泵轴类机械密封失效原理及处理措施

机械密封系指两块密封元件在其垂直于轴线的光洁而平直的表面上相互贴合，并作相对转动而构成密封的装置。如图1所示。

它通常由静环、动环、弹簧加荷装置(包括推环、弹簧、弹簧座、固定螺钉，传动销)、辅助密封圈(动环密封圈和静环密封圈)等元件组成。防转销固定在压盖上，用以防止静环转动。

因为机械密封具有密封性能可靠、泄漏量少、使用寿命长、功率损耗少、不需要经常维修等优点，且能满足生产自动化和高温、低温、高压、高真空、高速、各种易燃易爆、腐蚀性以及腐蚀性介质的密封要求，因此较其它密封获得更为迅速的发展和推广，越来越多地替代填料密封和其它密封。

现将我厂常见机械密封早期失效现象、原因及补救措施介绍如下：

1 机械密封新端面早期磨损的原因及解决办法。

1.1机械密封动环和静环的材料选择是否合适

由动环和静环所组成的摩擦副是机械密封最重要的零件。密封的寿命和工作质量(泄漏指标)都和它有直接关系。

机械密封摩擦副的材料要根据泵的工作介质的性质、工作压力、温度、转动速度等因素来选择，特别是对老产品上填料密封改装机械密封或原机械密封的改造，合理地选用机械密封材料是非常重要的。当机械密封在腐蚀性介质中时，它经受着化学腐蚀和电化腐蚀，尤其在摩擦面上，腐蚀率极大，这是因为端面上腐蚀生成物刚产生(能降低腐蚀率)就被摩擦所破坏的缘故。这种由耐腐蚀表层的产生到磨去，周期性的循环不止,通常称为磨蚀现象。其磨蚀速度约为无摩擦作用表面的腐蚀率的10至50倍。因此，摩擦副应选择既耐腐蚀耐磨性又好的材料。一般来说，石墨浸渍酚醛树脂耐酸不耐碱，浸渍呋喃树脂耐酸亦耐碱，浸渍环氧树脂耐碱性好，浸渍聚四氟乙烯树脂和陶瓷能耐强腐蚀性介质。

（1）当机械密封在高压介质中时，由高压介质引起的端面比压如果超出其适应范围,会导致液膜破坏，引起发热和磨损；高压易使摩擦副变形及碎裂，从而使机械密封失效。要求高压下工作的摩擦副材料必须具有足够的刚度及强度,必须考虑用硬质合金、陶瓷、喷涂陶瓷等耐压且强度和刚度都高的材料。

（2）在高转速情况下，机械密封由于线速度大，密封面上的摩擦热和磨损加大，故摩擦副材料应采用摩擦系数较低的导热好的陶瓷浸铜石墨等。

（3）当机械密封在高温环境中时，如果处理不当易产生橡胶制品的老化、零件的变形等，使机械密封泄漏，应选用耐高温的材料，如烧结氧化铝瓷(刚玉陶瓷)、堆焊硬质合金等。

图1 泵轴机械密封示意图

1.2机石墨静环质量未达到设计要求

设计要求石墨静环浸渍树脂，而且要有一定的浸渍深度。有时石墨静环不是浸渍深度不够，就是机加工后浸渍层所剩很少；设计要求端面有的光洁度，而备件光洁度往往达不到要求；设计要求石墨质地纯洁，并有一定的硬度，而备件往往有硬质点、硬度也不够等。因此造成石墨的磨损相当严重。

1.3机弹簧比压选择不当

机械密封的主要密封点——动密封点，是由与轴线垂直的作旋转运动的动环端面和静环端面相互贴合而成的。弹簧在密封端面上产生的压紧力即弹簧比压，是使密封端面在低压启动、运转及停车情况下始终保持贴合，维持良好的密封状态的必要前提。而当密封端面磨损时，靠弹簧比压克服密封圈与轴的磨擦力，保证动环沿轴向移动，补偿端面磨损，保证密封。由于弹簧比压值的大小直接影响密封的可靠性，如弹簧比压值过大，密封面压得过紧，磨损加剧；弹簧比压值过小，密封面不能很好贴合，弹簧力抵抗不了内部气体介质的压力或端面磨损得不到补偿，造成机械密封的泄漏。所以选择合理的弹簧比压值是密封可靠性的关键。

弹簧比压不够，采取以下两种方法消除泄漏：(1)在动环背后加垫来补偿弹簧力。(2)用刮刀与砂布刮研、打磨密封腔与弹簧座及“V”型圈的配合处，使弹簧力作用在磨擦副的紧密贴合上。

1.4机杂质进入密封端面造成的磨损

在密封端面接触和摩擦正常时，能够进入密封端面的固体杂质都是极细微的，也容易被密封水冲走，因此，对密封泄漏没有什么影响。较大固体颗粒进入密封端面，造成磨损加剧的情况，都是在密封工作不正常时发生的。大体分为以下几种情况：

（1）在停机或检修后，试车初期，由于管路较脏或密封水质不好，固体杂质容易进入密封端面。因此，机械密封摩擦面磨损较快。

（2）双端面机械密封在密封水压力波动，甚至低于泵、机内压力时，泵体内带有杂质的化工介质从内端面进入密封室，部分杂质存留在密封端面上，造成磨损加剧，单端面内装机械密封，由于介质压力波动，密封端面进入杂质的可能性较双端面小得多，相对寿命较长。

（3）由于种种原因杂质进入密封端面。过氧机械密封端面早期严重磨损，从磨损机理来看，主要是颗粒磨损，粘着磨损只有在个别情况下才能发生，因此，我们只讨论颗粒磨损。过氧颗粒磨损速率是很高的，大大降低了机械密封的使用寿命。颗粒磨损不仅使软密封环(石墨环)摩损，而且使硬密封环(主要是硬质合金动环)磨损，颗粒磨损表面有明显的大致规则的刻痕和沟槽。颗粒磨损的实质是硬的颗粒在垂直分力作用下，刺入摩擦面，而在切向分力作用下作相对运动，从而使摩擦表面进行微切削和犁皱的过程。颗粒磨损不仅与材料的硬度和端面比压有关，而且和材料的显微组织、试验温度、载荷性质和应力大小、磨粒的尺寸和硬度以及摩擦面的化学性质等因素有关。

摩擦副配对材料的硬度差，对颗粒磨损的影响很大。摩擦副硬度差大，出现颗粒磨损的情况就少得多，摩擦磨损速率也小；但硬度差小，出现颗粒磨损情况就多。其原因主要是由于当颗粒侵入摩擦副，在动环硬度高时，只在石墨环上或嵌入石墨环上擦出沟纹，硬环未被擦伤，还能保持原有光洁度，过一段时间，颗粒还有可能被密封水冲走。而颗粒侵入摩擦面，动环硬度低时，则由于硬环被擦伤，在振动和偏心作用下，如锉刀一样锉石墨环，造成严重磨损。同时动环自身擦伤也越来越大。经过跑合，动环表面的沟纹与石墨环表面的沟纹逐渐同心吻合，这时泄漏量减少。

此外，动环或静环端面泄漏入口端，如果加工倒角过大，也能导致较大颗粒沿着斜面进入摩擦面，引起早期磨损。

对于特殊情况，应采用特殊办法，在开车初期或密封水质比较低劣时，为了避免机械密封的早期磨损失效，采用临时加大端面比压的作法，可以收到明显效果，适当增加弹簧比压并没有明显的增加摩擦副的磨损，相反避免了早期颗粒磨损，延长了使用寿命。

2 新端面偏磨失效原因及补救措施

有时机械密封检修后试静压不漏，转动起来后泄漏较大，超过运转跑合期，泄漏量不减小，被迫重新检修。检修时往往发现在石墨静环密封端面上有偏磨现象，即静环端面有一部分没有与动环端面接触，没有摩擦痕迹，封液由此泄漏。

根据多次偏磨情况统计，偏磨主要是由于动环或静环偏心(和轴中心线不同心)和动环或静环偏斜(和轴中心线不垂直)引起的。

不同心有下列几种情况：动环与轴线不同心，静环与轴线不同心。