機械密封在旋轉設備中的應用

張海泉

（青島松靈電力環保設備有限公司，山東 膠州 266300）

機械制造行業是我國工業產業鏈的重要組成部分，也是推動我國工業科技改革發展的主要因素。近年來良好的科學技術條件，為機械行業的發展創造了有利的環境，新時期多種形式的機械設備，廣泛運用于工業生產。旋轉設備可以讓主體在旋轉的狀態下操作運行，保證了設備能適用于現場各種工況。機械密封是旋轉設備運行中不可缺少的組成部分，可避免內部介質的外溢和泄漏。

伴隨著設備應用的多樣性，其形式與要求也更加復雜，傳統工藝已經滿足不了實際生產的應用要求。旋轉型的設備擺脫了單一的機械傳動操作，使設備在旋轉的狀態下運行，為了保證旋轉設備的使用性能，對其進行機械密封處理是必不可少的。

1 機械密封簡介

機械密封，是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面，在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用下，以及輔助密封的配合下，保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置（如圖1）。

圖1 機械密封中的骨架密封形式

彈力加載機構與輔助密封，是金屬性紋管的機械密封，我們稱為金屬波紋管密封。機械密封，是一種旋轉機械的油封裝置，比如離心泵、離心機、反應釜和壓縮機等設備。

由于傳動軸貫穿在設備內外，軸與設備之間存在一個圓周間隙，設備中的介質通過該間隙向外泄漏，如果設備內壓力低于大氣壓，則空氣向設備內滲透，因此必須有一個阻止泄漏或滲透的軸封裝置。

軸封的種類很多，由于機械密封具有密封性好和使用壽命長等優點，所以當今世界上機械密封，仍然是這些設備最主要的密封方式。

機械密封”通常被人們簡稱為“機封”。機械密封的結構組成，主要部件有動環、靜環；輔助密封件是密封圈，如O 形、X 形、U 型、楔形；彈力補償機構有彈簧、推環；傳動件有彈簧座及鍵或各種螺釘。

其中，動環隨泵軸一起旋轉，動環和靜環緊密貼合組成密封面，以防止介質泄漏。動環靠密封室中液體的壓力，使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜，而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙的作用，同時彈性元件對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中，是與泵的其他零部件一起組合起來運行的，機械密封的正常運行與其自身性能、外部條件都有很大的關系。

2 機械密封運用于旋轉設備的優點

伴隨著機械產品在生產加工過程中出現的多樣化模式，傳統機械設備的密封結構，已適應不了新型產品的精密要求，新型的密封形式應運而生。旋轉設備是現代工業常用的設備之一，其利用電氣控制系統讓設備主軸處于任意旋轉速度，以適應設備使用工況。旋轉設備最早采用“軟填料密封”形式，利用高性能纖維及輔助材料配制成軟填料，使用一段時間后，發現此種密封裝置的使用壽命較短，故障維修率較高。與其相比，機械密封裝置的優點如下所述。

2.1 密封性優良

軟填料密封用于旋轉設備具有安裝便捷、成本較低、尺寸隨意等優點，適應了早期機械設備加工操作的需要，也創造了一定的經濟收益。新時期，機械密封裝置逐漸取代舊裝置，其具有較強的穩定性，在設備長時間運行中，可發揮良好的穩定性，其控制范圍內液體的泄漏量極少。據試驗顯示，機械密封液體物質的泄漏量，僅為軟填料密封的1%。

2.2 使用壽命長

隨著設備運轉時間的增加，軟填料密封裝置的缺點逐漸暴露，尤其是使用壽命短、密封效果差等，嚴重影響了設備的正常運行。機封裝置在使用壽命方面的優勢十分突出，一般情況下，機械密封的使用壽命3年左右，即便是化工介質也可使用1年時間。而軟填料密封的正常使用時間僅有1年，運用于化工介質僅有數月壽命。

2.3 摩擦功耗小

由于機械設備在運行中均處于傳動或被動狀態，不同機械結構之間難免產生摩擦耗損。若所選用的軟填料密封的摩擦功率偏大，不僅會增大設備傳動的油耗量，也容易磨損機件而引發運行故障。從兩種密封方式的摩擦功率判斷，軟填料密封的摩擦功率超過機械密封的2～3 倍。軸承磨損量過大，增加了設備維修的次數，造成維修費用上升。

2.4 抗振性好

在正常運行中，旋轉設備均會出現不同程度的振動現象，抵制振動造成的不利影響，也是需要考慮的問題。如：設備處于高速旋轉狀態時，其主軸的振動幅度大，振動次數頻繁，設備運行不穩定，容易出現故障，甚至會發生設備損壞的情況。軟填土材料的抗振性能較弱，旋轉設備易出現高溫度、高磨損情況，而機械密封則具有很強的抗振性能。

3 機械密封的安裝要點

考慮到機械密封裝置的諸多優點，以及工業生產機械化發展的整體國際趨勢。對旋轉設備內部的結構進行優化更新，不僅降低了生產人員的維護難度，更提升了日常的生產效率，讓機械自動化的生產模式創造出豐厚的經濟收益和社會效益。機械密封裝置已基本上取代了傳統密封形式，但在密封安裝過程中，依舊存在明顯的不足。如：安裝方法不當、安裝構件不全等，這些都會影響到旋轉設備防泄漏的能力，選用機械密封時，必須要注意安裝、拆裝技術的運用。

3.1 選擇機械構件

“精度”既是機械制造業的硬指標，更是保障設備正常運行的必要條件，無論是產品加工或者設備組裝改造，都必須要符合機械制造業的精度要求。不同型號的旋轉設備，在安裝機械密封裝置時，對零件的規格要求是不一樣的，否則會影響到密封裝置作用的發揮。設備構件選擇的參考依據，是旋轉設備的總裝配圖（如圖2），并且檢查所用的密封磨擦副密封面、密封圈等是否完好，對存在磨損、刮痕等構件，需及時更換。

圖2 離心泵集裝式機械密封裝配圖

3.2 確定位置

機械密封裝置安裝時，要嚴格控制安裝位置，根據圖紙規定的要求組合構件。機械密封安裝位置應便于操作，通常要為機修人員留有足夠的維修空間。如：旋轉設備中應考慮旋轉軸拆裝要求，將密封裝置分布在橫向、縱向位置。若更換舊密封裝置，新裝置的安裝位置必須與原來保持一致，以免安裝位置錯誤，而降低設備的操控性能。

3.3 安裝技術

安裝是機械密封應用的關鍵環節，密封裝置安裝品質的好壞，決定了旋轉設備的運行效率。有關標準做了明確的規定，其安裝技術要求必須遵循以下規則：

（1）軸彎。軸承彎度是密封安裝技術的首要參數，必須要控制在0.05 mm 以內，防止彎度過大引起泄漏現象；

（2）振擺。主要是針對轉子的振擺而言，動環密封圈處的軸套間隙應在0.06 mm 以內；

（3）誤差?？刂瓢惭b操作中的誤差大小，如齒式聯軸器的找正誤差，應在0.08 mm 以內等。

4 結束語

綜上所述，與傳統的軟填料密封對比，機械密封在密封性能、使用壽命、成本造價等方面，均有明顯的優勢，必將成為未來進行旋轉設備改造的主要方式。為了充分發揮機械密封的作用，機修人員必須嚴格控制每一項操作步驟，確保裝置運行后保持設備內部的氣密性。此外，對于機械密封裝置常見的故障問題，操作人員也要加強診斷、處理的能力，及時調整機械密封裝置的結構狀態。

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