影响机械密封的外部条件探析

影响机械密封的外部条件探析

颜碧能

宁波伏尔肯科技股份有限公司 315104

摘要：通过对机械密封的实际应用和理论分析，提出的机械密封效果不仅与机械密封自身的性能有关，还与其它的零件提供的作用以及密封辅助系统提供的条件有着密切的关系。因此在设计泵机组产品的时候，就要为机械密封的使用提供同一个良好的外部条件。

关键词：机械密封；外部条件；探析

引言：目前机械密封在泵类的产品在市场中的应用非常广泛，随着这类产品技术水平的不断提高和社会对节约能源的要求，机械密封的应用前景将会更加的广阔。机械密封的密封效果会直接影响着整机的运行，尤其是在石油化工领域，很容易存在易燃易爆以及易挥发等。一旦机械密封出现泄漏，就会严重影响到日常的生产工作的进行，严重时还会造成重大的安全事故。在对机械密封进行检查的时候，检查的工作的人员会经常对机械密封的自身查找原因，很少在机械密封的外部条件查找原因，本文的作者就是从机械密封的外部条件的角度去分析影响密封效果的原因以及要采取的相应的措施。

一、机械密封的原理及其要求

机械密封是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。它的主要功用是将容易泄漏的填料密封改变为较为难泄漏的端面密封的装置，它主要应用于泵，压缩机以及其他类似的设备旋转轴的密封装置。

机械密封的原理是由密封流体压力(介质压力)和弹性元件的弹力(或磁性元件的磁力)等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压(压紧力)，使两个接触端面(动环、静环端面)相互贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，由于液膜具有流体动压力与静压力，使之有一定的承载能力，防止两摩擦副表面直接接触，降低了摩擦系数，一方面对端面起润滑作用，使之具有较长的使用寿命；另一方面起着平衡压力的作用(流体动压力与静压力在端面之间形成的阻力要大于密封端面两侧的压力差)，从而使机械密封获得良好的密封性能，达到密封的目的。机械密封在实际的使用和运行中不是孤立的一个部件，它是和泵的其他不同的零件一起组合在一起实现运行的。同时通过机械密封的原理可以看出，机械密封的正常运行是需要一定的条件的^[1]。就比如：泵轴的窜量不能过大，否则就会摩擦副端面不能形成正常要求的比压；机械密封处的泵轴也不能有很大程度的挠度，否则就会导致比压不均匀等等。只有满足以上的这些外部条件，再加上良好的机械密封自身的一个性能，就会是密封效果达到理想的状态。

二、机械密的外部因素原因的分析

（一）泵轴的轴向窜量大

为了使密封端面间保持适当的液膜，必须严格控制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。只有这样才能够起到密封的作用，这就要求机械密封中的弹簧要有一定的压缩，要时刻给密封的端面一个推力，旋转起来是会使密封产生一个比压。为了保证这样的一个比压，机械密封要求泵轴不能有很大的窜量，基本要保证在0.5mm以内。在实际的设计中，由于设计的不合理，做中也会导致泵轴中的窜量过大，对机械密封的使用是极其不利的。这种现象往往会出现在多级离心泵中，特别是在泵启动的过程中，窜量是比较大的。

（二）轴向力偏大

机械密封在使用的过程中是不能够承受的住轴向力的，若存在轴向力，这就对机械密封的影响很严重。有的时候泵的轴向力的平衡的设计不合理都会造成轴向力没有得到一定的平衡。机械密封的承受一个轴向力的时候，在运转的时候，密封压盖的温度也会也有所偏高，对于聚丙烯类的介质，是可以在高温下被熔融的^[2]。这样就会导致泵启动后很快就会失去密封的作用和效果，当泵静止的时候就会被密封的端面出现喷漏等现象。

（三）泵轴的挠度过大

机械密封是一种旋转轴向的接触式动密封方式，它是在流体压力和补偿机构弹力的作用下，两个垂直与轴心线的密封端面进行紧密的贴合，相对于旋转，从而达到密封的效果。但是由于泵产品的在设计的时候并不合理，就会导致在运转的时候，机械密封的安装处的挠度较大，使其密封端面受力不均匀，最后导致机械的密封性的效果没有达到很好的效果。

（四）没有辅助装置中冲洗系统不合理

机械密封的辅助装置中的冲洗系统可以有效地保护密封端面，并起到冷却、润滑、冲洗杂物的作用。设计人员在设计冲洗系统的时候没有合理的配置冲洗系统，从而导致达不到好的密封效果。还有就是设计人员设计了辅助系统但是由于冲洗液中的杂质和冲洗液的流量不够，以及冲洗的压力不够和冲洗口的位置设计的并不合理，不仅会导致冲洗系统达不到冲洗的效果，还会导致密封的效果变差。

（五）振动偏大

机械密封的振动也要在一定的范围之内，因为振动偏大就会导致机械密封失去密封的效果，但机械的密封振动偏大的原因也并不是因为机械密封的自身原因，最终原因是因为泵的其他零件的振动。比如：泵轴设计的不合理、精准度不准、联轴器的平行度差等等都是造成机械密封振动偏大的原因。

（六）泵汽蚀

由于装置系统操作不合理以及泵进口的汽蚀性能不好，泵的转速偏高，在泵的入口发生局部性的汽蚀，在汽蚀出现之后，水中会有气泡，一方面是为了冲击机械密封面的外表，导致机械密封面出现破损；另一面是因为动静环之间吻合面会出现气泡，无法形成稳定的液膜^[2]。从而造成动静环吻合的面不断的进行摩擦，最终导致机械密封装置损坏无法使用

三、采取的相关措施

（一）合理的设计轴向的平衡装置，消除轴向的窜量

对于多级离心泵，有两个较为合理的方案：一是平衡盘加轴向止推轴承，这个主要就是平衡盘和平衡轴向力；二是平衡鼓加轴向止推轴承，这个主要就是有平衡鼓单独平衡掉大部分的轴向力，剩下的轴向力就有止推轴承进行承担。这两种方案的关键就是要合理的设计出平衡鼓，使其可以真正的在运行时平衡掉大部分的轴向力^[3]。对于其它的单级泵和中开泵等产品在早期设计的时候采取一定的措施对泵轴的窜量进行保护，并将其窜量控制在机械密封要求的范围之内。

（二）消除轴向力偏大的问题

在轴向力的设计中，要合理的掌握好轴向力的平衡，给机械密封制造一个良好的机会，对于在电厂、石油、化工等领域需要应用到的产品，要在产品出厂之前就要对此进行实验检测，要及时的发现存在的问题并提出相应的解决方案。很多泵在转子上就设计了一个轴向的测力环，多轴向力进行了一个随时的监测和实验，对此进行多次的测试和实验并解决使其达到最好。

（三）消除泵轴的挠度偏大的问题

1、减少两端的轴承之间的一个距离，提高叶轮的扬程，减少级数

2、增加泵的直径。在设计时不仅要考虑功率的大小还要考虑到机械的密封、泵轴的挠度。还有就是泵启动的方法和负荷

3、提高泵轴材料的质量以及等级

4、泵轴在安装之前要对泵轴的挠度进行检查

（四）增加辅助装置的冲洗功能

在设计冲洗系统的冲洗装置的时候，要记住冲洗的压力不要低于密封腔的压力，也就是0.107~0.11MPa。如果输入的介质属于易汽化，根据泵的压力进行计算^[4] ，冲洗的压力不要低于0.1175~0.12MPa密封腔的压力。所以辅助的冲洗系统在很大的程度上要取决于密封辅助系统的配置。

（五）消除泵进口汽蚀的措施

1.提高泵汽蚀性的水平，满足现场的装置汽蚀性能的要求

2.试验装置的要求要与泵汽蚀性能水平匹配

3.在安装和实验调节的时候要给泵营造一个有利的条件

（六）消除泵的振动大的问题

1.泵在装配的时候，要严格的按照标准进行

2.泵、电机、底座、管路等辅助设备要在现场进行安装，并严格进行调试，消除振动源

3.在进行生产、操作、安装时，要严格进行把关，消除振动源。

总结：所以在机械密封方面不能单单从机械的内部进行检查和维修，而是要时刻注意机械密封外部的条件变化，要合理的进行维修和改进。要不断的加强对机械密封作用的认识，提高机械密封的效果。

参考文献：

[1]邢锋芝,穆凤芸,杨立峰,王志,张翠宣.影响泵用机械密封外部条件的研究[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2011,{4}(12):311-312.

[2]周丽萍.影响机械密封的外部条件分析[J].黑龙江科技信息,2008,{4}(33):52.

[3]廉凯,张顺红.影响泵用机械密封外部条件的研究[J].露天采矿技术,2006,{4}(S1):53-55.

[4]牟介刚,张生昌,郑水华,邓鸿英.影响泵用机械密封外部条件的研究[J].润滑与密封,2005,{4}(04):170-172.