淺談機械密封檢修

林振興

摘? 要：機械密封是化工用泵中最精密的核心部件之一，而機械密封的泄露問題也是化工動設備檢修時最常遇到的故障之一。本文詳細介紹了機械密封的結構，并指出在檢修中應注意的質量控制點。按照機械密封檢修工序，提出了在檢修過程中存在的問題與注意事項。最后，介紹了其他新型的軸封技術，比較其與機械密封的區(qū)別。

關鍵詞：機械密封;質量控制點;新型軸封;檢修技術

介質泄漏與機泵振動問題是機泵維修過程中最突出的兩大問題。而機械密封作為石化行業(yè)中一種防止介質泄漏的密封方式，因其簡單、高效、可靠的特性，被廣泛應用。

1 機械密封的介紹

1.1 機械密封的結構

最常見的單端面機械密封的主要結構是由一組相配合的動靜環(huán)、補償元件、緊固件、軸套和O型圈等基本零件構成。隨著運行過程中，動環(huán)與靜環(huán)產(chǎn)生微小磨損，而補償元件在軸向力的作用下，使動環(huán)與靜環(huán)軸向貼緊，實現(xiàn)密封。常見的補償元件形式有很多，比如：波片式、并圈彈簧式、金屬波紋管式。彈簧的工作壓縮量為極限壓縮量的2/3～3/4，我們在平時的工作中常采用60%。當采用并圈彈簧作為補償元件時，軸的旋向應該與彈簧的旋向相同，即若軸為左旋運動，則彈簧應為左旋結構。

機械密封按流體在動靜環(huán)密封面壓力是否卸載可分為平衡式和非平衡式[1]。所謂平衡式是指動靜環(huán)接觸面上的壓強比介質側的壓力p小，典型特點是在動環(huán)所在的軸套上有一個軸肩，其載荷系數(shù)K<1。平衡式機械密封主要用于流體壓力較高的情況;當介質壓力p<0.7MPa時，選用非平衡式機械密封[1]。

1.2 機械密封的主要密封點

典型的單端面機械密封的結構圖與主要的密封點如圖1所示：

圖中對應的A～E泄漏點依次是：

動環(huán)背面的O型圈A;

機械密封壓蓋與泵蓋之間的聚四氟乙烯墊片B;

動靜環(huán)之間的密封面C;

靜環(huán)背面的O型圈D;

軸套與軸之間的O型圈E。

對于機械密封的檢修主要就是要控制住這5個泄漏點?，F(xiàn)在常見的雙端面機械密封只是在此基礎上多了白油密封函，其密封點不多贅述，與單端面式機械密封沒有本質區(qū)別。對于串聯(lián)式雙端面密封，如果介質泄漏到白油罐內，我們稱為內漏，說明內側機械密封出現(xiàn)問題;如果白油泄漏到外部，則說明位于外側的機械密封需要及時更換。

2 機械密封的檢修

2.1 機械密封的拆卸

在拆卸時，應先用定位卡片將機械密封的旋轉部件卡住。在分開泵蓋與泵軸之前，要確保機械密封尾部的緊固螺釘處于松開狀態(tài)，防止泵軸被劃出溝槽，最終影響裝配質量。機械密封的動環(huán)由內卡簧固定在動環(huán)座上，拆卸時采用一字螺絲刀從側部的縫隙中將卡簧頂出后方可取出動環(huán)。仔細觀察動靜環(huán)配合面，若出現(xiàn)貫穿內外圓的徑向刮痕，則動靜環(huán)必須更換或者采用專用的設備用研磨膏進行研磨。動靜環(huán)接觸面的磨損痕跡可以幫助我們判斷泄漏原因：若磨痕非均勻的環(huán)狀，而是出現(xiàn)偏磨的現(xiàn)象，則可能是由于軸彎曲度過大，導致端面傾斜。

2.2 機械密封的清理與安裝

將機械密封拆卸之后可采用煤油清洗，清洗之前必須將O型圈取出，否則O型圈浸泡在礦物油之中會發(fā)生溶脹，影響裝配。由于O型圈的密封原理是經(jīng)擠壓后發(fā)生形變，受介質壓力的作用實現(xiàn)自緊，進而阻止介質泄漏，所以在安裝時有一定的過盈量。現(xiàn)在機封廠家，無論是四川日機，還是丹東科隆、約翰克蘭，大多數(shù)是采用美國API的標準進行生產(chǎn)。根據(jù)API標準，動靜環(huán)即使有磨損，經(jīng)拋光之后可重復使用;但O型圈在機械密封維修后必須更換[2]。因為舊的O型圈在機封上形成塑性變形，難以恢復原狀。在某些缺少備件，情況緊急的場合，如果介質危害性不高，我們可在舊的O型圈上纏繞生料帶后進行回裝。在安裝機械密封時應注意：乙丙橡膠材料（EPDM）O型圈和波紋管應避免接觸礦物油脂，硅膠材料O型圈不能接觸硅油或硅樹脂[3]。

安裝機械密封之前應該檢查機械密封與軸的形位公差，軸相對于密封腔體的同軸度公差為0.13mm。將機械密封就位后盤車時不應出現(xiàn)卡制現(xiàn)象。安裝機械密封時O型圈的選用與壓縮量應符合下表要求[1]：

動靜環(huán)背部的O型圈可能因為過盈量太大而出現(xiàn)裝不進去的問題。一般我們采用抹硅脂的方式或者采用水浴法加熱，不輕易用銼刀進行修配，因為手工修配時O型圈的圓度不容易保證，易引起泄漏。在神華寧煤烯烴二分公司修復P12213螺桿泵機械密封時，就曾遇到O型圈與動環(huán)軸套之間過盈量過大，裝不進去的問題。這臺雙螺桿泵是意大利生產(chǎn)的，當時廠家提供生產(chǎn)過程中采取的方案是制作一套工裝：兩端采用壓板，中間一副大直徑的螺栓螺母，通過旋緊螺母來擠壓壓板，進而將O型圈擠進去。后來因為擔心損壞動環(huán)密封面而沒有進一步嘗試，不過這個方法可以在今后的工作中作為借鑒。該工裝的簡圖如下：

機械密封將軸套與軸固定時，除了直接用緊釘螺釘，還有一種“鎖緊環(huán)”的形式：用一圈螺釘使外圈、內圈沿著楔形接觸面相對滑動，進而使內圈箍在軸上，實現(xiàn)緊固。這種形式一般不允許在軸套上涂油脂[4]。

安裝機械密封時，所有的螺栓必須分多次、均勻、對稱緊固，否則容易造成機封裝配傾斜，造成泄漏。

3 其他常見的新型軸封與機械密封的對比

3.1 干氣密封

干氣密封的結構與機械密封基本相似，與機械密封最大的區(qū)別在于干氣密封屬于非接觸式密封，動環(huán)上有一圈相間分布的螺旋槽和堰，中心有一圈密封壩。在干氣密封正常工作時，氣流在螺旋槽中通過，將動靜環(huán)頂開，防止動靜環(huán)發(fā)生磨損。根據(jù)石化行業(yè)標準，在安裝時應注意：機泵軸竄量不大于±0.5mm、徑向跳動不大于±0.02mm。干氣密封的二級密封一般采用氮氣，而機械密封的二級密封大多采用白油作為隔離液。

3.2 浮環(huán)密封

浮環(huán)密封也是目前較為常見的軸封形式之一，主要由浮環(huán)、固定環(huán)、彈簧、軸套、定位銷、回油孔等結構組成。浮環(huán)密封依靠軸套與浮環(huán)之間的密封油來阻礙介質泄漏到大氣側。為了減小密封油介質側的壓力，浮環(huán)密封在實際應用中，總是和迷宮密封相結合，利用迷宮密封的節(jié)流效應來減小泄漏。但由于浮環(huán)密封運行中存在外浮環(huán)壓差較低、外回油偏流、浮環(huán)磨損等缺點，限制了浮環(huán)密封的應用[5]。

參考文獻

[1] 孫開元等.機械密封結構圖例及應用.北京：化學工業(yè)出版社，2017.

[2] SH/T 3541-2007.《石油化工泵組施工及驗收規(guī)范》.

[3] JB/T 1472-2011.《泵用機械密封》.

[4] 顧永泉.機械密封的故障、原因及分析.流體工程，1981.

[5] 占天鵬.合成氣壓縮機浮環(huán)密封原理及漏油分析.大氮肥，2003.E0AE9804-87AA-435E-9602-66FD7DB6AD1B