離心泵機(jī)械密封的泄漏分析及其改進(jìn)

1　引言

船舶上需要使用不同類型的泵來輸送介質(zhì)如水、燃油、滑油等等，其中以離心泵常見。它具有造價低廉、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、排量大而均勻、能運送甚至含有固體顆粒的液體等諸多優(yōu)點。機(jī)械密封是一種依靠彈性元件和介質(zhì)壓力壓緊動、靜環(huán)端面從而達(dá)到密封的部件，具有能阻止泄漏、減少摩擦損耗、提高機(jī)器效率和可靠性等優(yōu)點，目前大多數(shù)的離心泵軸封都是采用機(jī)械密封。機(jī)械密封是離心泵的主要易損件之一，因而泵的故障多數(shù)是由密封失效所導(dǎo)致的。據(jù)統(tǒng)計，機(jī)械密封失效導(dǎo)致泵的故障占設(shè)備故障率的50%以上，所以有必要對離心泵的機(jī)械密封泄漏進(jìn)行分析改進(jìn)，以降低泵的故障率。

2　機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)及工作原理

目前，大多數(shù)離心泵使用的都是機(jī)械密封，是靠一對相對運動的環(huán)的端面相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用。機(jī)械密封通常由動環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副，動環(huán)隨泵軸旋轉(zhuǎn)并在彈簧壓力作用下緊緊地壓在靜環(huán)上作相對運動。這樣，在動環(huán)和靜環(huán)之間就形成了運動密封。一般要保持動靜環(huán)之間液膜的厚度適宜，太厚泄漏量增加，太薄會發(fā)生干摩擦損壞密封面。另外，壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運轉(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（密封圈）起密封動環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙的作用，同時還能吸收不利于運動密封面的沖擊振動。

2.1 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封主要由以下元件構(gòu)成：

（1）主要動密封元件：動環(huán)和靜環(huán)。動環(huán)與靜環(huán)卡在軸套上，同泵軸一起旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)固定在壓蓋內(nèi)，用防轉(zhuǎn)銷來防止它轉(zhuǎn)動。密封是靠動環(huán)與靜環(huán)的端面相對運動貼合。

（2）輔助密封元件：動、靜環(huán)密封圈。

（3）壓緊元件：彈簧（或波紋管）。

（4）傳動元件：傳動座。

2.2 工作原理

一般機(jī)械密封有4個可能泄漏點：（1）動環(huán)與靜環(huán)之間，動環(huán)與靜環(huán)之間存在運動間隙，液膜的厚度將影響它的泄漏量；（2）動環(huán)與軸套之間，動環(huán)可以沿軸向竄動；（3）靜環(huán)與壓蓋之間，屬于靜密封點；（4）泵蓋與壓蓋之間，也屬于靜密封點。

3　機(jī)械密封泄漏分析

3.1 靜密封泄漏

靜密封主要是指靜環(huán)與壓蓋和泵蓋與壓蓋之間的泄漏。原則上講他們之間的間隙越小，則泄漏量越小。

靜密封點泄漏多數(shù)是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸不合適或本身有傷、老化變質(zhì)等，特別要注意輸送的介質(zhì)對密封圈的腐蝕與加速老化。只要結(jié)構(gòu)和材料選擇正確，密封圈質(zhì)量合格和安裝合乎要求，靜密封基本上是可以滿足密封要求的。

3.2 動密封泄漏

動密封泄漏主要指動環(huán)與靜環(huán)和動環(huán)與軸套之間的泄漏，理論上影響動密封效果的主要有以下幾方面：

（1）輸送介質(zhì)方面：泵輸送介質(zhì)壓力愈高泄漏量會愈多；粘度低的介質(zhì)較粘度高的易泄漏；帶顆粒和易結(jié)垢的介質(zhì)比干凈穩(wěn)定的易泄漏。

（2）泵軸方面：一般來說，軸愈粗則密封面愈寬，對垂直偏差也愈敏感，故愈易泄漏；軸在運轉(zhuǎn)中愈易擺振，則愈易泄漏；轉(zhuǎn)速愈高愈易泄漏。泵軸的軸向竄量過大，軸向力偏大，擾度偏大，對動密封效果將產(chǎn)生影響。機(jī)械密封又稱端面密封，是一種旋轉(zhuǎn)軸向的接觸式動密封，它是在流體介質(zhì)和彈性元件的作用下，兩個垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到密封效果，因此要求兩個密封面之間要受力均勻。若泵軸向竄量大，造成密封端面距離增加，影響泄漏量；若軸向力偏大，使動環(huán)與靜環(huán)壓得過緊，加劇磨損；擾度偏大，使密封面之間的受力不均勻，導(dǎo)致密封效果不好發(fā)生泄漏。

4　改進(jìn)措施 

根據(jù)機(jī)械密封泄漏分析可以看出，靜密封泄漏主要由密封圈的材料決定，隨著工藝水平的發(fā)展，會得到明顯的改善；動密封的泄漏點主要還是集中在動、靜環(huán)的兩端面的相對運動產(chǎn)生摩擦，所以考慮從動靜環(huán)設(shè)計著手來改善密封泄漏。

（1）減少旋轉(zhuǎn)慣性

在機(jī)械密封組件中，一般動環(huán)部分的質(zhì)量比靜環(huán)部分大，故運轉(zhuǎn)起來旋轉(zhuǎn)動量大。泵在起停時或電力不穩(wěn)定時，動靜環(huán)端面之間的液膜還沒有很好的建立起來，容易造成端面的干摩擦，損壞密封組件。通過減少動環(huán)的質(zhì)量并適當(dāng)增加靜環(huán)的質(zhì)量，降低了旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量，減小動靜環(huán)端面間摩擦造成的危害，從而提高了整個機(jī)封組件的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）動環(huán)端面的改進(jìn)

動靜環(huán)兩端面間的接觸摩擦是造成機(jī)械密封失效的主要原因，而可以通過改善它們間的端面來降低摩擦。接觸式密封的接觸端面經(jīng)常在一起摩擦，造成摩擦副端面溫度過高，出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象，端面間同時存在氣液兩種狀態(tài)，使摩擦副密封狀態(tài)失穩(wěn)，導(dǎo)致泄漏，尤其是在開停機(jī)或供電不穩(wěn)時，更容易加劇摩擦。所以盡量使端面之間形成一層穩(wěn)定的液膜，可以通過在動環(huán)端面開一系列的小螺旋槽，使端面之間形成穩(wěn)定的液膜，這與減少旋轉(zhuǎn)慣性的方法也是相對應(yīng)的。注意安裝時，應(yīng)使螺旋槽的旋向與泵工作軸的轉(zhuǎn)向相同。

（3）彈簧性能的改進(jìn)

利用波紋管代替彈簧，除了更好地保持彈簧彈性和耐腐蝕性外，還有一點就是它直接與動環(huán)接合，不用輔助密封圈，減少了一個泄漏點。或在結(jié)構(gòu)上采取彈簧保護(hù)措施，使彈簧不與海水接觸。

5　結(jié)束語 

隨著工藝操作水平的提高、檢修質(zhì)量的改善、備件質(zhì)量的保證，機(jī)械密封越來越能達(dá)到其設(shè)計使用壽命，而其意外失效的情況也會相應(yīng)減少。同時，我們也要加強(qiáng)泵的使用管理、維修保養(yǎng)等方面，避免人為因素的影響。

來源：網(wǎng)絡(luò)

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