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机械密封故障分析及处理

文/张纯

机械密封在旋转类设备(如泵、釜、压缩机)上的应用很广泛,机械密封出现泄漏,将会影响设备整机的正常运行,严重的还可能出现安全事故。如何快速的分析并解决机械密封的泄漏问题,是保证此类设备正常运行的重要手段。

 

一、机械密封的原理及要求

机械密封又叫作端面密封,它是一种旋转类机械设备上的轴封装置,在垂直于旋转轴端面的液体压力和弹性压紧元件的作用下,刚性密封面保持贴合且能相对滑动,加上辅助密封机构而组成的防止流动介质泄漏的装置。它将容易泄漏的轴向密封改为较难泄漏的端面密封。

机械密封主要由动环、静环、弹性压紧元件和密封元件构成。其中动环随轴一起旋转,静环固定不动,动环和静环紧密贴合形成一对摩擦副。动环靠密封腔体内部的液体压力和弹性压紧元件的弹力使其端面贴紧在静环端面上,并在贴紧的两端面上产生适当的比压和维持一层极薄的液体保护膜以达到密封的目的,防止介质发生泄漏。弹性压紧元件产生的压力,可在轴不旋转的状态下,也能保持动静环两接触端面的紧密贴合,保证密封介质不发生泄漏,并阻止杂质进入贴合面;同时弹性压紧元件对设备的振动和冲击起一定的减缓作用。密封元件一般在动环与轴之间,静环与压盖之间处起密封作用。在设备使用时,机械密封的一部分是与旋转轴相关的零部件一起运转的,机械密封的正常使用与它自身的性能、相关的外部条件都有非常大的关系。我们要确保设备的零件性能、机械密封的制造及安装都符合设计需求,才能发挥机械密封的重要作用。

 

二、机械密封的故障表现及原因

1.机械密封的零件故障

旋转类设备在使用时,密封端面可能会出现磨损、破损、开裂、变形等现象,弹性压紧元件(弹簧)长期使用也会发生松弛、断裂或腐蚀情况。密封元件也可能会出现开裂、扭曲变形等情况。

2.机械密封振动及发热的故障原因

动静环贴合面粗糙,动静环与密封腔的间隙太小,振摆碰撞引起振动。有时由于密封端面的耐腐蚀性和耐温性不良,冷却不足或动静环端面在安装时夹杂颗粒物或其他杂质,也会使机械密封产生振动和发热。

3.机械密封介质泄漏的故障原因

①静压试验时发生泄漏。机械密封在安装时,密封端面碰伤、变形、损坏,或夹有杂质,压盖没有压紧使密封端面没有完全贴合,密封元件装配不当或损伤等,都会导致介质泄漏。

②间歇性泄漏。机械密封的旋转部件周期性振动、轴向窜动量大,都会造成间歇性泄漏。密封端面之间要有一定的比压,才能起到密封作用,这就要求机械密封的弹性压紧元件要有适当的压缩量,给密封端面一个轴向推力,动环旋转起来使密封端面产生合适的比压。为了保证这个合适比压,旋转轴不能有太大的轴向窜量,通常需要保证在0.25mm以内。但在实际应用中,由于设计或加工的不合理,往往旋转轴会产生较大的轴向窜量,导致机械密封产生泄漏。

③经常性泄漏。机械密封经常性泄漏有以下几方面原因。首先,可能是由于密封端面缺陷引起的。其次,可能是密封元件破损引起的。再次,是弹性压紧元件缺陷引起的。其他方面,还包括电机转子振动引起的泄漏,传动零件的质量不好引起泄漏,辅助密封机构引起的泄漏,介质问题引起的泄漏等。

④严重泄漏。摩擦副元件断裂,弹性压紧元件失效或卡住,止推环卡住,防转部位失效等,都可能导致严重泄漏。

4.机械密封振动偏大

除了机械密封本身,其它零部件也可能有导致振动偏大的原因,如旋转轴设计不合理、加工质量不佳、轴承精度不高、联轴器平行度较差、径向力太大等。

 

三、机械密封的故障处理

1.机械密封的零件故障处理

机械密封的零件发生故障,需及时更换。为了提高密封效果,对动静环贴合面的粗糙度和平面度的精度要求较高。动静环的贴合面宽度较窄,一般在2~7毫米范围。

2.机械密封振动及发热的处理

如果是动静环与密封腔之间的间隙太小,需要将密封腔的内径变大,或者将转动件的外径变小,保证有0.75mm以上的间隙。如果是摩擦副配对不当,需要考虑更改静环的材质,增强耐高温和耐腐蚀的性能。

3.机械密封介质泄漏的处理

引起机械密封介质泄漏的原因有很多。为了尽可能减少泄漏量,安装机械密封时一定要符合技术规范,同时还要注意以下几个事项。

①装配要干净整洁。机械密封的零件、装配工具、润滑油等要十分干净。动静环的密封端面要用柔软的无毛布揩拭。

②修整倒角倒圆。轴和密封端盖等零件上的倒角要修整圆滑。

③装配密封元件时,橡胶密封元件不能用汽油、煤油等浸泡清洗,防止胀大变形,过早老化。动静环组装完毕后,用手推动,自然复位,观察弹动是否灵活。

 

总结

机械密封是旋转类设备广泛采用的密封型式之一,与填料密封相比有很多优点,如节省动力、密封可靠等,但机械密封的拆装要麻烦很多。应掌握相关的安装维护技术,正确分析机械密封出现故障的原因,减少故障,延长机械密封的使用寿命。


 

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