泵機械密封運行過程的維護與檢修研究

張忠磊 沈陽耐蝕合金泵股份有限公司

李建 上海連成（集團）有限公司遼寧分公司

一、泵機械密封運行管理的傳統方法

在研究機械密封的功能之前，了解形成該密封的其他方法很重要。仍然廣泛使用的一種這樣的方法是填料密封。壓蓋填料是圍繞軸封裝的編織繩狀材料——物理填充軸和泵殼之間的間隙。

出于以下原因，越來越多的泵機械采用機械密封件：在許多應用中仍普遍使用填料密封：隨著時間的推移，軸旋轉的摩擦力在填料上磨損，這導致泄漏增加，直到填料被調整或重新包裝；軸的摩擦也意味著包裝也需要用大量的水沖洗以保持冷卻；為了減少泄漏，填料需要壓在軸上，這意味著泵需要更多的驅動力來轉動軸；因為填料需要與軸接觸，所以最終會在其中磨入一個凹槽。

二、泵機械密封系統設計

基本的機械密封包含三個密封點。密封件的靜止部分通過靜態密封裝配到泵殼體上，可以用固定部分和泵殼體之間夾緊的O形環或墊圈密封。通常用O形圈將密封件的旋轉部分密封到軸上。由于密封件的這部分與軸一起旋轉，因此該密封點也可以被視為靜止的。機械密封本身是密封件的靜止部分和旋轉部分之間的界面。密封件的一部分（無論是靜止部分還是旋轉部分）總是彈性安裝和彈簧加載以適應任何小的軸偏轉，由于軸承公差導致的軸運動以及由于制造公差導致的不垂直對齊。

（一）密封點

雖然密封設計中的兩個密封點是簡單的靜態密封，但旋轉和靜止構件之間的密封需要多一點考慮。這種主密封是所有密封設計的基礎，并且對其有效性至關重要。主密封本質上是一個彈簧加載的垂直軸承——由兩個極其平坦的面組成，一個固定，一個旋轉，彼此相對運動。使用密封流體的液壓力和密封設計的彈簧力將密封面推到一起。以這種方式形成密封件以防止泵的旋轉（軸）區域和靜止區域之間的過程泄漏。密封面的表面被重疊成高度的平坦度；通常2-3個氦光帶（0.00003/ 0.0008mm）。如果密封面彼此旋轉而沒有某種形式的潤滑，則由于面摩擦和熱量產生，它們會磨損并迅速失效。由于這個原因，在旋轉和靜止密封面之間需要某種形式的潤滑；這被稱為流體膜。

（二）流體膜

在大多數機械密封件中，通過在密封面之間保持流體薄膜來保持表面的潤滑。流體可以來自泵送的過程流體或來自外部來源。流體膜允許足夠的潤滑劑在密封面之間流動，而允許面之間的污染物可能損壞密封件本身。這是通過在兩個面之間保持精確的間隙來實現的，該間隙足夠大以允許少量的清潔潤滑液但足夠小以防止污染物進入密封面之間的間隙。表面之間的間隙只有1微米。 由于間隙非常小，顆粒無法進入，而通過此空間泄漏的液體量非常小。使用彈簧和液壓力將這個微小間隙保持在一起，以將密封面推到一起，同時面（液膜）之間的液體壓力將它們推開。如果沒有壓力將它們推開，那么兩個密封面將會完全接觸，這就是所謂的干運行，并且會導致密封快速失效。沒有過程壓力（以及彈簧的力）將面推到一起，密封面將分離得太遠，并允許流體泄漏。機械密封工程通過確保高質量的潤滑液，并通過為被泵送的工藝選擇適當的密封面材料來增加主密封面的壽命。

三、泵機械密封運行過程的維護與檢修

（一）端面機械密封

端面機械密封也稱為機械面密封，但通常簡單地稱為機械密封，是用于旋轉設備（例如泵，混合器，鼓風機和壓縮機）中的一類密封件。當泵運行時，液體可能會從旋轉軸和固定泵殼體之間的泵泄漏出去。由于軸旋轉，防止這種泄漏可能是困難的。較早的泵使用機械密封（也稱為壓蓋密封）來密封軸。 端面機械密封使用剛性元件和柔性元件，這些元件在密封界面處保持接觸并彼此滑動，從而允許旋轉元件穿過密封外殼。 這些元件都通過液壓和機械加載彈簧或其他裝置來保持接觸。 對于使用彈性元件的類似設計。

（二）機械密封件基礎

機械密封由旋轉和靜止部件組成，通過機械和液壓力緊緊壓在一起。

所有機械密封都具有旋轉元件和固定元件，并包括以下基本組件：密封環；次級密封元件；硬件。

密封環和配合環有時被稱為主密封表面。主密封面是端面機械密封的核心。主密封表面的常見材料組合是硬質材料，例如碳化硅、陶瓷或碳化鎢和較軟的材料，例如碳。根據壓力，溫度和被密封液體的化學性質，可以使用許多其他材料。密封環和配合環緊密接觸，一個環隨軸旋轉，另一個環靜止。任一環都可以旋轉或靜止。而且，任何一個環都可以由硬質或軟質材料制成。這兩個環使用稱為研磨的工藝進行加工，以獲得必要的表面光潔度和平整度。 密封環在軸向上是柔性的。根據定義，密封環是機械密封的軸向柔性部件。密封環的設計必須考慮到次級密封元件，驅動機構，彈簧和組裝的便利性，使變形最小化和傳熱最大化。許多密封環包含密封面直徑，但這不是主環的要求。密封環總是包含平衡直徑。根據各種設計特征的結合，密封圈的形狀可能會有很大的變化。實際上，密封環的形狀通常是密封件最明顯的識別特征。配合環也是機械密封的非柔性部件。配合環的設計必須考慮到最大限度地減小變形和最大限度地傳熱，同時考慮組裝和靜態二次密封元件的便利性。配合環可以包含密封面直徑，但這不是配合環的要求。為了使主環的運動最小化，配合環必須穩固地安裝，并且應該形成垂直的平面以使主環運行。像密封環一樣，配合環有許多不同的形狀。

四、結語

機械密封性是機泵穩定運行的前提和基礎，同時也是保障機械使用壽命的必要條件。減少機泵的泄露故障，將有效降低設備后期的維修和運行成本。而泵的機械密封維護和檢修是一項系統性工程，需要在實踐過程中不斷總結經驗，提高檢修水平。