機械密封的結構、輔助材料及應用

董 旭

（沈陽化工股份有限公司，遼寧 沈陽 110026）

1 機械密封的結構原理

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。機械密封結構如下圖所示：

機械密封中互相貼合并相對滑動的兩個零件稱做密封環。其中隨軸旋轉運動的密封環稱為動環；不隨軸旋轉運動的密封環稱做靜環。動環與靜環相互貼合的端面叫做密封端面。動環密封圈是防止介質從動環與軸之間的泄露并使動環具有一定的浮動性。靜環密封圈是防止介質從靜環與靜環壓蓋之間的泄露并使靜環具有一定的浮動性。

2 機械密封的材料

機械密封的材料包括密封端面摩擦副、輔助密封圈、彈簧及其他零件的材料。正確合理地選擇各種材料，對保證機械密封工作的穩定性，延長其使用壽命，降低成本有著重要意義。因此選擇摩擦副的材料時應滿足：在防腐方面有著較好的化學穩定性，能抵抗介質的腐蝕、磨蝕、溶解和溶脹；在物理方面要有較高的彈性，優良的耐磨性和自潤滑性；在熱力方面有很好的導熱性、耐熱、耐寒性和耐溫度的急劇性；材料來源方便，加工容易，成本低廉。下面介紹幾種常見的摩擦副材料。

2.1 密封端面摩擦副的材料

（1）硬質合金。機械密封用的主要合金是碳化鎢。碳化鎢具有極高的硬度和強度，良好的耐磨性、耐腐蝕性及抗顆粒沖刷性，但韌性低而脆性高，機械加工困難且價格較貴。

（2）石墨。石墨是用焦炭粉和石墨粉或加炭黑做基料，用瀝青為粘接劑，經模壓成型并在高溫下燒制而成。石墨材料具有優良的耐腐蝕性和極好的自潤滑性，但抗拉強度比較低，無延展性。

（3）陶瓷。氧化鋁陶瓷是機械密封的基本材料之一。氧化鋁陶瓷不僅具有很高的硬度及耐磨性，且耐腐蝕性和導熱性也很好。

2.2 輔助密封圈的材料

要求輔助密封材料具有良好的彈性、低的摩擦系數，耐介質的腐蝕性和老化性。常用的輔助密封圈材料是橡膠和聚四氟乙烯。

（1）聚四氟乙烯。聚四氟乙烯是用氟石、三氯甲烷等原料經過加熱、裂解聚合而成。由于在許多方面特性都比較好，所以在機械密封材料當中使用廣泛。

（2）橡膠。橡膠是一種高彈性的高分子化合物。有較好的彈性和強度，并具有防水性、耐磨、耐熱、耐腐蝕性能。橡膠分為天然和合成橡膠。機械密封常用的輔助圈一般選擇合成橡膠。

2.3 彈簧及其他零件的材料

機械密封對彈簧材料的要求是能耐介質的長期腐蝕并不降低或失去彈性。常用的彈簧材料有磷青銅、碳素彈簧鋼、不銹鋼等。其他零部件包括彈簧座、動環座、傳動零件及固定環。

3 常見的機械密封泄露及解決辦法

機械密封常見的泄露點主要有四處：動環與靜環之間的密封面，靜環與靜環壓蓋之間的泄露點，靜環壓蓋與泵殼的泄露點，軸與動環之間的泄露點。常見機械密封漏損的原因有以下幾點。

3.1 周期性滲漏

(1)轉子軸向竄動量大，動環不能在軸上靈活移動。解決辦法：在裝配機械密封時，盡可能減小軸向串動。(2)轉子周期性震動，原因是動環與靜環安裝時端面不在中心。解決辦法：按規定的技術要求安裝機械密封。

3.2 由于工作介質不和要求引起的滲漏

(1)由于介質有腐蝕性引起機械密封泄漏量大和有雜音。解決辦法：更換機械密封材質或改變密封形式。(2)混入雜質或析出固體物造成機械密封泄漏量大，不能正常運轉。解決辦法：設置過濾器，或采用雙端面密封。

3.3 其他方面原因引起的滲漏

（1）由于裝配位置不當使彈簧比壓過大或過小造成密封端面破損。解決辦法：調整彈簧安裝位置并合理地安裝機械密封。（2）由于彈簧生銹失去彈性，密封端面形成水垢等原因造成泵在啟動時漏液。解決辦法：更換彈簧或去除彈簧上的銹漬，采取措施消除水垢。（3）密封端面pv值不合適造成機封端面過熱、冒煙、震動。解決辦法：減少彈簧比壓及端面的寬度，改善冷卻裝置。（4）輔助冷卻系統冷卻效果不好使機封過熱、冒煙、泄露等。解決辦法：改善冷卻系統的結構，進行注液潤滑和冷卻。（5）密封端面材料組合不合適，機械密封磨損、功率升高，出現大量的磨損物。解決辦法：更換密封端面材料。

4 結語

機械密封在工礦企業中使用廣泛，但普遍存在跑、冒、滴、漏現象，造成設備的非計劃停車，影響產品質量。以上總結了機械密封在使用過程中容易出現的問題，但是機械密封泄露的原因有很多種，因此判斷機械密封泄露的原因和應該采取的措施相當重要。