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特殊工况下的机械密封维护方案
2017-07-31 泵阀之家
机泵装置中，机动设备的机械密封约占整个动密封数量的80%-85%。而在机泵故障中，机械密封的故障大约占整个维修工作量的一半。可见机械密封在机泵维修中所占的位置。由于机泵所输送的介质千差万别，工艺条件各不相同，所以了解这些情况对机封的选择及维护很重要。结合多年来在机封选择和维修中的经验，介绍几种特殊工况下机械密封的工作特点和注意事项。
一、高温下的机械密封
一般情况下，介质的温度超过120℃即认为是高温密封。此时机械密封存在的主要问题有：(1)由于摩擦副端面温度升高，导致密封端面间液膜气化，摩擦系数随之增大，磨损加剧，
2、温升加大，密封环产生热变形或热裂而失效；(2)机械密封中的辅助密封圈材料一般为橡胶或聚四氟乙烯，由于长时间在高温环境中，容易老化和分解，造成密封失效；(3)高温下机械密封的弹性元件易产生疲劳和蠕变，使密封失效；(4)高温会加剧金属材料的腐蚀，缩短机封的使用寿命。
为保证机械密封在高温环境下正常工作，可以采取如下措施。
1．给机封增加冷却冲洗装置。
2．选择耐高温的材料
根据不同的工作温度选用不同的材料。丁腈橡胶温度上限为80℃，硅橡胶和氟橡胶为200℃，聚四氟乙烯为250℃。另外，机械密封中的非金属摩擦副多采用石墨浸渍材料制成，所以也要根据不同的工作温度选用不同种类的浸渍石墨。一
3、般浸巴氏合金石墨适用温度范围小于150℃，浸树脂石墨适用温度范围为170~200℃，浸铜、铝、铅的石墨可在小于400℃的工作条件下使用。动环组件应尽可能选用膨胀系数相近的材料，以防止高温下动环和动环座的连接松动。
3．选择金属波纹管机械密封
金属波纹管密封近年来在高温密封中使用很多，并且取得了很好的效果。在该种机封中，金属波纹管取代了普通机封中的弹簧，省去了动环辅助密封圈，不需要克服动环补偿时与转轴的摩擦和磨损，因此在高温下使用，一般都能取得不错的效果。
二、低温下的机械密封
在炼油化工装置中，低温输送的介质一般都具有豁度小、润滑性差、容易气化的特点，而且介质在气化时大量吸热，使
4、周围温度急剧下降，造成空气中水气的凝结，导致端面及其周围结冰，使端面贴合不严引起泄漏。同时，因润滑性差，端面摩擦产生的热量较多，若不能及时转移，必然会加剧端面处的气化，造成恶性循环，加速密封面的早期失效。另外，低温密封的辅助密封圈在低温下发硬失弹也容易导致泄漏。
对低温密封，除了选择合适的辅助密封圈材质外，还要注意以下几点。
1．改进密封结构及正确选择摩擦副材料。实践证明，在静环表面开圆弧形凹槽可形成流体动力密封，增加流体膜承载能力，改善端面润滑条件，有效延长机封工作寿命。在端面配对方面，碳化钨一M106K石墨组对（即动、静环材料）一般要优于其他材料，因为其润滑性好，摩擦系数低，导热性
5、也比较好。
2．选择合适的端面比压。低温密封由于端面润滑性差，容易发生气化、结冰，所以在保证密封可靠的前提下，端面比压可适当减小。一般机械密封比压值推荐为0.29-0.59MPa，对低温密封可取其下限。对金属波纹管机械密封，由于动环没有轴向摩擦，端面比压甚至可以低于下限。
3．工艺上采取相应措施。如尽量减少介质的含水量；保持密封腔压力的相对稳定；尽可能配备冲洗冷却装置；在设备启动前，对机封部位进行适当预热等。
三、高速下的机械密封
当转速超过3000r/min或者摩擦副的线速度超过25m/s时，一般可视为高速密封。在高速条件下，摩擦端面由于线速度很大，摩擦产生的热量也多，此时端
6、面液膜不容易形成，磨损加剧。高速还容易引起旋转环的振动，并受到较大的离心力作用，不利于端面间液膜的形成和维持。所以在高速情况下，为了减小离心力和振动的影响，应尽量减少转动部件，采用弹簧静止式结构。也可以加强对摩擦副端面的冷却和润滑。另外还可选用[PV]值高的摩擦副材料，减小端面的接触宽度，或者采用受控膜机械密封。近年来，一种名为差动环式的机械密封也在高速设备中得到应用。由于在原先的动静环中间加入了一个差动环，可以将摩擦副线速度降低一半，取得了不错的效果。
四、高压下的机械密封
机械密封工作压力超过4-5MPa即属于高压密封范围。在高压条件下，由于密封端面比压值过大，引起端面发热，从而破
7、坏液膜的形成，造成异常磨损。高压还可能使摩擦副产生变形和破裂。高压密封一般均采用平衡型结构，以使端面比压处于一个合适的范围。但考虑到密封的可靠性，平衡系数不可能无限制增大，因而有些情况尽管已经采用了平衡型结构，但端面比压仍可能较大。(公众号:泵管家)单靠平衡型结构很难满足使用要求，这种情况可采用多端面机封或者受控膜机械密封。
五、腐蚀环境下的机械密封
有些机械密封处于腐蚀环境中，这时不仅要注意机封中每个零件本身的耐腐蚀性，还要防止它们组合在一起时可能产生的电耦现象。腐蚀环境中的机械密封，在选用时要注意采用耐腐蚀的材料。此外，可以采用外装式机械密封。对腐蚀性特强容易引起安全事故的，可以采
8、用双端面密封，引入隔离液加以保护。
六、颗粒介质下的机械密封
有些机封可能在含固体颗粒的介质中工作，当固体颗粒进入摩擦端面时，容易产生剧烈磨损，导致密封端面很快失效。另外固体颗粒可能会使动环密封圈无法沿轴向移动，从而使动环无法浮动，失去补偿性，导致机封失效。对此比较有效的做法是加入一个外冲洗装置。由于引入密封腔的冲洗液压力高于密封腔介质压力，因此可以有效阻止颗粒介质进入密封腔。此外可以采用双端面机械密封，在密封腔中间加入封液。还可以采用外装式机械密封。
目前，机械密封在炼油化工装置的机动设备中已经成为一种最普遍的密封形式，而且，随着其设计制造水平的不断提高以及新材料的不断开发，其应用范围将进一步扩大。
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