浅谈离心泵机械密封的应用

刘 帅

（山东南山东海氧化铝有限公司，山东 龙口 265706）

机械密封最早于19世纪末期开始得到部分应用，当时的机械密封结构非常简单，密封效果也不好，但随着工业化的快速进步，机械密封的设计逐步得到优化，其结构类型、密封面材料的使用也迅速增加，应用范围也迅速扩大。由于机械密封本身是一种较为精密的构件，在安装、使用时应尽可能地分析各种应用因素，使机械密封满足于离心泵的工况要求，这样才能保证机械密封能够长期稳定的使用。

1 离心泵机械密封简介

机械密封在离心泵中的应用最为广泛和普及，离心泵的机械密封由一对或两对

摩擦副组成，摩擦副与轴套配合使用，其中的一片静止称为静环，一片在压缩弹簧的作用下与静环保持密切的贴合可跟随泵轴同步旋转，称为动环。动静环结合再依靠O型圈作为辅助密封，达到阻止离心泵腔内介质泄漏的密封装置。离心泵的机械密封一般有静环和动环以及压紧弹簧和辅助密封等部件。

机械密封的动、静环是密封的主要部位，共同组成摩擦副，压紧弹簧能够确保离心泵运转时动、静环始终保持贴合状态。确保离心泵内的介质不外漏，同时也能够防止冷却水以及其他介质进入到离心泵的泵腔中。辅助密封填充在相对静止的部件间隙中，也能够缓冲泵在运转时产生的振动。离心泵中的机械密封是一个可以单独更换的备件，但在实际运行中并不是一个孤立的部件，机封与离心泵的其他部件共同组合在一起运行。

2 机械密封泄漏部位和泄漏形式

机械密封具有密封严密、能耗小等一系列优点，所以不仅在离心泵中广泛应用，而且在风机、搅拌轴等设备中应用的也非常多，目前随着节能降耗减少泄漏活动的开展以及设备技术水平的不断提高机械密封的应用前景也更加的广泛，而机械密封的应用效果也直接决定了设备的整体运行效率。

机械密封一旦损坏泄漏不仅造成污染周边区域卫生还直接造成物料的浪费，同时也严重的影响设备的正常运行。一般而言机械密封的泄漏主要有5个部位，分别是动环与静环的接触面、静环与压盖之间、动环与轴套之间、轴套与轴之间、压盖和泵体之间，这些部位泄漏多是由于辅助密封的老化损坏或者压缩弹簧的疲劳失效而引起。辅助密封老化损坏造成的泄漏量一般较小，因为辅助密封主要填充在部件与部件的间隙内，而动环与静环的接触面的泄漏量则比较大，这主要是因为压缩弹簧失效造成动环与静环无法紧密贴合，两者之间的间隙较大，因而泄漏量也较大。

3 常见的机械密封故障

3.1 运转时发出异响或嗡鸣

机械密封环所用的金属材料的表面与离心泵中的腐蚀性介质相接处，但金属材料本身并不耐腐蚀，长期接触离心泵中的腐蚀性介质会造成机械密封表面的腐蚀。在正常的工况条件下金属表面很难形成氧化膜，造成机械密封表面均匀腐蚀，并逐渐的损坏机械密封的密封断面而产生泄漏，这会造成机械密封在运行时发出摩擦声响。

要解决这种介质腐蚀需要加大机械密封的冲洗水量或者在机械密封处安装旁路冲洗管路，确保密封端面的冲洗和冷却，定期检查机械密封密封腔内的压力，温度及介质压力检查冲洗水是否夹带离心泵输送的介质。

3.2 波纹管发生径向裂纹或断裂

一套离心泵的机械密封有多种金属材料包括硬质合金、不锈钢等，这些材料在制作过程中很容易因为处理不当出现机械应力损坏，因为在加工制作过程中有应力的存在，所以当离心泵带动机械密封高速旋转时内部应力造成的破坏就很容易发生。且温度越高破坏就越快。有些机械密封用波纹管替代了压缩弹簧，波纹管与轴套之间有一个水夹套，波纹管与水夹套间隙直径为2毫米左右，机械密封的冷却水长期冲洗波纹管很容易形成一侧水垢，这些水垢会使得波纹管逐渐失去弹性而产生细小的裂纹，任其发展则会造成波纹管的断裂，要避免这种情况一方面机械密封的冷却水要经过软化处理，另一方面也可以增加冷却水压力，提高冷却水的流速减少结垢的形成。

3.3 石墨环表面出现深且粗的环状沟纹

在使用中，如果工作介质温度很高，再加上密封摩擦副端面的摩擦热， 一旦冲刷系统发生故障， 使得端面温度急剧升高，超过允许使用温度（一般在－105～250℃）时，其表面会析出树脂，摩擦面四周树脂会发生炭化，石墨炭化是使用碳―石墨环时密封失效的主要原因之一。

高温还可使密封端面间的液膜汽化或闪蒸，产生残留物质，造成石墨环磨损，石墨环表面产生环状沟纹， 碳化钨 （动环）也易脱落。应改善润滑状态，防汽化。

4 减少机械密封失效的措施

4.1 保持离心泵运行稳定减缓泵轴窜动

离心泵的振动是造成机械密封损坏的一个重要原因，要保持离心泵的稳定运行减缓泵轴窜动在多级离心泵上有两个比较常见的方案一是在离心泵的平衡盘增加轴向推力轴承依靠平衡盘平衡轴向力并由轴向推力轴承对泵轴进行限位控制，二是平衡鼓加轴向止推轴承，由平衡鼓平衡掉大部分轴向力，再依靠轴向力止推轴承进行限制，同时轴向止推轴承对泵轴进行轴向限位。着两种方案各有长短，在实际应用中应根据设备的实际情况灵活采用。

4.2 减缓运行轴向力

根据设备的运行条件合理地选用轴向力平衡装置，使设备能够充分的将运行的轴向力平衡掉，这样可以确保机械密封在运行时始终处于稳定状态，对于重要级别较高的离心泵还可以在泵的转子上增加一个轴向测力环以检测离心泵运行后的轴向力变化。确保机械密封处于良好的运行条件之下，及时解决出现的问题。

4.3 增加辅助冲洗水

在条件允许的情况下，尽量设计辅助冲洗系统。密封腔压力要根据每种泵的结构形式、系统压力等因素来计算。轴封腔压力很高时或者压力几乎接近该密封使用最高极限时，也可由密封腔引液体至低压区，使轴封液体流动以带走摩擦热。

密封的可靠性和寿命，在很大程度上取决于密封辅助系统的配置。对泵输送含有固体颗粒的介质时，应选用碳化钨对碳化钨摩擦副的机械密封。

5 结语

机械密封时离心泵发生故障频率最高的部位，这在很大程度上制约了离心泵的高效率运行，而且由于机械密封的更换过程需要将离心泵全部拆解，所以更换、维修机封的工作量非常大，维修成本也非常高。

因此离心泵和机械密封在实际的应用中应多总结分析以往的损坏原因，并根据实际的工况条件制定合理的优化措施，分析以往机械密封的损坏原因一方面有利于制定设备的优化方案，另一方面也有利于开展后续的修旧利废工作，从总体上有利于减少机械密封的损坏几率、降低维修成本。