机械密封轴套回缩导致泄漏分析及处理

王 智， 林艳君

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046200)

引 言

随着我国市场经济结构的逐渐调整，单级悬臂泵产品发展前景越来越广泛，尤其在石油化工领域、金属领域、热力学领域等方面的应用越来越广泛。以机械密封作为轴端密封产品成为了目前我国轴端密封产品发展的主要方向。从机械密封工作原理流程入手，对其性能进行分析完善，是提高机械密封工作稳定性、工作可靠性、安全性的关键。单级悬臂泵产品的机械密封轴套回缩导致泄漏是在实际泵类机械密封应用中常见的一种问题，为了进一步优化机械密封工作的密封性、可靠性，在其技术优化和改革的过程中必须从该角度出发对其进行完善。

1 机械密封原理及其分类

1.1 机械密封密封原理

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。单端面机械密封原理图，如图1所示。机械密封的正常运行是有条件的，例如：泵轴的窜量不能太大，否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压；泵轴不能有太大的挠度，否则端面比压会不均匀等等。只有满足类似这样的外部条件，再加上良好的机械密封自身性能，才能达到理想的密封效果。

1.2 机械密封的分类

按密封端面的对数可分为单端面机械密封、双端面机械密封和多端面机械密封；按机械密封的安装形式可分为非集装式机械密封、集装式机械密封、假集装式机械密封。

图1 单端面机械密封原理图

2 机械密封轴套回缩导致泄漏原因

2.1 紧定螺钉拧紧力矩不够，传动环松动，失效

机械密封的密封过程中必须保障轴套传动环、紧定螺钉的的紧固力，利用机械密封轴套传动环的定位控制完成对整个机械密封工作的开展。而在实际使用操作中发现机械密封出现泄漏的一个重要因素就是轴套发生轴向移位。就轴套传动环定位而言，如果在运行过程中无法保障机械密封轴套在轴线上的相对固定位置，就会导致出现机械密封无法正常工作的现象。对于紧定螺钉而言，如果在运行的过程中出现紧定螺钉松动或紧固不到位就会导致轴套传动环松动进而导致轴套回缩，出现机械密封泄漏的问题。

2.2 紧定螺钉、传动环所选择材料不对

从机械密封轴套传动环及紧定螺钉自身的原因入手，对机械密封轴套回缩导致泄漏的原因进行分析，发现在整个机械密封工作过程中如果轴套出现移位、传动环及紧定螺钉松动位移等问题，均会产生机械密封泄漏的问题。经过实践检测发现机械密封工作的过程中传动环紧定螺钉发生松动，但是在整个机械密封的安装过程中，均按机械密封安装技术要求执行，则表示了机械密封轴套传动环自身的设备出现了问题，进而使得出现机械密封轴套回缩导致的泄漏问题。因此，从该角度出发能够看出由于传动环、紧定螺钉材料等因素均是其产生机械密封轴套回缩的主要原因之一。

2.3 紧定螺钉强度不够、数量不满足要求

通过进一步对机械密封轴套回缩导致泄漏原因进行综合分析，发现其紧定螺钉材料强度的选择与加工技术要求未达标也是影响紧定螺钉加工质量的主要问题之一。根据实际机械密封传动环紧定螺钉加工技术而言，首先，在选择材料材质方面上如果材料选择不恰当，紧定螺钉强度不够，则会产生紧定螺钉无法达到预紧力的目的，造成机械密封运行过程中轴套缓慢回缩，进而导致机械密封泄漏的问题；其次，紧定螺钉数量不满足要求，在运行工况下无法将轴套紧紧锁于泵轴上，则会出现机械密封轴套回缩导致泄漏的问题，严重影响轴套的紧固效果。

2.4 单级悬臂泵设备抽空

单级悬臂泵突然抽空时，泵腔内瞬时呈负压状态。若机械密封的轴套传动环紧定螺钉顶不住这个轴向力，则动环、轴套就会一起作轴向位移。此时轴套传动环就会脱离原来固定位置，并在轴向力作用下产生轴向移动。当抽空停止时，轴套不能恢复到原先的配合位置，于是动、静环之间的比压变小，由于动环压紧力不够而破坏了密封。泵发生汽蚀时，抽空就较为多见，对于此类单级悬臂泵的机械密封必须考虑到防抽空破坏的措施。

2.5 单级悬臂泵振动大

振动偏大的原因往往不是机械密封本身的原因，泵的其它零部件是产生振动的根源，如泵轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因，如果机械密封长期运行于振动偏大的环境中，可能会导致传动环紧定螺钉的松动，从而造成轴套回缩，导致机械密封性差而发生泄漏。

3 机械密封轴套回缩处理对策

3.1 定期维护保养

机械密封的使用寿命长短，很大程度上取决于端面比压和PV值选取的是否合理，也有机泵本身的诸多因素，如：对机械密封冷却冲洗系统进行清洗，优化冷却系统；对机泵的轴或轴套的跳动值进行检测(φ16～φ50轴跳动值≤0.09，φ55～φ120轴跳动值≤0.06)，不合适进行调整更换；检测转子工作的串量必须<0.5 mm，否则进行调整；对机械密封的紧固部位进行复查紧固，尤其轴套传动环定位部位；以上对机械密封不利因素，我们在日常操作维护时应尽力克服。维护项目包括设备检修完的紧固确认、暖泵后的热紧、起机前的检查、切泵后的维护检查。

3.2 使用高强度螺栓，增加紧定螺钉数量

为了保证机械密封的可靠性和运行稳定性，在机械密封轴套传动环紧定螺钉选用时根据设备运行工况适当选用高强度螺栓，必要时增加紧定螺钉数量(对称增加螺钉数量)，在机械密封安装传动环时按紧定螺钉力矩要求进行紧固，用来克服机械密封轴套回缩导致机械密封泄漏的问题。

3.3 更改机械密封轴套形式

为了杜绝机械密封轴套回缩的问题，可将机械密封轴套与副轴套加工为整体式，依靠叶轮螺母压紧机械密封轴套，从而取代了机械密封由传动环紧固轴套的方式固定，优化了机械密封轴套的定为方式，彻底解决机械密封由于轴套回缩导致泄漏的问题。

如图2所示，机械密封整体式轴套长度为：l=a+b+c。

图2 主、副轴套分布图

3.4 优化机械密封轴套尺寸

为了进一步处理机械密封轴套回缩导致的密封泄漏问题，在泵抽空或设备运行不稳定时不让机械密封传动环定位装置发生移动，也就是要限制机械密封轴套的轴向位移，使之大于机械密封轴套与副轴套之间的距离，同时保证动环部位的压缩量，从而避免了机械密封轴套轴向位移量大造成的机械密封泄漏或传动环部位摩擦造成的机械密封失效。具体案例如下：

d为需要调整量；a为轴肩到机封轴套距离；b为副轴套前端到外台阶距离；c为副轴套前端到内台阶距离；e为副轴套端部外径；f为副轴套直径,如第170页图3所示。

机械密封需要加调整垫厚度：d=a-(c-b)

具体案例：我单位再生塔顶回流泵P202多次出现机械密封轴套回缩问题，为了彻底解决这一问题，对机械密封的具体处理方法为在主副轴套之间加调整垫，具体尺寸测量数据如下(图三)：a=10.50 mm;b=35.40 mm；c=42.30 mm；e=68 mm;f=55 mm。

根据实际测量数据计算机械密封需要加调整垫厚度为：d=a-(c-b)=10.5 mm-(42.30 mm-35.40 mm)=3.50 mm。

得出机械密封需要加调整垫尺寸为外径为68 mm，内径为55 mm，厚度为3.50 mm的环形垫圈。我单位再生塔顶回流泵P202机械密封通过加调整垫的方法处理后，机械密封使用中未再次发生轴套的回缩问题。值得推广应用。

4 燃烧与爆炸事故处理

对机械密封轴套回缩的故障进行分析，从而制定相应的维修策略。但针对燃烧与爆炸事故，则需要进一步处理。由机械密封进行密封的易燃易爆介质的机泵通常会产生密封泄漏问题，这在一定程度上会影响机械密封的使用寿命。如果由于轴套回缩问题导致机械密封出现异常摩擦而造成介质泄漏燃烧，严重则会导致爆炸事故的产生。

图3 机械密封割分图

基于此，对机械密封的运行过程要进行具体的处理，做好定期的检修工作，以此来避免由于检修不当所导致的严重后果。如定期紧固传动环紧定螺钉，清洗冲洗系统等，明确机械密封的基本操作规范。

5 结语

综上所述，机械密封的故障当中机械密封泄漏属于较为常见的故障，而燃烧与爆炸事故的产生则并不十分常见，但也需要得到一定的关注。通过这样的方式去保证机械密封的正常密封，为运行的安全性与稳定性奠定坚实基础。