杜艷峰
目前機械密封在各行各業(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，機械密封的應(yīng)用前景將更加廣泛。
1 機械密封原理及結(jié)構(gòu)
機械密封又稱端面密封(Mechanical Seal)，是旋轉(zhuǎn)軸用動密封。是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。即:有一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面， 該端面在流體壓力及補償機械外彈力的作用下， 依賴輔助密封的配合與另一端保持貼合， 并相對滑動， 從而防止流體泄漏。
常用機械密封結(jié)構(gòu)由靜止環(huán)(靜環(huán))、旋轉(zhuǎn)環(huán)(動環(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。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償能力而稱為補償環(huán)或非補償還。
機械密封中流體可能泄漏的途徑有A、B、C、D四個通道。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，它僅僅能追隨補償環(huán)沿軸向作微量的移動，實際上仍然是一個相對靜密封。因此，這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件Z常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)輔助密封，有時采用兼?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滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關(guān)鍵。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，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)定的潤滑液膜，會加速端面的磨損;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)計和安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在Z適當(dāng)?shù)姆秶?nbsp;
2 機械密封材料
根據(jù)統(tǒng)計，機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:機械強度高，能耐壓和耐壓力變形;具有耐干磨性，耐高載荷性，自潤滑性好;配對材料的磨合性好，無過大的磨損和對偶腐蝕; 耐磨性好，壽命長;導(dǎo)熱性和散熱性好;耐高溫性好;抗熱裂性好;耐腐蝕性強;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 機械密封的失效
機械密封性能可靠，泄漏量小，使用壽命長，功耗低，毋須經(jīng)常維修，且能適應(yīng)于生產(chǎn)過程自動化和高溫、低溫、高壓、真空、高速以及各種強腐蝕性介質(zhì)、含固體顆粒介質(zhì)等苛刻工況的密封要求。但是機械密封還是有失效的時候，歸納其失效原因有以下幾點:(1)軸套與軸間的密封(2)動環(huán)與軸套間的密封(3)動、靜環(huán)間密封(4)對靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封(5)密封端蓋與泵體間的密封。其中磨損是機械密封經(jīng)常發(fā)生的一種失效形式。對于接觸式機械密封，掌握磨損規(guī)律，預(yù)計磨損率，設(shè)法延長耐磨壽命乃是一個重要問題。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接觸點處發(fā)生變形，潤滑膜以及表面膜破裂時會出現(xiàn)金屬間的直接接觸，連接點不斷被剪切斷，同時又產(chǎn)生新的連接點。如果剪切發(fā)生在結(jié)點界面上，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。
3.2 疲勞磨損
疲勞磨損過程可認為由三個發(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 機械密封特點
機械密封有什么樣的特點，機械密封的主要特點就是防止泄露!
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到要求，只要材料耐磨性好，機械密封可以達到很少泄漏量，甚至肉眼看不見泄漏。密封介質(zhì)為液體時，泄漏量通常為3ML/h以下，但對于特殊情況以及密封介質(zhì)為氣體時不受此限。煤油試驗臺泄漏量不超過20ml/h;常溫清水試驗，軸外徑大于50mm時平均泄漏量不超過5ml/h，軸外徑不大于50mm時平均泄漏量不超過3ml/h。
4.2 壽命長
在機械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面。因為密封端面的磨損量在正常工作條件下不大，一般可以連續(xù)使用1-2年，個別場合也有用到5-10年。
4.3 運轉(zhuǎn)中不用調(diào)整
由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉(zhuǎn)中自動保持接觸，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，保持和改善潤滑等，當(dāng)沖洗液溫度較低時，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，不會產(chǎn)生對密封件的沖蝕。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，對雙端面機械密封可取0.1-0.2MPa。
6 機械密封安裝、使用技術(shù)要領(lǐng)
設(shè)備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動應(yīng)≤0.04毫米，軸向竄動量不允許大于0.1毫米;設(shè)備的密封部位在安裝時應(yīng)保持清潔，密封零件應(yīng)進行清洗，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，以免使機械密封摩擦付破損而密封失效;安裝時在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機械油，以便能順利安裝;安裝靜環(huán)壓蓋時，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;安裝后用手推動動環(huán)，能使動環(huán)在軸上靈活移動，并有一定彈性;安裝后用手盤動轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸應(yīng)無輕重感覺;設(shè)備在運轉(zhuǎn)前必須充滿介質(zhì)，以防止干摩擦而使密封失效;安裝時在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機械油，要特別注意機械油的選擇對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)計機械密封時，不僅要考慮機械密封本身的影響因素，而且要考慮機械密封外部的各種影響因素。在實際工作中要注意以下幾個問題:分析機械密封的質(zhì)量事故的原因時，要充分考慮到機械的其它零部件對機械密封運行的影響，采取措施不斷提高機械密封的效果。對重要機械產(chǎn)品的機械密封，要增加保護措施，提高密封質(zhì)量，減少密封質(zhì)量事故。在機械產(chǎn)品的設(shè)計過程中要充分考慮到機械其它零部件以及現(xiàn)場其它設(shè)備對機械密封的使用效果的影響，為機械密封創(chuàng)造一個良好的外部條件。增加對機械密封輔助系統(tǒng)的重要作用的認識，盡可能配備完善的機械密封輔助系統(tǒng)，以提高密封效果。
（來源：中國新技術(shù)新產(chǎn)品）
