机械密封的结构、辅助材料及应用

董 旭

（沈阳化工股份有限公司，辽宁 沈阳 110026）

1 机械密封的结构原理

机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封结构如下图所示：

机械密封中互相贴合并相对滑动的两个零件称做密封环。其中随轴旋转运动的密封环称为动环；不随轴旋转运动的密封环称做静环。动环与静环相互贴合的端面叫做密封端面。动环密封圈是防止介质从动环与轴之间的泄露并使动环具有一定的浮动性。静环密封圈是防止介质从静环与静环压盖之间的泄露并使静环具有一定的浮动性。

2 机械密封的材料

机械密封的材料包括密封端面摩擦副、辅助密封圈、弹簧及其他零件的材料。正确合理地选择各种材料，对保证机械密封工作的稳定性，延长其使用寿命，降低成本有着重要意义。因此选择摩擦副的材料时应满足：在防腐方面有着较好的化学稳定性，能抵抗介质的腐蚀、磨蚀、溶解和溶胀；在物理方面要有较高的弹性，优良的耐磨性和自润滑性；在热力方面有很好的导热性、耐热、耐寒性和耐温度的急剧性；材料来源方便，加工容易，成本低廉。下面介绍几种常见的摩擦副材料。

2.1 密封端面摩擦副的材料

（1）硬质合金。机械密封用的主要合金是碳化钨。碳化钨具有极高的硬度和强度，良好的耐磨性、耐腐蚀性及抗颗粒冲刷性，但韧性低而脆性高，机械加工困难且价格较贵。

（2）石墨。石墨是用焦炭粉和石墨粉或加炭黑做基料，用沥青为粘接剂，经模压成型并在高温下烧制而成。石墨材料具有优良的耐腐蚀性和极好的自润滑性，但抗拉强度比较低，无延展性。

（3）陶瓷。氧化铝陶瓷是机械密封的基本材料之一。氧化铝陶瓷不仅具有很高的硬度及耐磨性，且耐腐蚀性和导热性也很好。

2.2 辅助密封圈的材料

要求辅助密封材料具有良好的弹性、低的摩擦系数，耐介质的腐蚀性和老化性。常用的辅助密封圈材料是橡胶和聚四氟乙烯。

（1）聚四氟乙烯。聚四氟乙烯是用氟石、三氯甲烷等原料经过加热、裂解聚合而成。由于在许多方面特性都比较好，所以在机械密封材料当中使用广泛。

（2）橡胶。橡胶是一种高弹性的高分子化合物。有较好的弹性和强度，并具有防水性、耐磨、耐热、耐腐蚀性能。橡胶分为天然和合成橡胶。机械密封常用的辅助圈一般选择合成橡胶。

2.3 弹簧及其他零件的材料

机械密封对弹簧材料的要求是能耐介质的长期腐蚀并不降低或失去弹性。常用的弹簧材料有磷青铜、碳素弹簧钢、不锈钢等。其他零部件包括弹簧座、动环座、传动零件及固定环。

3 常见的机械密封泄露及解决办法

机械密封常见的泄露点主要有四处：动环与静环之间的密封面，静环与静环压盖之间的泄露点，静环压盖与泵壳的泄露点，轴与动环之间的泄露点。常见机械密封漏损的原因有以下几点。

3.1 周期性渗漏

(1)转子轴向窜动量大，动环不能在轴上灵活移动。解决办法：在装配机械密封时，尽可能减小轴向串动。(2)转子周期性震动，原因是动环与静环安装时端面不在中心。解决办法：按规定的技术要求安装机械密封。

3.2 由于工作介质不和要求引起的渗漏

(1)由于介质有腐蚀性引起机械密封泄漏量大和有杂音。解决办法：更换机械密封材质或改变密封形式。(2)混入杂质或析出固体物造成机械密封泄漏量大，不能正常运转。解决办法：设置过滤器，或采用双端面密封。

3.3 其他方面原因引起的渗漏

（1）由于装配位置不当使弹簧比压过大或过小造成密封端面破损。解决办法：调整弹簧安装位置并合理地安装机械密封。（2）由于弹簧生锈失去弹性，密封端面形成水垢等原因造成泵在启动时漏液。解决办法：更换弹簧或去除弹簧上的锈渍，采取措施消除水垢。（3）密封端面pv值不合适造成机封端面过热、冒烟、震动。解决办法：减少弹簧比压及端面的宽度，改善冷却装置。（4）辅助冷却系统冷却效果不好使机封过热、冒烟、泄露等。解决办法：改善冷却系统的结构，进行注液润滑和冷却。（5）密封端面材料组合不合适，机械密封磨损、功率升高，出现大量的磨损物。解决办法：更换密封端面材料。

4 结语

机械密封在工矿企业中使用广泛，但普遍存在跑、冒、滴、漏现象，造成设备的非计划停车，影响产品质量。以上总结了机械密封在使用过程中容易出现的问题，但是机械密封泄露的原因有很多种，因此判断机械密封泄露的原因和应该采取的措施相当重要。