機(jī)械密封失效的影響因素與影響機(jī)制研究

圖爾德胡勒·阿不都拉　阿達(dá)依·謝爾亞孜旦

（新疆大學(xué)　機(jī)械工程學(xué)院，烏魯木齊 830047）

機(jī)械密封失效的影響因素與影響機(jī)制研究

圖爾德胡勒·阿不都拉阿達(dá)依·謝爾亞孜旦

（新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，烏魯木齊 830047）

機(jī)械密封是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機(jī)構(gòu)彈力的作用及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成防止流體泄露的裝置。防止因機(jī)械密封問題而引起失效，必須全面檢查影響失效的所有影響因素與影響機(jī)制。機(jī)械密封的實際密封效果不但與機(jī)械密封的自身性能有關(guān)，而且與其它零部件及密封輔助系統(tǒng)提供的條件有著緊密的關(guān)系，因此在設(shè)計密封裝置時要為機(jī)械密封的使用提供一個良好的氛圍。

機(jī)械密封影響因素影響機(jī)制

引言

隨著機(jī)械密封的快速發(fā)展，在石油和化工企業(yè)中機(jī)械密封的使用非常廣泛，其性能穩(wěn)定，密封性好，摩擦功耗低，使用周期長，對軸（或軸套）磨損很小等。在日常的生產(chǎn)中，由于機(jī)械密封而引起的機(jī)器故障仍然大約占總體的百分之四十以上，因此給維修方面帶來了巨大的困難。所以，良好的機(jī)械密封直接關(guān)系到裝置的正常運行及生產(chǎn)。

在國外，機(jī)械密封出現(xiàn)于19世紀(jì)初期，但是在最近半個世紀(jì)才得到發(fā)展，最近幾十年機(jī)械密封得到快速的迅速，在日常的生產(chǎn)中得到的大量的應(yīng)用。我國的機(jī)械密封生產(chǎn)開始的相對來說比較晚，大約在20世紀(jì)中期才開始有正規(guī)的機(jī)械密封公司，例如：沈陽水泵廠及天津機(jī)械密封件廠。還主要是在水泵方面。隨著國家現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，特別最近幾年，引進(jìn)了大量國外成套的裝置和先進(jìn)的工藝裝備，由于這些設(shè)備的使用，從而密封了大量的產(chǎn)品。我們逐步適應(yīng)了國際化的要求，機(jī)械密封技術(shù)取得了舉世矚目的發(fā)展。

1影響機(jī)械密封的因素

（1）腐蝕。表面腐蝕：機(jī)械密封件由于腐蝕介質(zhì)的侵蝕造成表面腐蝕，有時甚至?xí)斐筛g穿透。

間隙腐蝕：由介質(zhì)濃度之間存在差異，會導(dǎo)致縫隙間會有溶液溢出造成腐蝕。

電化學(xué)腐蝕：由于工作環(huán)境的封閉性，導(dǎo)致密封介質(zhì)與密封件中的金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成密封失效。

（2）溫度。對于密封腔而言，若內(nèi)部溫度超過規(guī)定的一百五十?dāng)z氏度，將引起一系列的問題，例如：成對使用的密封環(huán)因摩擦發(fā)熱產(chǎn)生變形和熱裂，導(dǎo)致材料腐蝕和磨損速度增快，長時間的磨損和腐蝕造成密封環(huán)的失效。密封圈超過本該承受的溫度會發(fā)生硬化等一系列現(xiàn)象，從而造成失效。相對于彈簧來說，高溫會使其失去彈性。在運動中會由于摩擦產(chǎn)生部分熱，使局部溫度升高，若不使用合理的沖洗冷卻方法會使部件發(fā)生失效還，甚至?xí)涌焖母g速率。所以設(shè)計時一定要考慮溫度問題。

（3）摩擦。當(dāng)固體顆?；蛘唠s質(zhì)進(jìn)入密封面時，密封面會由于這些小顆粒的存在導(dǎo)致接觸不良，造成摩擦面的磨損，這樣端面間液膜就難以形成和維持，造成機(jī)械密封失效。

（4）壓力。高壓或者壓力不穩(wěn)定造成的失效：在密封腔內(nèi)壓力所承受的壓力超過所需壓力時，會造成密封端面比壓指過大，不能容易的形成液膜，造成端面過重的磨損，甚至?xí)l(fā)出大量的熱，造成密封零件產(chǎn)生變形。

由于工作壓力的不穩(wěn)定引起零件的彈性變形，由于零件的變形，造成密封不良甚至失效。若壓力的變化超過一定范圍，會產(chǎn)生很明顯的泄露現(xiàn)象。

（5）其他原因的影響。密封件本身由于設(shè)計、工藝、制造、選材、安裝或選型配對不正確等造成機(jī)械密封點泄露失效。例如：密封件沒對稱安裝，密封端面不平整，從而中間產(chǎn)生密封間隙導(dǎo)致有泄漏量；密封沖洗系統(tǒng)不健全，因密封腔內(nèi)的溫度過高導(dǎo)致機(jī)械密封失效；對密封輔助系統(tǒng)的不當(dāng)選擇；工藝條件不規(guī)范或者苛刻或者環(huán)境條件差等均都可以導(dǎo)致密封失效。

2　以螺旋槽機(jī)械密封為例

圖1液膜泄露量和摩擦扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

（1）轉(zhuǎn)速對密封性能的影響。在介質(zhì)的壓力保持穩(wěn)定的狀態(tài)下，由于動環(huán)的轉(zhuǎn)速被改變從而得出轉(zhuǎn)速的變化對密封的泄露量和摩擦扭矩的影響，如圖1所示。從圖中可以看出，動壓效應(yīng)成正比于轉(zhuǎn)速，泵入流體增加量近似正比于泄漏量；轉(zhuǎn)速正比于剪切應(yīng)力與流體摩擦扭矩這一因素，這有利于增大流體的開啟力，從而推開密封面，實現(xiàn)非接觸密封。

（2）壓差的影響。密封介質(zhì)與密封背壓的壓力之間的差值被叫做密封壓差，它在一定程度上反應(yīng)出了密封工作的難度，密封難度與密封壓差成正比例關(guān)系，密封壓差是影響密封性能的重要因素之一。圖2是壓差對密封的泄露量和摩擦扭矩的影響規(guī)律。依據(jù)圖片，由于壓差與流體泵入端面流量成正比，可以看出液膜泄漏量呈線性增加的態(tài)勢；然而壓差對液膜的摩擦扭矩的影響相對來說較小。

圖2液膜泄露量和摩擦扭矩與壓差的關(guān)系

3預(yù)防密封失效的措施

（1）在選擇密封結(jié)構(gòu)時應(yīng)以結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、操作方便、安裝與維修容易為主。選擇機(jī)械密封時，應(yīng)對其中參數(shù)、材料、結(jié)構(gòu)等特點加以了解，要選擇質(zhì)量性能等最可靠安全的機(jī)械密封裝置。每種機(jī)械密封的使用都有他的適應(yīng)性，要具體工作環(huán)境具體分析，選擇可靠的機(jī)械密封方式，這是保證機(jī)械密封正常運行的關(guān)鍵。安裝前，每個部件的完好性和規(guī)范性得到確保，按機(jī)械密封正確要求進(jìn)行安裝。安裝過程中應(yīng)恰當(dāng)?shù)氖褂冒俜直怼⒂螛?biāo)卡尺等相關(guān)的設(shè)備，確保不偏心、間隙合理等細(xì)節(jié)。

（2）防止腐蝕引起的腐蝕失效造成密封失效的問題應(yīng)引起重視。做好機(jī)械密封件日常保養(yǎng)工作，避免介質(zhì)泄漏腐蝕密封系統(tǒng)。另外，使用高純度的透平油定期的沖洗密封件，改善密封裝置抗腐蝕的性能。

（3）防止磨擦引起失效，為避免由于磨擦引起機(jī)械密封失效，首先保障摩擦副材料具有良好磨擦性能，其次保證密封面的平整度和粗糙度一定要達(dá)到要求。另外，在安裝過程中，端面異物一定要清理；在運行過程中，輸送介質(zhì)一定要規(guī)范，避免不必要的腐蝕。

（4）橡膠圈失效，橡膠圈有一定的使用壽命，使用過程中應(yīng)計算好時間，做到定期更換。在檢修過程中，若發(fā)現(xiàn)密封圈惡化、形變等應(yīng)即刻更換密封圈。

（5）提高操作人員技能，在運行前，加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高人員的操作水平。在起動過程中，應(yīng)按照要求規(guī)定；另外，平時應(yīng)安排人員做機(jī)械密封件的日常保養(yǎng)維護(hù)工作。

4總結(jié)

本文總結(jié)了我們在機(jī)械密封的使用過程中比較常見的問題，然而造成機(jī)械密封失效的因素很多并且復(fù)雜。機(jī)械密封失效原因具有多樣性、復(fù)雜性，只有不斷的摸索當(dāng)中發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)經(jīng)驗，機(jī)械密封失效的原因才能快速找到，采取有效措施去解決，機(jī)械裝置整體的安全、穩(wěn)定和高效運行才能得到足夠的保障。機(jī)械密封始終作為精密的部件在工作中使用，如果泄露部位增多，則對零件的加工精度要求以及工作人員的安裝，維修帶來巨大的困難。機(jī)械密封的失效在工作中有多種原因，因此，正確分析什么原因帶來的失效，不是那么簡單。首先我們必須要找到密封失效部位，然后才能采取具體有效的措施去進(jìn)行改進(jìn)或者彌補。

［1］郭海峰，張玉梅.離心泵機(jī)械密封失效原因分析及消除措施［J］.化學(xué)工業(yè)，2010，28（1）：34-36.

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［3］沈國良，陸鋒，馮秀，魏龍.機(jī)械密封端面微變形研究進(jìn)展［J］.液壓氣動與密封.2012（02）

StudyonInfluenceFactorsandMechanismof Mechanical Seal Failure

Tuerdehule·Abudoula Adayi·Xieeryazidan
（School of mechanical engineering，Xinjiang University，Urumqi 830047）

Mechanical seal is by at least a pair of vertical on end surface of the axis of rotation in the fluid pressure and the elasticity of compensation organizations and the role of auxiliary seal with stay fit and relative sliding a device for preventing the leakage of fluid.In order to avoid the failure of mechanical seal，we must review all the influencing factors and mechanism of the impact failure without missing. The use of mechanical seal of the actual sealing effect not only on mechanical seals and its performance，and with other components and sealing auxiliary system provides the conditions has a close relationship，so in the design of the sealing device to seal mechanical provides a good condition.

mechanical seal；influence factor；influence mechanism

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金（項目編號2014211A011）。