機(jī)械密封故障分析及處理

一、機(jī)封故障
機(jī)械密封的故障大體上都是由異常的泄漏、異常的磨損、異常的扭矩等現(xiàn)象出現(xiàn)后才被人們所知道。造成故障的原因大致有如下四方面：

1、機(jī)械密封的設(shè)計(jì)選型不對(duì)；
2、機(jī)械密封質(zhì)量不好；
3、使用或安裝機(jī)械密封的機(jī)器本身精度達(dá)不到要求；
4、機(jī)器運(yùn)行操作錯(cuò)誤。
二、密封失效的原因及分析
密封失效主要有下述三種原因
（1）密封面打開

在修理機(jī)械密封時(shí)，85%的密封失效不是因磨損造成，而是在磨損前就已泄漏了。

當(dāng)密封面一打開，介質(zhì)中的固體微粒在液體壓力的作用下進(jìn)入密封面，密封面閉合后，這些固體微粒就嵌入軟環(huán)（通常是右墨環(huán)）的面上，這實(shí)際成了一個(gè)“砂輪”會(huì)損壞硬環(huán)表面。

由于動(dòng)環(huán)或橡膠圈緊固在軸（軸套）上，當(dāng)軸串動(dòng)時(shí)，動(dòng)環(huán)不能及時(shí)貼合，而使密封面打開，并且密封面的滯后閉合，就使固體微粒進(jìn)入密封面中。

同時(shí)軸（軸套）和滑動(dòng)部件之間也存在有固體微粒，影響橡膠圈或動(dòng)環(huán)的滑動(dòng)（相對(duì)動(dòng)密封點(diǎn)，常見故障）。另外，介質(zhì)也會(huì)在橡膠圈與軸（軸套）磨擦部位產(chǎn)生結(jié)晶物，在彈簧處也會(huì)存有固體物質(zhì)，都會(huì)使密封面打開。

（2）、過熱

因密封面上會(huì)產(chǎn)生熱，故橡膠圈使用溫度應(yīng)低于設(shè)計(jì)規(guī)范。氟橡膠和聚四氟乙烯的使用溫度為216℃，丁晴橡膠的使用溫度為162℃，雖然它們都能承受較高的溫度，但因密封面產(chǎn)生的熱較高，所以橡膠圈有繼續(xù)硫化的危險(xiǎn)，終失去彈性而泄漏。（冷區(qū)考慮冷脆）

密封面之間還會(huì)因熱引起介質(zhì)的結(jié)晶，如結(jié)碳，造成滑動(dòng)部件被粘住和密封面被凝結(jié)。而且有些聚合物因過熱而焦化，有些流體因過熱而失去潤(rùn)滑等甚至閃火。

過熱除能改變介質(zhì)的狀況外，還會(huì)加劇它的腐蝕速率。引起金屬零件的變形，合金面的開裂，以及某些鍍層裂縫，設(shè)計(jì)應(yīng)選用平衡型機(jī)械密封，以降低比壓防止過熱。

（3）、超差

正確的裝配公差，對(duì)于安裝機(jī)械密封是很必要的，軸（軸套）必須有合適的表面粗糙度和正確的尺寸，但制造者很少提供公差數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)安裝來講都是很關(guān)鍵的。（依靠經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)）

機(jī)械密封的尺寸精度及形位公差必須符合圖紙要求，超差將會(huì)導(dǎo)致密封提前失效。

1
密封失效原因分析

密封面本身也會(huì)提供密封失效的跡象，如振動(dòng)時(shí)，在傳動(dòng)零件上就會(huì)有磨損的痕跡，如痕跡不明顯，則一般是裝配不當(dāng)造成的。

對(duì)于質(zhì)量較差的石墨環(huán)（動(dòng)環(huán)）來講，其內(nèi)部氣孔較多，這是因?yàn)樵谥圃爝^程中，聚集在石墨內(nèi)部的氣體膨脹將碳微粒吹出的所致，因此這種低質(zhì)的石墨環(huán)在密封啟用中，其碳微粒很容易脫落，而使密封面在密封停用時(shí)粘住。

密封面內(nèi)圓柱面上的傷痕很可能是外面的雜物進(jìn)入密封面或安裝不當(dāng)造成的。密封面上的環(huán)形溝槽，多數(shù)是固體微粒沉積于密封面而引起的。

石墨環(huán)（動(dòng)環(huán)）的裂紋是由于傳動(dòng)件的振動(dòng)，橡膠圈的漲大以及石墨環(huán)本身的內(nèi)應(yīng)力造成的，而結(jié)焦則是因高溫所致，這在煉油廠的高溫?zé)嵊徒橘|(zhì)中是常見的。

通常硬環(huán)（靜環(huán)）表面的過熱會(huì)引起密封環(huán)的嚴(yán)重磨損，如無冷卻的立式泵。在高溫、高壓下、彈簧壓縮過大，軸串動(dòng)也會(huì)過大的情況下，都會(huì)引起密封面的過渡磨損。

在檢查硬環(huán)表面時(shí)有四種跡象要注意：

a、陶瓷環(huán)破裂；b、熱裂；c、刻痕；d、鍍層的脫落。

陶瓷環(huán)裝配過緊是破裂的主要原因，裝配不當(dāng)者也是一個(gè)較常見的原因。

由于鍍層材料與基體材料二者線脹速率不同，所以溫度升高時(shí)，環(huán)表面會(huì)出現(xiàn)裂紋，司太立特合金尤為嚴(yán)重。在較高級(jí)的涂層材料中，鈷基碳化鎢不如鎳基涂層。而對(duì)密封面進(jìn)行冷卻，能有效地防止熱裂，殘留在密封面上的固體微粒經(jīng)常損壞表面，如磨削時(shí)砂輪上的砂粒就會(huì)損傷硬環(huán)表面，導(dǎo)致密封面打開或在密封面之間生成結(jié)晶物，而在重新研磨石墨環(huán)后，研磨料就會(huì)嵌入石墨環(huán)表面。

橡膠圈的失效與使用方式有關(guān)，通常高壓是使壓制成型的○型圈失效的一個(gè)原因，當(dāng)發(fā)現(xiàn)○型變成矩形或環(huán)變硬時(shí)，就需要調(diào)整壓縮量，否則會(huì)發(fā)熱。所以有必要了解一種合成橡膠的使用溫度。合成橡膠圈溶脹大多半是因化學(xué)侵蝕造成的，它們都具有一些各自的特點(diǎn)，如氟橡膠耐較高溫度，而乙烯、丙烯○型圈在石油潤(rùn)滑油中使用會(huì)脹大，臭氧對(duì)丁晴橡膠有侵蝕作用，所以丁晴橡膠制品不要裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，因此高溫及化學(xué)腐蝕通常是造成橡膠制品硬化、裂紋的主要原因。

安裝時(shí)橡膠制件被割傷和表面有刻痕，也是密封失效常見的原因。而軸上的舊固定螺釘、鍵槽、花鍵軸，鋒利的軸肩等跡象都會(huì)損傷橡膠制件。

這里，對(duì)于密封面磨損痕跡尚需補(bǔ)充以下幾點(diǎn)，檢查磨損痕跡，可以幫助分析故障。

（1）、磨損變寬：表明機(jī)泵發(fā)生了嚴(yán)重的不對(duì)中

（2）、磨痕變窄：磨痕比兩個(gè)密封面的小寬度還要窄，這說明密封超壓，壓力或溫度使密封面變形。

（3）、無磨痕：

說明密封面不粘合。檢查彈簧等補(bǔ)償機(jī)構(gòu)是否打滑或受阻礙。

（4）、密封面無磨痕但有亮點(diǎn)。

密封面翹曲會(huì)出現(xiàn)有亮點(diǎn)而無磨痕。壓力太高，壓蓋螺拴未擰好或未夾好，或泵表面粗糙均能形成亮點(diǎn)。當(dāng)采用兩個(gè)螺拴的壓蓋時(shí)，其剛度不夠，變形也是形成亮點(diǎn)的一個(gè)原因。

這種癥狀的出現(xiàn)說明：密封可能一開車就發(fā)生泄漏。

 （5）、密封面有切邊：

這是由于密封面分得太開，而在合攏時(shí)斷裂。閃蒸（氣化）是較普遍的密封面分開的原因，特別是在熱水系統(tǒng)或流體中有凝液時(shí)，水從液體膨脹成蒸氣，可使密封面分開。（冷介質(zhì)氣化也同樣會(huì)造成）

密封的金屬零件，如彈簧、固定螺釘，傳動(dòng)件及金屬套都可能成為密封失效的根源。受交變應(yīng)力作用的彈簧受腐蝕是它的首要問題，因?yàn)榻饘僭趹?yīng)力作用下會(huì)迅速腐蝕，不繡鋼彈簧易受氯化物的應(yīng)力腐蝕，且世界上存在許多的氯化物，所以有國外部門建議，不要使用不銹鋼彈簧，而推薦使用耐蝕性較高的哈斯特合金鋼的彈簧。另外，裝配不當(dāng)造成彈簧疲勞是失效的又一原因。

機(jī)械密封使用的固定螺釘，不要用硬化后的材料來做，因熱處理會(huì)降低金屬的耐蝕能力，而未經(jīng)熱處理的較軟的固定螺釘能緊固在軸上。

振動(dòng)、偏斜、不同心會(huì)使傳動(dòng)件磨損，如密封面啟動(dòng)時(shí)有粘住的現(xiàn)象時(shí)，傳動(dòng)件會(huì)彎曲甚至損壞，而磨擦作用產(chǎn)生的熱常常加劇腐蝕。

金屬套外圓表面的磨痕，可能是從密封側(cè)進(jìn)入套內(nèi)的固體微粒造成的，它干擾密封的隨動(dòng)能力。也可能是偏斜，不同心的原因造成的。

當(dāng)密封失效不符合上述任何一種時(shí)，檢修就比較困難，但下面幾種情況的泄漏可供參考：

（1）、泵軸套泄漏

許多軸套不伸出密封箱，因此要判斷泄漏的來源是很困難的。軸套的泄漏通常是穩(wěn)定的，而密封面的泄漏往往是增加或減小。密封面泄漏后，使表面不平，但有時(shí)也會(huì)磨合到原狀。（有時(shí)不要急于檢修，可觀察一段時(shí)間再說）

（2）、如密封周圍是潮濕的，而且看不出漏。這在起動(dòng)時(shí)泵運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使泄漏的液體回到密封面內(nèi)，起一道屏障的作用。而從泵上的法蘭或接頭泄漏的液體滴入填料箱內(nèi)。

（3）、熱膨脹能使鑲接在金屬部件內(nèi)的石墨環(huán)松脫，也可能是因低溫使O型環(huán)失去彈性，而導(dǎo)致泄漏。

（4）、沖洗壓力發(fā)生波動(dòng)會(huì)引起密封失效，沖洗壓力必須比密封腔壓力高一些，啟用裝在泵前的電磁閥和延時(shí)開關(guān)可保證沖洗中的殘留物在泵啟動(dòng)前或停車后沖干凈，如使用淬冷的方法來控制溫度，一定要維持密封腔的壓力。

（5）、如果在冷卻隔套上沉淀一層水垢，我們可在密封腔底部裝一個(gè)石墨襯套，利用它的熱屏障作用來解決這些問題。

（6）、熱交換器的泄漏，往往是冷卻面上的積垢阻礙了熱的傳遞，冷卻器內(nèi)的流體流速就加快，或者熱交換器的方向裝反了。

三、故障處理
如果機(jī)械密封的零件出現(xiàn)故障，就需要更換零件或是提高零件的機(jī)械加工精度，提高機(jī)械密封本身的加工精度和泵體其他部件的加工精度對(duì)機(jī)械密封的效果非常有利。為了提高密封效果，對(duì)動(dòng)靜環(huán)的摩擦面的光潔度和不平度要求較高。動(dòng)靜環(huán)的摩擦面的寬度不大，一般在2～7毫米之間。

3.1
機(jī)械密封振動(dòng)、發(fā)熱的處理
如果是動(dòng)靜環(huán)與密封腔的間隙太小，就要增大密封腔內(nèi)徑或減小轉(zhuǎn)動(dòng)外徑，至少保證0.75mm的間隙。如果是摩擦副配對(duì)不當(dāng)，就要更改動(dòng)靜環(huán)材料，使其耐溫，耐腐蝕。這樣就會(huì)減少機(jī)械密封的振動(dòng)和發(fā)熱。

3.2
機(jī)械密封泄漏的處理
機(jī)械密封的泄漏是由于多種原因引起，我們要具體問題具體處理。為了大限度的減少泄漏量，安裝機(jī)械密封時(shí)一定要嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行裝配，同時(shí)還要注意以下事項(xiàng)。
（1）裝配要干凈光潔。機(jī)械密封的零部件、工器具、潤(rùn)滑油、揩拭材料要十分干凈。動(dòng)靜環(huán)的密封端面要用柔軟的紗布揩拭。

（2）修整倒角倒圓。軸、密封端蓋等倒角要修整光滑，軸和端蓋的有關(guān)圓角要砂光擦亮。

（3）裝配輔助密封圈時(shí)，橡膠輔助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗滌，以免脹大變形，過早老化。動(dòng)靜環(huán)組裝完后，用手按動(dòng)補(bǔ)償環(huán)，檢查是否到位，是否靈活;彈性開口環(huán)是否定位可靠。動(dòng)環(huán)安裝后，必須保證它在軸上軸向移動(dòng)靈活。

3.3
泵軸竄量大的處理
合理地設(shè)計(jì)軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量。為了滿足這一要求，對(duì)于多級(jí)離心泵，設(shè)計(jì)方案是:平衡盤加軸向止推軸承，由平衡盤平衡軸向力，由軸向止推軸承對(duì)泵軸進(jìn)行軸向限位。

3.4
增加輔助沖洗系統(tǒng)
密封腔中密封介質(zhì)含有顆粒、雜質(zhì)，必須進(jìn)行沖洗，否則會(huì)因結(jié)晶的析出，顆粒、雜質(zhì)的沉積，使機(jī)械密封的彈簧失靈，如果顆粒進(jìn)入摩擦副，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封的迅速破壞。因此機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的，它可以有效地保護(hù)密封面，起到冷卻、潤(rùn)滑、沖走雜物等作用。

3.5
泵振動(dòng)的處理措施
在泵產(chǎn)品的制造裝配過程中，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程去執(zhí)行，消除振動(dòng)源。泵、電機(jī)、底座、現(xiàn)場(chǎng)管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，要嚴(yán)格把關(guān)，消除振動(dòng)源。

以上簡(jiǎn)單研究了機(jī)械密封在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的應(yīng)用和出現(xiàn)故障后，以后再遇到機(jī)械密封的故障問題，首先要考慮機(jī)械密封本身的影響因素，然后還要考慮機(jī)械密封外部的一些影響因素。比如:在分析機(jī)械密封的質(zhì)量事故的原因時(shí)，要考慮到泵的其它零部件對(duì)機(jī)械密封運(yùn)行的影響，采取措施不斷提高機(jī)械密封的效果。