杜艷峰

目前機(jī)械密封在各行各業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，而隨著產(chǎn)品技術(shù)水平的提高和節(jié)約能源的要求，機(jī)械密封的應(yīng)用前景將更加廣泛。 

1　機(jī)械密封原理及結(jié)構(gòu) 

機(jī)械密封又稱端面密封(Mechanical Seal)，是旋轉(zhuǎn)軸用動(dòng)密封。是靠一對(duì)或數(shù)對(duì)垂直于軸作相對(duì)滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置。即:有一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面， 該端面在流體壓力及補(bǔ)償機(jī)械外彈力的作用下， 依賴輔助密封的配合與另一端保持貼合， 并相對(duì)滑動(dòng)， 從而防止流體泄漏。 

常用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)由靜止環(huán)(靜環(huán))、旋轉(zhuǎn)環(huán)(動(dòng)環(huán))、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈和靜止環(huán)輔助密封圈等元件組成，防轉(zhuǎn)銷固定在壓蓋上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補(bǔ)償能力而稱為補(bǔ)償環(huán)或非補(bǔ)償還。 

機(jī)械密封中流體可能泄漏的途徑有A、B、C、D四個(gè)通道。C、D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封。B通道是旋轉(zhuǎn)環(huán)與軸之間的密封，當(dāng)端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補(bǔ)償環(huán)沿軸向作微量的移動(dòng)，實(shí)際上仍然是一個(gè)相對(duì)靜密封。因此，這些泄漏通道相對(duì)來說比較容易封堵。靜密封元件Z常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補(bǔ)償環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時(shí)采用兼?zhèn)鋸椥栽δ艿南鹉z、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結(jié)構(gòu)。A通道則是旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)密封，它是機(jī)械密封裝置中的主密封，也是決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。因此，對(duì)密封端面的加工要求很高，同時(shí)為了使密封端面間保持必要的潤(rùn)滑液膜，必須嚴(yán)格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩(wěn)定的潤(rùn)滑液膜，會(huì)加速端面的磨損;壓力過小，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設(shè)計(jì)和安裝機(jī)械密封時(shí)，一定要保證端面單位面積壓力值在Z適當(dāng)?shù)姆秶?nbsp;

2　機(jī)械密封材料 

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械密封的泄露大約有80%～95%是由于密封端面，摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外，主要是摩擦副的材料問題。 

摩擦材料應(yīng)具備下列條件:機(jī)械強(qiáng)度高，能耐壓和耐壓力變形;具有耐干磨性，耐高載荷性，自潤(rùn)滑性好;配對(duì)材料的磨合性好，無過大的磨損和對(duì)偶腐蝕; 耐磨性好，壽命長(zhǎng);導(dǎo)熱性和散熱性好;耐高溫性好;抗熱裂性好;耐腐蝕性強(qiáng);線膨脹系數(shù)小 ;切削加工性好，成型性能好;氣密性好; 密度小，能耐熱變形和尺寸穩(wěn)定性好。 

3　機(jī)械密封的失效 

機(jī)械密封性能可靠，泄漏量小，使用壽命長(zhǎng)，功耗低，毋須經(jīng)常維修，且能適應(yīng)于生產(chǎn)過程自動(dòng)化和高溫、低溫、高壓、真空、高速以及各種強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、含固體顆粒介質(zhì)等苛刻工況的密封要求。但是機(jī)械密封還是有失效的時(shí)候，歸納其失效原因有以下幾點(diǎn):(1)軸套與軸間的密封(2)動(dòng)環(huán)與軸套間的密封(3)動(dòng)、靜環(huán)間密封(4)對(duì)靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封(5)密封端蓋與泵體間的密封。其中磨損是機(jī)械密封經(jīng)常發(fā)生的一種失效形式。對(duì)于接觸式機(jī)械密封，掌握磨損規(guī)律，預(yù)計(jì)磨損率，設(shè)法延長(zhǎng)耐磨壽命乃是一個(gè)重要問題。磨損的主要形式及其轉(zhuǎn)化，摩擦表面上可能出現(xiàn)的主要磨損形式有:粘著磨損，磨料磨損，疲勞磨損，微動(dòng)磨損和腐蝕磨損。 

3.1 粘著磨損 

由于表面上存在著粗糙的微凸體，表面間的接觸發(fā)生在分散的微凸體處。磨擦?xí)r接觸點(diǎn)處發(fā)生變形，潤(rùn)滑膜以及表面膜破裂時(shí)會(huì)出現(xiàn)金屬間的直接接觸，連接點(diǎn)不斷被剪切斷，同時(shí)又產(chǎn)生新的連接點(diǎn)。如果剪切發(fā)生在結(jié)點(diǎn)界面上，則兩表面沒有磨損;如果剪切發(fā)生在金屬內(nèi)部，則會(huì)出現(xiàn)表面間金屬的轉(zhuǎn)移，表面受到破壞和磨損。金屬的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象是粘著磨損的主要特點(diǎn)。 

3.2 疲勞磨損 

疲勞磨損過程可認(rèn)為由三個(gè)發(fā)展階段組成:一是表面的相互作用;二是在摩擦力的影響下，接觸材料表層性質(zhì)的變化;三是表面的破壞和磨損微粒的脫落。 

4　機(jī)械密封特點(diǎn) 

機(jī)械密封有什么樣的特點(diǎn)，機(jī)械密封的主要特點(diǎn)就是防止泄露! 

4.1 泄漏量可以限制到很小 

主要主密封面的表面粗糙度和平直度能保證達(dá)到要求，只要材料耐磨性好，機(jī)械密封可以達(dá)到很少泄漏量，甚至肉眼看不見泄漏。密封介質(zhì)為液體時(shí)，泄漏量通常為3ML/h以下，但對(duì)于特殊情況以及密封介質(zhì)為氣體時(shí)不受此限。煤油試驗(yàn)臺(tái)泄漏量不超過20ml/h;常溫清水試驗(yàn)，軸外徑大于50mm時(shí)平均泄漏量不超過5ml/h，軸外徑不大于50mm時(shí)平均泄漏量不超過3ml/h。 

4.2 壽命長(zhǎng) 

在機(jī)械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面。因?yàn)槊芊舛嗣娴哪p量在正常工作條件下不大，一般可以連續(xù)使用1-2年，個(gè)別場(chǎng)合也有用到5-10年。 

4.3 運(yùn)轉(zhuǎn)中不用調(diào)整 

由于機(jī)械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)保持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調(diào)整壓緊。 

5　機(jī)械密封沖洗 

沖洗的目的在于防止雜質(zhì)集積，防止氣囊形成，保持和改善潤(rùn)滑等，當(dāng)沖洗液溫度較低時(shí)，兼有冷卻作用。沖洗的方式主要有兩種:一是內(nèi)沖洗;二是外沖洗。而內(nèi)沖洗又分為正沖洗，反沖洗，全沖洗。外沖洗液壓力應(yīng)比被密封介質(zhì)大0.05-0.1MPa，適用于介質(zhì)為高溫或固體顆粒的場(chǎng)合。沖洗液的流量應(yīng)保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需要，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)密封件的沖蝕。為此，需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，一般清潔沖洗液的流速應(yīng)小于5m/s，含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，一般取0.05-0.1MPa，對(duì)雙端面機(jī)械密封可取0.1-0.2MPa。 

6　機(jī)械密封安裝、使用技術(shù)要領(lǐng) 

設(shè)備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動(dòng)應(yīng)≤0.04毫米，軸向竄動(dòng)量不允許大于0.1毫米;設(shè)備的密封部位在安裝時(shí)應(yīng)保持清潔，密封零件應(yīng)進(jìn)行清洗，密封端面完好無損，防止雜質(zhì)和灰塵帶入密封部位;在安裝過程中嚴(yán)禁碰擊、敲打，以免使機(jī)械密封摩擦付破損而密封失效;安裝時(shí)在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機(jī)械油，以便能順利安裝;安裝靜環(huán)壓蓋時(shí)，擰緊螺絲必須受力均勻，保證靜環(huán)端面與軸心線的垂直要求;安裝后用手推動(dòng)動(dòng)環(huán)，能使動(dòng)環(huán)在軸上靈活移動(dòng)，并有一定彈性;安裝后用手盤動(dòng)轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸應(yīng)無輕重感覺;設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)前必須充滿介質(zhì)，以防止干摩擦而使密封失效;安裝時(shí)在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機(jī)械油，要特別注意機(jī)械油的選擇對(duì)于不同的輔助密封材質(zhì)，避免造成O型圈侵油膨脹或加速老化，造成密封提前失效。 

7　結(jié)束語 

 在設(shè)計(jì)機(jī)械密封時(shí)，不僅要考慮機(jī)械密封本身的影響因素，而且要考慮機(jī)械密封外部的各種影響因素。在實(shí)際工作中要注意以下幾個(gè)問題:分析機(jī)械密封的質(zhì)量事故的原因時(shí)，要充分考慮到機(jī)械的其它零部件對(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。對(duì)重要機(jī)械產(chǎn)品的機(jī)械密封，要增加保護(hù)措施，提高密封質(zhì)量，減少密封質(zhì)量事故。在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到機(jī)械其它零部件以及現(xiàn)場(chǎng)其它設(shè)備對(duì)機(jī)械密封的使用效果的影響，為機(jī)械密封創(chuàng)造一個(gè)良好的外部條件。增加對(duì)機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的重要作用的認(rèn)識(shí)，盡可能配備完善的機(jī)械密封輔助系統(tǒng)，以提高密封效果。 

（來源：中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品）