機(jī)械密封在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的應(yīng)用

張海泉

（青島松靈電力環(huán)保設(shè)備有限公司，山東 膠州 266300）

機(jī)械制造行業(yè)是我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，也是推動(dòng)我國(guó)工業(yè)科技改革發(fā)展的主要因素。近年來(lái)良好的科學(xué)技術(shù)條件，為機(jī)械行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利的環(huán)境，新時(shí)期多種形式的機(jī)械設(shè)備，廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)。旋轉(zhuǎn)設(shè)備可以讓主體在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下操作運(yùn)行，保證了設(shè)備能適用于現(xiàn)場(chǎng)各種工況。機(jī)械密封是旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行中不可缺少的組成部分，可避免內(nèi)部介質(zhì)的外溢和泄漏。

伴隨著設(shè)備應(yīng)用的多樣性，其形式與要求也更加復(fù)雜，傳統(tǒng)工藝已經(jīng)滿足不了實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)用要求。旋轉(zhuǎn)型的設(shè)備擺脫了單一的機(jī)械傳動(dòng)操作，使設(shè)備在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下運(yùn)行，為了保證旋轉(zhuǎn)設(shè)備的使用性能，對(duì)其進(jìn)行機(jī)械密封處理是必不可少的。

1 機(jī)械密封簡(jiǎn)介

機(jī)械密封，是指由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)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(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置（如圖1）。

圖1 機(jī)械密封中的骨架密封形式

彈力加載機(jī)構(gòu)與輔助密封，是金屬性紋管的機(jī)械密封，我們稱為金屬波紋管密封。機(jī)械密封，是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的油封裝置，比如離心泵、離心機(jī)、反應(yīng)釜和壓縮機(jī)等設(shè)備。

由于傳動(dòng)軸貫穿在設(shè)備內(nèi)外，軸與設(shè)備之間存在一個(gè)圓周間隙，設(shè)備中的介質(zhì)通過(guò)該間隙向外泄漏，如果設(shè)備內(nèi)壓力低于大氣壓，則空氣向設(shè)備內(nèi)滲透，因此必須有一個(gè)阻止泄漏或滲透的軸封裝置。

軸封的種類很多，由于機(jī)械密封具有密封性好和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以當(dāng)今世界上機(jī)械密封，仍然是這些設(shè)備最主要的密封方式。

機(jī)械密封”通常被人們簡(jiǎn)稱為“機(jī)封”。機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)組成，主要部件有動(dòng)環(huán)、靜環(huán)；輔助密封件是密封圈，如O 形、X 形、U 型、楔形；彈力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)有彈簧、推環(huán)；傳動(dòng)件有彈簧座及鍵或各種螺釘。

其中，動(dòng)環(huán)隨泵軸一起旋轉(zhuǎn)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)緊密貼合組成密封面，以防止介質(zhì)泄漏。動(dòng)環(huán)靠密封室中液體的壓力，使其端面壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜，而達(dá)到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質(zhì)不外漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。密封元件起密封動(dòng)環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙的作用，同時(shí)彈性元件對(duì)泵的振動(dòng)、沖擊起緩沖作用。機(jī)械密封在實(shí)際運(yùn)行中，是與泵的其他零部件一起組合起來(lái)運(yùn)行的，機(jī)械密封的正常運(yùn)行與其自身性能、外部條件都有很大的關(guān)系。

2 機(jī)械密封運(yùn)用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

伴隨著機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過(guò)程中出現(xiàn)的多樣化模式，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的密封結(jié)構(gòu)，已適應(yīng)不了新型產(chǎn)品的精密要求，新型的密封形式應(yīng)運(yùn)而生。旋轉(zhuǎn)設(shè)備是現(xiàn)代工業(yè)常用的設(shè)備之一，其利用電氣控制系統(tǒng)讓設(shè)備主軸處于任意旋轉(zhuǎn)速度，以適應(yīng)設(shè)備使用工況。旋轉(zhuǎn)設(shè)備最早采用“軟填料密封”形式，利用高性能纖維及輔助材料配制成軟填料，使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)此種密封裝置的使用壽命較短，故障維修率較高。與其相比，機(jī)械密封裝置的優(yōu)點(diǎn)如下所述。

2.1 密封性優(yōu)良

軟填料密封用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備具有安裝便捷、成本較低、尺寸隨意等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了早期機(jī)械設(shè)備加工操作的需要，也創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)收益。新時(shí)期，機(jī)械密封裝置逐漸取代舊裝置，其具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，可發(fā)揮良好的穩(wěn)定性，其控制范圍內(nèi)液體的泄漏量極少。據(jù)試驗(yàn)顯示，機(jī)械密封液體物質(zhì)的泄漏量，僅為軟填料密封的1%。

2.2 使用壽命長(zhǎng)

隨著設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加，軟填料密封裝置的缺點(diǎn)逐漸暴露，尤其是使用壽命短、密封效果差等，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行。機(jī)封裝置在使用壽命方面的優(yōu)勢(shì)十分突出，一般情況下，機(jī)械密封的使用壽命3年左右，即便是化工介質(zhì)也可使用1年時(shí)間。而軟填料密封的正常使用時(shí)間僅有1年，運(yùn)用于化工介質(zhì)僅有數(shù)月壽命。

2.3 摩擦功耗小

由于機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中均處于傳動(dòng)或被動(dòng)狀態(tài)，不同機(jī)械結(jié)構(gòu)之間難免產(chǎn)生摩擦耗損。若所選用的軟填料密封的摩擦功率偏大，不僅會(huì)增大設(shè)備傳動(dòng)的油耗量，也容易磨損機(jī)件而引發(fā)運(yùn)行故障。從兩種密封方式的摩擦功率判斷，軟填料密封的摩擦功率超過(guò)機(jī)械密封的2～3 倍。軸承磨損量過(guò)大，增加了設(shè)備維修的次數(shù)，造成維修費(fèi)用上升。

2.4 抗振性好

在正常運(yùn)行中，旋轉(zhuǎn)設(shè)備均會(huì)出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)現(xiàn)象，抵制振動(dòng)造成的不利影響，也是需要考慮的問(wèn)題。如：設(shè)備處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，其主軸的振動(dòng)幅度大，振動(dòng)次數(shù)頻繁，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)故障，甚至?xí)l(fā)生設(shè)備損壞的情況。軟填土材料的抗振性能較弱，旋轉(zhuǎn)設(shè)備易出現(xiàn)高溫度、高磨損情況，而機(jī)械密封則具有很強(qiáng)的抗振性能。

3 機(jī)械密封的安裝要點(diǎn)

考慮到機(jī)械密封裝置的諸多優(yōu)點(diǎn)，以及工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的整體國(guó)際趨勢(shì)。對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化更新，不僅降低了生產(chǎn)人員的維護(hù)難度，更提升了日常的生產(chǎn)效率，讓機(jī)械自動(dòng)化的生產(chǎn)模式創(chuàng)造出豐厚的經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益。機(jī)械密封裝置已基本上取代了傳統(tǒng)密封形式，但在密封安裝過(guò)程中，依舊存在明顯的不足。如：安裝方法不當(dāng)、安裝構(gòu)件不全等，這些都會(huì)影響到旋轉(zhuǎn)設(shè)備防泄漏的能力，選用機(jī)械密封時(shí)，必須要注意安裝、拆裝技術(shù)的運(yùn)用。

3.1 選擇機(jī)械構(gòu)件

“精度”既是機(jī)械制造業(yè)的硬指標(biāo)，更是保障設(shè)備正常運(yùn)行的必要條件，無(wú)論是產(chǎn)品加工或者設(shè)備組裝改造，都必須要符合機(jī)械制造業(yè)的精度要求。不同型號(hào)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，在安裝機(jī)械密封裝置時(shí)，對(duì)零件的規(guī)格要求是不一樣的，否則會(huì)影響到密封裝置作用的發(fā)揮。設(shè)備構(gòu)件選擇的參考依據(jù)，是旋轉(zhuǎn)設(shè)備的總裝配圖（如圖2），并且檢查所用的密封磨擦副密封面、密封圈等是否完好，對(duì)存在磨損、刮痕等構(gòu)件，需及時(shí)更換。

圖2 離心泵集裝式機(jī)械密封裝配圖

3.2 確定位置

機(jī)械密封裝置安裝時(shí)，要嚴(yán)格控制安裝位置，根據(jù)圖紙規(guī)定的要求組合構(gòu)件。機(jī)械密封安裝位置應(yīng)便于操作，通常要為機(jī)修人員留有足夠的維修空間。如：旋轉(zhuǎn)設(shè)備中應(yīng)考慮旋轉(zhuǎn)軸拆裝要求，將密封裝置分布在橫向、縱向位置。若更換舊密封裝置，新裝置的安裝位置必須與原來(lái)保持一致，以免安裝位置錯(cuò)誤，而降低設(shè)備的操控性能。

3.3 安裝技術(shù)

安裝是機(jī)械密封應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，密封裝置安裝品質(zhì)的好壞，決定了旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)行效率。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做了明確的規(guī)定，其安裝技術(shù)要求必須遵循以下規(guī)則：

（1）軸彎。軸承彎度是密封安裝技術(shù)的首要參數(shù)，必須要控制在0.05 mm 以內(nèi)，防止彎度過(guò)大引起泄漏現(xiàn)象；

（2）振擺。主要是針對(duì)轉(zhuǎn)子的振擺而言，動(dòng)環(huán)密封圈處的軸套間隙應(yīng)在0.06 mm 以內(nèi)；

（3）誤差?？刂瓢惭b操作中的誤差大小，如齒式聯(lián)軸器的找正誤差，應(yīng)在0.08 mm 以內(nèi)等。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，與傳統(tǒng)的軟填料密封對(duì)比，機(jī)械密封在密封性能、使用壽命、成本造價(jià)等方面，均有明顯的優(yōu)勢(shì)，必將成為未來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)設(shè)備改造的主要方式。為了充分發(fā)揮機(jī)械密封的作用，機(jī)修人員必須嚴(yán)格控制每一項(xiàng)操作步驟，確保裝置運(yùn)行后保持設(shè)備內(nèi)部的氣密性。此外，對(duì)于機(jī)械密封裝置常見(jiàn)的故障問(wèn)題，操作人員也要加強(qiáng)診斷、處理的能力，及時(shí)調(diào)整機(jī)械密封裝置的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

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