機械密封(mechanical seal)是指由至少一對垂直于機械密封旋轉軸線(xiàn)的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動(dòng)機械密封件而構成的防止流體泄漏 的裝置。彈力加載機構與輔助密封是金屬性機械軸封紋管的機械密封我們稱(chēng)為金屬波紋管密封。在輕型密封中，還有使用橡膠波紋管作輔助密封的，橡膠波紋管彈力有限，一 般需要輔以彈簧來(lái)滿(mǎn)足加載彈力。 “機械密封”通常被人們簡(jiǎn)稱(chēng)為“機封”。

機械密封的基本組成：

主要部件
動(dòng)環(huán)和靜環(huán)。
輔助密封件
密封圈（有O形、X形、U型、楔形、矩形柔性石墨、PTFE包覆橡膠O圈等）。
彈力補償機構
彈簧、推環(huán)。
傳動(dòng)件
彈簧座及鍵或各種螺釘。

機 械密封是一種旋轉機械的油封裝置。比如離心泵、離心機、反應釜和壓縮機等設備。由于傳動(dòng)軸貫穿在設備內外，這樣，軸與設備之間存在一個(gè)圓周間隙，設備中的 介質(zhì)通過(guò)該間隙向外泄露，如果設備內壓力低于大氣壓，則空氣向設備內泄露，因此必須有一個(gè)阻止泄露的軸封裝置。軸封的種類(lèi)很多，由于機械密封具有泄漏量少 和壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，所以當今世界上機械密封是在這些設備最主要的軸密封方式。機械密封又叫端面密封，在國家有關(guān)標準中是這樣定義的：“由至少一對垂直于旋轉 軸線(xiàn)的端面在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動(dòng)而構成的防止流體泄漏的裝置?！?

對密封環(huán)的要求：

密封環(huán)是動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的總稱(chēng)(下同)，是構成機械密封最主要的元件。密封環(huán)在很大程度上決定了機械密封的使用性能和壽命，因此，對它提出了一些要求。

有足夠的強度和剛度

在工作條件下(如壓力、溫度和滑動(dòng)速度等)不損壞，變形應盡量的小，工作條件波動(dòng)時(shí)仍能保持密封性。尤其是密封端面要有足夠的強度以及一定的耐腐蝕能力，以保證產(chǎn)品有滿(mǎn)意的使用壽命。

有良好的耐熱沖擊能力

為此，要求材料有較高的導熱系數和較小的線(xiàn)膨脹系數，承受熱沖擊時(shí)不至于開(kāi)裂。

較小的摩擦系數

密封環(huán)匹配應有較小的摩擦系數。

良好的自潤滑性

工作中如發(fā)生短時(shí)間的干摩擦，不損傷密封端面。因此，密封環(huán)要有良好的自潤滑性，密封環(huán)材料與密封流體還要有很好的浸潤性。

結構簡(jiǎn)單

密封環(huán)結構應力求簡(jiǎn)單對稱(chēng)，優(yōu)先考慮用整體型結構，也可采用組合式(如鑲裝式)密封環(huán)，盡量避免用密封端面噴涂式結構。

密封環(huán)要容易加工制造

安裝和維修要方便，價(jià)格要低廉。

機械密封工作應注意問(wèn)題

安裝時(shí)注意事項

a.要十分注意避免安裝中所產(chǎn)生的安裝偏差

（1）上緊壓蓋應在聯(lián)軸器找正后進(jìn)行，螺栓應均勻上支，防止壓蓋端面偏斜，用塞尺檢查各點(diǎn)，其誤差不大于0.05毫米。

（2）檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙（即同心度），四周要均勻，用塞尺檢查各點(diǎn)允差不大于0.01毫米。

b.彈簧壓縮量要按規定進(jìn)行，不允許有過(guò)大或過(guò)小現象，要求誤差2.00毫米。過(guò)大會(huì )增加端面比壓，加速端面磨損。過(guò)小會(huì )造成比壓不足而不能起到密封作用。

c.動(dòng)環(huán)安裝后，將動(dòng)環(huán)壓向彈簧后應能自動(dòng)彈回來(lái)。

安裝時(shí)位置要求

為了保證機械密封穩定的運行、長(cháng)壽命和低泄漏性能，將它正確地安裝在機器上是十分重要的。安裝時(shí)必須注意的事項：

（1）部件的確認

把機械密封安裝到機器上時(shí)，安裝前要很好的與總裝配圖相對照，確認零件是否已準備齊全，這時(shí)要注意密封磨擦副密封面、密封圈等有無(wú)傷痕、缺損等異?，F 象，還要注意與填料、密封圈（O環(huán)）等相接觸的軸或軸套表面、法蘭等部件上有無(wú)傷痕，若發(fā)現有異常的現象，則必須更換或修理后再使用。

在實(shí)際進(jìn)行安裝時(shí)，不要將超過(guò)需要的零件帶到現場(chǎng)，這樣，安裝完畢后零件如有剩余，則是安裝時(shí)有了漏裝的地方；若零件不足，則意味著(zhù)不必要的地方也組裝上了零件，這也就起到了在安裝時(shí)自檢的作用。

（有人認為一個(gè)好的裝配工是不需要圖紙和其它標記，這是錯誤的。那他只是個(gè)熟練工不是個(gè)好檢修工）

（2）安裝位置

安裝要領(lǐng)隨機械密封型式、機器種類(lèi)的不同而不同。這里不再贅述

安裝時(shí)技術(shù)要求

機械密封是屬于較高精度的機械部件，對其正確的安裝與操作對它的使用壽命有大大的影響。我們一般按照石油化工部規定的標準。

安裝機械密封的泵與機械密封配合部分的技術(shù)要求如下:

1、軸彎曲度：最大不大于0.05毫米；

2、轉子振擺：動(dòng)環(huán)密封圈處的軸套附近不大于0.06毫米；

3、軸的軸向竄動(dòng)量不允許超過(guò)±0.5毫米，如果帶軸套，不允許軸套有松動(dòng)；

4、聯(lián)軸器的找正誤差：對于齒式聯(lián)軸器不大于0.08～0.10毫米（P2008C），對于彈性聯(lián)軸器不大于0.05～0.06毫米；（習慣做法端跳<0.05,徑跳<0.10）

5壓蓋（靜環(huán)座）與密封配合止口對軸中心線(xiàn)的同心度允差0.05毫米，與墊片接觸的平面對中心線(xiàn)的垂直度值允差0.03～0.05毫米，如果達不到要求，密封腔要進(jìn)行加工；

6、安裝動(dòng)環(huán)密封圈的軸套端部，以及安裝靜環(huán)密封圈的壓蓋（或殼體）的端部應倒角，并修光滑。

拆卸時(shí)注意事項

a.在安裝、拆卸機械密封時(shí)要仔細，嚴禁動(dòng)用手錘和扁鏟，以免損壞密封元件。如果結垢拆卸不下時(shí)，應清洗干凈后再進(jìn)行拆卸。

b.如果在泵兩端都用機械密封時(shí)，在裝配，拆卸過(guò)程中互相照顧，防止顧此失彼。

c.對運行過(guò)的機械密封，凡有壓蓋松動(dòng)使密封發(fā)生移動(dòng)的情況，則動(dòng)靜環(huán)零件必須更換，不應重新上緊繼續使用。因為松動(dòng)后摩擦副原來(lái)運轉軌跡會(huì )發(fā)生變動(dòng)，接觸面的密封性就很容易遭到破壞。

機封的維護問(wèn)題：

啟動(dòng)前的準備工作

a.全面檢查機械密封，以及附屬裝置和管線(xiàn)安裝是否齊全，是否符合技術(shù)要求。

b.機械密封啟動(dòng)前進(jìn)行靜壓試驗，檢查機械密封是否有泄漏現象。若泄漏較多，應查清原因設法消除。如仍無(wú)效，則應拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗壓力用2~3公斤/平方厘米。

c.按泵旋向盤(pán)車(chē)，檢查是否輕快均勻。如盤(pán)車(chē)吃力或不動(dòng)時(shí)，則應檢查裝配尺寸是否錯誤，安裝是否合理。

安裝與停運

a.啟動(dòng)前應保持密封腔內充滿(mǎn)液體。對于輸送凝固的介質(zhì)時(shí)，應用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動(dòng)前必須盤(pán)車(chē)，以防止突然啟動(dòng)而造成軟環(huán)碎裂。

b.對于利用泵外封油系統的機械密封，應先啟動(dòng)封油系統。停車(chē)后最后停止封油系統。

c.熱油泵停運后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水，應待端面密封處油溫降到80度以下時(shí)，才可以停止冷卻水，以免損壞密封零件。

運轉

a.泵啟動(dòng)后若有輕微泄漏現象，應觀(guān)察一段時(shí)間。如連續運行4小時(shí)，泄漏量仍不減小，則應停泵檢查。

b.泵的操作壓力應平穩，壓力波動(dòng)不大于1公斤/平方厘米。

c.泵在運轉中，應避免發(fā)生抽空現象，以免造成密封面干摩擦及密封破壞。

d.密封情況要經(jīng)常檢查。運轉中，當其泄漏超過(guò)標準時(shí)，重質(zhì)油不大于5滴/分，輕質(zhì)油不大于10滴/分，如2-3日內仍無(wú)好轉趨勢，則應停泵檢查密封裝置。

機封故障及失效原因：

故障原因

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

1、機械密封的設計選型不對；

2、機械密封質(zhì)量不好；

3、使用或安裝機械密封的機器本身精度達不到要求；

4、機器運行操作錯誤。

具體情況具體分析

密封失效的原因及分析

（一）密封失效主要有下述三種原因：

1、密封面打開(kāi)

在修理機械密封時(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。

當密封面一打開(kāi)，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，當軸串動(dòng)時(shí)，動(dòng)環(huán)不能及時(shí)貼合，而使密封面打開(kāi)，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)（相對動(dòng)密封點(diǎn)，常見(jiàn)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(kāi)。

2過(guò)熱

因密封面上會(huì )產(chǎn)生熱，故橡膠圈使用溫度應低于設計規范。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，所以橡膠圈有繼續硫化的危險，最終失去彈性而泄漏。（冷區考慮冷脆）

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

過(guò)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(kāi)裂，以及某些鍍層裂縫，設計應選用平衡型機械密封，以降低比壓防止過(guò)熱。

3超差

正確的裝配公差，對于安裝機械密封是很必要的，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據，這些數據對安裝來(lái)講都是很關(guān)鍵的。（依靠經(jīng)驗和常識）

機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 )導致密封提前失效。

（二）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，則一般是裝配不當造成的。

對于質(zhì)量較差的石墨環(huán)（動(dòng)環(huán)）來(lái)講，其內部氣孔較多，這是因為在制造過(guò)程中，聚集在石墨內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造成的。密封面上的環(huán)形溝槽，多數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)本身的內應力造成的，而結焦則是因高溫所致，這在煉油廠(chǎng)的高溫熱油介質(zhì)中是常見(jiàn)的。

發(fā)煙硫酸、硝酸、氫氟酸、次綠酸鈉、王水、過(guò)氫氧化物等對石墨有侵蝕作用的幾種強氧化劑，其腐蝕作用隨溫度增加而加劇。

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

在檢查硬環(huán)表面時(shí)有四種跡象要注意：

（1）陶瓷環(huán)破裂；（2）熱裂；（3）刻痕；（4）鍍層的脫落。

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

由于鍍層材料與基體材料二者線(xiàn)脹速率不同，所以溫度升高時(shí)，環(huán)表面會(huì )出現裂紋，司太立特合金尤為嚴重。在較高級的涂層材料中，鈷基碳化鎢不如鎳基涂層。 而對密封面進(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，導致密封面打開(kāi)或在密封面之間生 成結晶物，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，當發(fā)現○型變成矩形或環(huán)變硬時(shí)，就需要調整壓縮量，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○型圈在石油潤滑油中使用會(huì )脹大，臭氧對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 內，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(jiàn)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，對于密封面磨損痕跡尚需補充以下幾點(diǎn)，檢查磨損痕跡，可以幫助分析故障。

1，磨損變寬：表明機泵發(fā)生了嚴重的不對中。

其原因是： （1）軸承損壞；

（2）軸振動(dòng)或軸變形；

（3）軸彎曲；

（4）泵汽蝕產(chǎn)生振動(dòng)；

（5）聯(lián)軸器未對中；

（6）管子嚴重變形；

（7）密封靜環(huán)傾斜。

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

3，無(wú)磨痕：

說(shuō)明密封面不粘合。檢查彈簧等補償機構是否打滑或受阻礙。

4，密封面無(wú)磨痕但有亮點(diǎn)。

密封面翹曲會(huì )出現有亮點(diǎn)而無(wú)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。

這種癥狀的出現說(shuō)明：密封可能一開(kāi)車(chē)就發(fā)生泄漏。

5，密封面有切邊：

這是由于密封面分得太開(kāi)，而在合攏時(shí)斷裂。閃蒸（氣化）是較普遍的密封面分開(kāi)的原因，特別是在熱水系統或流體中有凝液時(shí)，水從液體膨脹成蒸氣，可使密封面分開(kāi)。（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。受交變應力作用的彈簧受腐蝕是它的首要問(wèn)題，因為金屬在應力作用下會(huì )迅速 腐蝕，不繡鋼彈簧易受氯化物的應力腐蝕，且世界上存在許多的氯化物，所以有國外部門(mén)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，裝配不當造成彈簧疲勞是失效的又一原因。

機械密封使用的固定螺釘，不要用硬化后的材料來(lái)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，可能是從密封側進(jìn)入套內的固體微粒造成的，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。

金屬在溫升過(guò)程中要改變顏色，不銹鋼在使用時(shí)應注意下列溫度時(shí)的顏色。

淡黃色————溫度為700～800℉（約370～432℃）

棕 色————溫度為900～1000℉（約486～540℃）

蘭 色————溫度為1100℉（約590℃）

黑 色————溫度為1200℉（約648℃）

當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(lái)源是很困難的。軸套的泄漏通常是穩定的，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(guān)察一段時(shí)間再說(shuō)）

2、如密封周?chē)浅睗竦?，而且看不出漏。這在起動(dòng)時(shí)泵運轉產(chǎn)生的離心力使泄漏的液體回到密封面內，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。

3、熱膨脹能使鑲接在金屬部件內的石墨環(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(kāi)關(guān)可保證沖洗中的殘留物在泵啟動(dòng)前或停車(chē)后沖干凈，如使用淬冷的方法來(lái)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(lái)解決這些問(wèn)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，冷卻器內的流體流速就加快，或者熱交換器的方向裝反了。




作者：嘉善日益機械密封件廠(chǎng)

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