摘 要：該文分析研究了機械密封在安裝使用過程中可能出現的問題，以及這些問題造成機械密封失效的原因和機理。提出了機械密封的正確安裝方法及措施，使機械密封各泄漏點都保持正常的密封性能，為其長周期的可靠運行提供了保證。
關鍵詞：機械密封;安裝;失效;長周期
0 前言
機械密封，即端面密封，其至少有一對垂直于旋轉軸線的端面，該端面在流體壓力及彈性元件(彈簧或者金屬波紋管)補償彈力的作用下，依賴輔助密封件的配合，與另一端保持貼合，并相對滑動，從而達到密封的作用。 機械密封由于其運行可靠、壽命長、泄漏量小、功率損耗低、對軸的磨損量小等優點被廣泛應用[1]，不但對節能減排有著重要的現實意義，而且有效地減少跑、冒、滴、漏現象，對環境保護有著重要的作用。
但機械密封屬于較為精密的機械設備，使用不當就會對其造成損壞，如化學損壞、熱損壞和機械損壞等[2]，使其密封性能失效，出現大的泄漏現象。（相關閱讀：機械密封泄漏現象原因分析）機械密封的失效，除了設計上的缺陷之外，安裝不當導致的失效占有相當大的比例。 集裝式機械密封安裝簡單，操作方便，安裝過程中出現問題的幾率較小;散裝式機械密封安裝相對復雜。 機械密封的基本型式如圖 1 和圖 2所示，本文以此為例，來分析研究由于安裝過程中出現的問題導致的機械密封失效的情況。
1 靜止環輔助密封件失效原因分析
1.1 安裝過程中輔助密封件被毛刺損傷
靜止環在安裝過程中，靜止環輔助密封件(見圖2)極易被靜止環法蘭(或靜環座) 中的毛刺損傷，降低或者甚至完全失去其密封性能，以致泄漏介質向四周噴射或從急冷孔中漏出[3]。 因此在安裝時，應首先檢查靜止環法蘭(靜環座) 與輔助密封件的接觸部位，確保沒有毛刺等其他缺陷。
1.2 輔助密封件發生“溶脹”現象
由于在安裝時，對輔助密封件采用了錯誤的潤滑劑，使輔助密封件與潤滑劑之間發生相似相溶的現象，輔助密封件失彈，進而失效。 例如，如果輔助密封件使用的是乙丙橡膠，而在安裝過程中使用的潤滑劑是礦物油，乙丙橡膠就會發生“溶脹”，失去密封性能。 因此在安裝前，須根據輔助密封件的材料，選取合適的潤滑劑。
1.3 輔助密封件承受螺釘預緊力不均勻
如圖 2，緊定螺釘 1 松緊不勻，輔助密封件的受力就會不均勻，進而發生泄漏現象。在安裝過程中，使用力矩扳手，確保各螺釘預緊力相同，避免泄漏的發生。
2 旋轉環輔助密封件失效原因分析
(1)安裝過程中輔助密封件被毛刺損傷。旋轉環在安裝過程中，旋轉環輔助密封件被軸(或軸套) 上面的毛刺或其他一些缺陷損傷，使其失效，泄漏介質沿軸向流出。 應在安裝前檢查與旋轉環輔助密封件接觸的軸(或軸套)，以便及時修理或更換沒有缺陷的軸(或軸套)。
(2)輔助密封件發生“溶脹”現象。
(3)輔助密封件承受螺釘預緊力不均勻。
(4)靜止環密封端面傾斜。
如圖3所示，靜止環密封端面和軸中心線垂直度誤差超過允許值，旋轉環在補償彈力作用下追隨靜止環端面，隨著旋轉環振動的加大，帶動旋轉環輔助密封件在軸向做往復運動，加速了輔助密封件的磨損使其密封性能失效的同時也加劇了軸(或軸套) 的磨損;而且也加大了密封環端面的磨損[4]。 因此在安裝過程中應嚴格控制靜止環密封端面與軸中心線的垂直度在允許的誤差范圍之內。
3 密封端面失效原因分析
3.1 密封端面不清潔
安裝過程中，對密封環端面沒有清潔，端面上面附著的其他雜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，就說明密封端面的實際承載面積越小[5]，如表1。
由式(1) 可以得出，當實際承載面積減小時，相當于減小了密封環帶面積 A，使得機械密封端面比壓力 pc增大，端面發熱加快，加速了密封環端面的磨損，甚至會出現泄漏出黑水的情況。 從式(2)中可以看出，當 pc增大時，密封端面摩擦功率損失NA增大，在能量損耗增大的同時，加快了密封端面的溫升，溫升越快，端面變形越明顯，泄漏越大。
因此，安裝時，密封端面的清潔異常重要，應用比較柔軟的織物或者面巾紙蘸取工業乙醇擦拭，避免此種情況的發生。
3.2 彈簧壓縮量太大或者太小
機械密封工作高度是機械密封正常運行的保證。在安裝時，如果工作高度 h小于設計要求，彈性元件的補償彈力不足以使旋轉環和靜止環緊密貼合在一起，在低壓時會出現泄漏的現象;如果工作高度 h大于設計要求，在主機啟動時，過大的彈簧比壓 ps會使密封端面瞬間大量發熱[7-8]，石墨環甚至會磨出細微的環狀溝紋，機械密封泄漏出含有石墨顆粒的密封介質。
3.3 補償環無法補償
補償環輔助密封件與軸(或軸套) 配合太緊、補償環輔助密封件發生“溶脹”或者彈性元件卡死，都會使補償環失去自動補償的能力，使其密封性能失效。 安裝過程中，一定要控制工件與補償環輔助密封件配合部位的配合公差，選擇合適的潤滑劑，補償環推壓與回彈都應能輕松自如。
3.4 旋轉環、靜止環不同心
旋轉環與靜止環不同心時，機械密封在運轉過程中可能會出現間歇性的泄漏，而且不同心會加大機械密封的振擺幅度，振擺幅度的增大會加速密封環端面的磨損，加快了機械密封的失效。
3.5 旋轉環軸向位置安裝錯誤
如圖 4所示，安裝平衡式機械密封時，旋轉環與軸肩應留有 2~3mm的間隙，如果旋轉環與軸肩間隙為 0，使其直接靠在軸肩上，巨大的軸向力就會直接作用在旋轉環上，端面受力增大，振動增大，磨損加速，甚至會使旋轉環在圖示 A處斷裂。
3.6 開機前密封腔未充滿流體介質
機械密封安裝好后，在開機前，應確保密封腔內充滿流體介質，避免端面間出現干摩擦。 機械密封端面潤滑不好時，工作時會發生“尖叫”現象，會使硬質密封環端面出現裂紋，石墨環端面出現“泡疤”，使密封性能失效。 因此，在開機前應保證機械密封完全浸沒在流體介質中。 對有輔助沖洗冷卻系統的，應按照設計要求保證供液流量，以確保密封端面的潤滑、冷卻和沖洗[9-10]。
4 焊接金屬波紋管失效原因分析
機械密封在安裝過程中，一定要小心謹慎，防止因跌落而損傷。 焊接金屬波紋管如果跌落被摔，容易出現肉眼看不見的損傷，而會出現一個如圖 2中的泄漏點D’，使其密封性能失效，而這種失效在使用現場是無法彌補的。
5 結語
通過對機械密封安裝過程中出現問題的分析，研究了機械密封失效的原因和機理，提出了正確的安裝方法，對機械密封的安裝使用有著指導意義，也為判斷機械密封的失效原因提供了重要的判定依據。
參考文獻
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[4] 王曉青.機械密封失效的影響因素與影響機制研究[J].石油化工設備, 2011,40(5):24-28.
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