淺談機(jī)械密封檢修

林振興

摘? 要：機(jī)械密封是化工用泵中最精密的核心部件之一，而機(jī)械密封的泄露問題也是化工動(dòng)設(shè)備檢修時(shí)最常遇到的故障之一。本文詳細(xì)介紹了機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)，并指出在檢修中應(yīng)注意的質(zhì)量控制點(diǎn)。按照機(jī)械密封檢修工序，提出了在檢修過程中存在的問題與注意事項(xiàng)。最后，介紹了其他新型的軸封技術(shù)，比較其與機(jī)械密封的區(qū)別。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封;質(zhì)量控制點(diǎn);新型軸封;檢修技術(shù)

介質(zhì)泄漏與機(jī)泵振動(dòng)問題是機(jī)泵維修過程中最突出的兩大問題。而機(jī)械密封作為石化行業(yè)中一種防止介質(zhì)泄漏的密封方式，因其簡(jiǎn)單、高效、可靠的特性，被廣泛應(yīng)用。

1 機(jī)械密封的介紹

1.1 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)

最常見的單端面機(jī)械密封的主要結(jié)構(gòu)是由一組相配合的動(dòng)靜環(huán)、補(bǔ)償元件、緊固件、軸套和O型圈等基本零件構(gòu)成。隨著運(yùn)行過程中，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)產(chǎn)生微小磨損，而補(bǔ)償元件在軸向力的作用下，使動(dòng)環(huán)與靜環(huán)軸向貼緊，實(shí)現(xiàn)密封。常見的補(bǔ)償元件形式有很多，比如：波片式、并圈彈簧式、金屬波紋管式。彈簧的工作壓縮量為極限壓縮量的2/3～3/4，我們?cè)谄綍r(shí)的工作中常采用60%。當(dāng)采用并圈彈簧作為補(bǔ)償元件時(shí)，軸的旋向應(yīng)該與彈簧的旋向相同，即若軸為左旋運(yùn)動(dòng)，則彈簧應(yīng)為左旋結(jié)構(gòu)。

機(jī)械密封按流體在動(dòng)靜環(huán)密封面壓力是否卸載可分為平衡式和非平衡式[1]。所謂平衡式是指動(dòng)靜環(huán)接觸面上的壓強(qiáng)比介質(zhì)側(cè)的壓力p小，典型特點(diǎn)是在動(dòng)環(huán)所在的軸套上有一個(gè)軸肩，其載荷系數(shù)K<1。平衡式機(jī)械密封主要用于流體壓力較高的情況;當(dāng)介質(zhì)壓力p<0.7MPa時(shí)，選用非平衡式機(jī)械密封[1]。

1.2 機(jī)械密封的主要密封點(diǎn)

典型的單端面機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)圖與主要的密封點(diǎn)如圖1所示：

圖中對(duì)應(yīng)的A～E泄漏點(diǎn)依次是：

動(dòng)環(huán)背面的O型圈A;

機(jī)械密封壓蓋與泵蓋之間的聚四氟乙烯墊片B;

動(dòng)靜環(huán)之間的密封面C;

靜環(huán)背面的O型圈D;

軸套與軸之間的O型圈E。

對(duì)于機(jī)械密封的檢修主要就是要控制住這5個(gè)泄漏點(diǎn)。現(xiàn)在常見的雙端面機(jī)械密封只是在此基礎(chǔ)上多了白油密封函，其密封點(diǎn)不多贅述，與單端面式機(jī)械密封沒有本質(zhì)區(qū)別。對(duì)于串聯(lián)式雙端面密封，如果介質(zhì)泄漏到白油罐內(nèi)，我們稱為內(nèi)漏，說明內(nèi)側(cè)機(jī)械密封出現(xiàn)問題;如果白油泄漏到外部，則說明位于外側(cè)的機(jī)械密封需要及時(shí)更換。

2 機(jī)械密封的檢修

2.1 機(jī)械密封的拆卸

在拆卸時(shí)，應(yīng)先用定位卡片將機(jī)械密封的旋轉(zhuǎn)部件卡住。在分開泵蓋與泵軸之前，要確保機(jī)械密封尾部的緊固螺釘處于松開狀態(tài)，防止泵軸被劃出溝槽，最終影響裝配質(zhì)量。機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)由內(nèi)卡簧固定在動(dòng)環(huán)座上，拆卸時(shí)采用一字螺絲刀從側(cè)部的縫隙中將卡簧頂出后方可取出動(dòng)環(huán)。仔細(xì)觀察動(dòng)靜環(huán)配合面，若出現(xiàn)貫穿內(nèi)外圓的徑向刮痕，則動(dòng)靜環(huán)必須更換或者采用專用的設(shè)備用研磨膏進(jìn)行研磨。動(dòng)靜環(huán)接觸面的磨損痕跡可以幫助我們判斷泄漏原因：若磨痕非均勻的環(huán)狀，而是出現(xiàn)偏磨的現(xiàn)象，則可能是由于軸彎曲度過大，導(dǎo)致端面傾斜。

2.2 機(jī)械密封的清理與安裝

將機(jī)械密封拆卸之后可采用煤油清洗，清洗之前必須將O型圈取出，否則O型圈浸泡在礦物油之中會(huì)發(fā)生溶脹，影響裝配。由于O型圈的密封原理是經(jīng)擠壓后發(fā)生形變，受介質(zhì)壓力的作用實(shí)現(xiàn)自緊，進(jìn)而阻止介質(zhì)泄漏，所以在安裝時(shí)有一定的過盈量。現(xiàn)在機(jī)封廠家，無論是四川日機(jī)，還是丹東科隆、約翰克蘭，大多數(shù)是采用美國(guó)API的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)靜環(huán)即使有磨損，經(jīng)拋光之后可重復(fù)使用;但O型圈在機(jī)械密封維修后必須更換[2]。因?yàn)榕f的O型圈在機(jī)封上形成塑性變形，難以恢復(fù)原狀。在某些缺少備件，情況緊急的場(chǎng)合，如果介質(zhì)危害性不高，我們可在舊的O型圈上纏繞生料帶后進(jìn)行回裝。在安裝機(jī)械密封時(shí)應(yīng)注意：乙丙橡膠材料（EPDM）O型圈和波紋管應(yīng)避免接觸礦物油脂，硅膠材料O型圈不能接觸硅油或硅樹脂[3]。

安裝機(jī)械密封之前應(yīng)該檢查機(jī)械密封與軸的形位公差，軸相對(duì)于密封腔體的同軸度公差為0.13mm。將機(jī)械密封就位后盤車時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)卡制現(xiàn)象。安裝機(jī)械密封時(shí)O型圈的選用與壓縮量應(yīng)符合下表要求[1]：

動(dòng)靜環(huán)背部的O型圈可能因?yàn)檫^盈量太大而出現(xiàn)裝不進(jìn)去的問題。一般我們采用抹硅脂的方式或者采用水浴法加熱，不輕易用銼刀進(jìn)行修配，因?yàn)槭止ば夼鋾r(shí)O型圈的圓度不容易保證，易引起泄漏。在神華寧煤烯烴二分公司修復(fù)P12213螺桿泵機(jī)械密封時(shí)，就曾遇到O型圈與動(dòng)環(huán)軸套之間過盈量過大，裝不進(jìn)去的問題。這臺(tái)雙螺桿泵是意大利生產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)廠家提供生產(chǎn)過程中采取的方案是制作一套工裝：兩端采用壓板，中間一副大直徑的螺栓螺母，通過旋緊螺母來擠壓壓板，進(jìn)而將O型圈擠進(jìn)去。后來因?yàn)閾?dān)心損壞動(dòng)環(huán)密封面而沒有進(jìn)一步嘗試，不過這個(gè)方法可以在今后的工作中作為借鑒。該工裝的簡(jiǎn)圖如下：

機(jī)械密封將軸套與軸固定時(shí)，除了直接用緊釘螺釘，還有一種“鎖緊環(huán)”的形式：用一圈螺釘使外圈、內(nèi)圈沿著楔形接觸面相對(duì)滑動(dòng)，進(jìn)而使內(nèi)圈箍在軸上，實(shí)現(xiàn)緊固。這種形式一般不允許在軸套上涂油脂[4]。

安裝機(jī)械密封時(shí)，所有的螺栓必須分多次、均勻、對(duì)稱緊固，否則容易造成機(jī)封裝配傾斜，造成泄漏。

3 其他常見的新型軸封與機(jī)械密封的對(duì)比

3.1 干氣密封

干氣密封的結(jié)構(gòu)與機(jī)械密封基本相似，與機(jī)械密封最大的區(qū)別在于干氣密封屬于非接觸式密封，動(dòng)環(huán)上有一圈相間分布的螺旋槽和堰，中心有一圈密封壩。在干氣密封正常工作時(shí)，氣流在螺旋槽中通過，將動(dòng)靜環(huán)頂開，防止動(dòng)靜環(huán)發(fā)生磨損。根據(jù)石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在安裝時(shí)應(yīng)注意：機(jī)泵軸竄量不大于±0.5mm、徑向跳動(dòng)不大于±0.02mm。干氣密封的二級(jí)密封一般采用氮?dú)猓鴻C(jī)械密封的二級(jí)密封大多采用白油作為隔離液。

3.2 浮環(huán)密封

浮環(huán)密封也是目前較為常見的軸封形式之一，主要由浮環(huán)、固定環(huán)、彈簧、軸套、定位銷、回油孔等結(jié)構(gòu)組成。浮環(huán)密封依靠軸套與浮環(huán)之間的密封油來阻礙介質(zhì)泄漏到大氣側(cè)。為了減小密封油介質(zhì)側(cè)的壓力，浮環(huán)密封在實(shí)際應(yīng)用中，總是和迷宮密封相結(jié)合，利用迷宮密封的節(jié)流效應(yīng)來減小泄漏。但由于浮環(huán)密封運(yùn)行中存在外浮環(huán)壓差較低、外回油偏流、浮環(huán)磨損等缺點(diǎn)，限制了浮環(huán)密封的應(yīng)用[5]。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫開元等.機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖例及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017.

[2] SH/T 3541-2007.《石油化工泵組施工及驗(yàn)收規(guī)范》.

[3] JB/T 1472-2011.《泵用機(jī)械密封》.

[4] 顧永泉.機(jī)械密封的故障、原因及分析.流體工程，1981.

[5] 占天鵬.合成氣壓縮機(jī)浮環(huán)密封原理及漏油分析.大氮肥，2003.