不允许用不清洁的布擦拭密封面。可在动静密封环的摩擦面涂以少量机械油，以防在空试水泵时导致密封面损坏。
(2)不允许用铁质工具用力敲击密封件，旋转部件应小心地套在轴上，并分几次均匀地拧紧固定螺栓，最后要用手向后压迫旋转环，观察旋转环是否能轴向浮动。特别需注意的是动环与静环间的正向压力调节到以刚好能封住工作介质为宜，防止机械密封在短时间内发生损坏现象。
(3)安装时机械密封的密封面要有一定的比压（0.4～0.6 MPa），从而达到密封的目的，两端面的紧密程度可通过弹簧调节。为了保证一定的比压，要求泵轴的轴向窜动量≤0.5 mm。
(4)泵轴的绕度不能过大，过大会造成机械密封的2个密封端面之间受力不均匀，液态膜无法形成，丧失密封作用。
(5)由于振动会对泵的机械密封产生破坏作用，故要对泵座采取适当的减震措施。
2.3 日常维修保养
(1)启动前应对机械密封进行全面检查，并检查附属装置和管线是否按要求安装到位。
(2)启动前要进行静压试验，一般静压压力为0.2～0.3 MPa。静压试验合格，将密封腔内充满液体，手动盘车。
(3)对于利用泵外封油系统的机械密封应先启动封油系统，停车后最后停止封油系统。泵启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。如连续运行4 h后泄漏仍不减少，则需停泵检查。
(4)做好日常的巡回检查和记录，特别需注意的是：泵的操作压力应平稳，压力波动建议≯0.1 Mpa。
(5)密封情况的检查，当其泄漏超过标准时，重质油≯5滴/min，轻质油≯10滴/min，如观察2天后仍无好转迹象，则应停泵检查密封装置。
(6)应注意做好运行中的润滑、冲洗、冷却等措施。
3 泵用机械密封常见故障及维修方法
3.1 在运转中经常发生的泄漏现象
(1)动静环接触面变形引起的泄漏。当端面比压过大，磨擦热易引起动静环的热变形；当然安装零配件过程中若有受力不均现象，也会引起端面变形。处理办法：拆开机械密封检查动静环端面是否过热变形，若是则需更换，若为装配造成则可按照规范进行重新装配。
(2)摩擦副内夹入结晶颗粒等杂质。处理办法：拆开后清洗，检查端面磨损，根据具体情况进行修复。
(3)辅助密封件由于选材不当，导致被工作介质熔胀失去弹性。处理办法：更换新密封件，选择相匹配的机械密封。
(4)动静环密封面对轴线不垂直度误差过大。处理办法：检查泵轴的绕度，超标进行修复或更换。
(5)动静环与圆套件形成水垢不能及时补偿磨损位移。处理办法：清垢。
(6)长期运转导致动静环端面严重磨损。处理办法：更换机械密封。
总之，由以上原因造成的泄漏现象，应在设备检修时对损坏件进行认真检查并分析原因，对症进行处理。
3.2 机械密封产生突发性泄漏现象
机械密封突发性失效现象一般由以下原因造成：如泵出现强烈振动、抽真空等原因破坏了摩擦副的工作状态、补偿弹簧发生断裂、防转销脱落或传动销断裂、辅助装置有故障使动静环冷热骤变导致密封面变形或产生裂纹。出现上述故障时必须更新机械密封后再使用，同时找出运行过程中的问题所在，便于做好预防工作。
3.3 停泵一段时间再开动时发生的泄漏
当摩擦副附近的介质出现凝固、结晶、积垢、弹簧锈蚀导致断裂等任何一种情况均会引起泵开动运行时发生泄漏现象。要彻底杜绝此类现象的发生，必须要做好泵启动前的各项检查和准备工作。
3.4 加水或静压试验时发生的泄漏
由于没有按规范安装机械密封，加水或静压试验时就会发生泄漏。安装不规范有如下几种表现：
(1)动静环接触面不平，安装时发生碰伤或损坏，导致密封失效；
(2)动静环密封圈尺寸有误，损坏或未压紧；
(3)动静环表面有异物如铁锈或砂尘夹入；
(4)动静环上的密封圈漏装或安装时强行挤入导致损坏；
(5)动环紧定件没安装到位，使弹簧座后退；
(6)当用手盘动泵轴时，如泄漏有明显的方向性则可能是由于弹簧力不均匀或密封腔体和轴的垂直度超差所致。
对以上原因所致的泄漏现象，应根据产生原因进行处理。
3.5 由于安装、运行等引起的周期性泄漏
运转中如果泵叶轮轴向窜动量超标或轴发生周期性振动以及工艺参数操作不稳定时，密封腔内压力也会经常发生变化，从而导致机械密封产生周期性泄漏。对这些原因引起的机械密封泄漏现象应在安装时严格控制泵轴的轴向窜动量，及时更换间隙超差的轴承。对轴的圆跳动量应控制在标准以内，必要时应更换新轴。
3.6 由于压力产生的泄漏
压力造成的泄漏主要有以下2种：
(1)高压和压力波造成的机械密封泄漏，是因为弹簧比压力及总比压设计过大和密封腔内压力超过3 MPa，使密封端面比压过大，液膜难以形成，导致密封端面磨损严重，发热量增加，使密封端面发生热变形。处理办法：在装配机械密封时，弹簧压缩量一定要按规定进行，不允许有过大或过小的现象，高压条件下的机械密封应采取措施。为使端面受力均匀尽量减少变形，可采用硬质合金、陶瓷等耐压强度高的材料，并加强冷却的润滑措施，选用可变形的传动方式，如键、销等。
(2)真空状态运行造成的机械密封泄漏泵在启动停止过程中，由于泵进口堵塞，抽送介质中含有气体等原因，有可能使密封腔出现负压，引起密封端面干摩擦，内装式机械密封便会产生漏水（气）现象，真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性差异，而且机械密封也有某一方向的适应性。处理办法：采用双端面机械密封，这样有助于改善润滑条件，提高密封性能。
4 结语
机械密封的泄漏是泵运行中常见的问题，解决的办法应从机械密封的选型开始就层层把关，而不仅仅是亡羊补牢。机械密封是一种要求较高的部件，在使用时对装配、日常维护都有要求，所以出现问题应全面分析影响机械密封的各个因素，寻找其根源，从而采取有效的解决办法，同时需做好日常维护和保养，确保泵安全运行。
作者简介：熊豫鲁，车间设备主任，从事设备维修和管理工作，熟悉动力设备的维修。