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[摘 要]本文介绍了机械密封结构原理，分析了离心泵机械密封泄漏的原因、处理方法及检修过程中需要注意的问题。
[关键词]离心泵 机械密封 泄漏
中图分类号：TB42文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0097-01
机械密封是一种依赖弹性部分进行压实这样的动作，使得密封端面达到密封效果，这样可以有效防止释放泄漏，具有减少摩擦损失，提高机器的效率和可靠性等优点[1]。目前大多数离心泵轴密封件全部采用机械密封。密封是离心泵的主要薄弱之处，因此离心泵故障大部分是由密封失效的原因造成的。据统计，机械密封的失效导致泵设备故障率占一半以上的。机械密封的失效会导致输送工艺介质的泄漏，不仅会造成巨大的企业经济损失，而且对环境污染也十分严重。本文作者对泵机械密封失效的原因进行了分析。
一. 离心泵的工作原理
目前化工装置中有许多类型的离心泵，但都属于同一种工作原理。它的主要部分是一个旋转的叶轮和泵壳[2]。叶轮是离心泵直接通过液体介质的工作部分，是离心泵的供给能量装置，有一系列的后弯叶片（一般4至12个）。离心泵工作时，由电动机带动叶轮进行高速旋转，迫使液体进入到叶片之间进行旋转。同时，由于离心力的作用，液体从叶轮中心到叶轮外边缘做径向运动，通过在运动过程中获得能量，使叶轮的轮外缘液体以很高的速度进入蜗牛形泵壳内流动。在蜗牛壳中流道逐渐扩大液体流速逐渐降低，部分动能转化为静压能，最后沿切向沿排出口流出。叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空。而液面处的压力比叶轮中心处要高，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内，只要叶轮的旋转速度不变，离心泵排出、吸入量也恒定。離心泵之所以能够输送液体介质，主要依靠离心力的作用，因此叫做离心泵。
二.离心泵机械密封泄漏原因分析
2.1 机械密封材质
大多数离心泵机械密封使用之后，陶瓷材料因为移动而发生暴露破裂，失去密封功能，则会有大量的泄漏现象。其原因是陶瓷材料在电机带动下高速旋转，陶瓷耐热性和导热性差，大部分热量无法带走，不耐高温，易造成爆开。此外，在材料中含有固体颗粒进入密封端面，划伤或加快密封端面的磨损，污垢超过在轴套面叠加速度摩擦副的磨损速度[3]，导致移动链接不能补偿磨损速度。由于固体颗粒可以插入的碳环密封填料表面，因此固体颗粒更易造成泄漏。
2.2 泵轴的轴向窜量大
机械密封的密封面必须具有一定的压力，这样可以起到密封的作用，这就要求弹簧要有一定的压缩量的机械密封，密封端面的推力是造成填料表面有密封压力的要求。为了保证压力足够，泵轴机械密封的要求不能有太大的窜量。但实际设计中，由于设计不合理，往往泵主轴产生很大的窜量，对机械密封的使用是非常不利的。最终导致泵的机械密封彻底失去密封功能造成泄漏。
2.3 使用过程中泄漏
离心泵安装调试好后，需要进行灌水静试，检查机械密封的泄漏量[4]。如泄漏量小，一般是辅助密封圈出现问题。泄漏量大，一般是动静环摩擦副间有问题。手动旋转机械密封观察，如果密封圈有问题，则泄漏量没有明显的变化。手动旋转离心泵如泄漏量变大则说明动静环摩擦副间有问题。因此，当调试机械密封后可以排除是由于轴与端盖密封失效后产生的泄漏，其余基本上是由于动、静环摩擦损伤引起的。主要由以下因素造成的摩擦密封失效：在操作中，由于腐蚀、憋压，产生巨大的异常压力引起较大的轴向力，动静环接触面分离；安装时机械密封压缩量太大。
三.离心泵机械密封泄漏对策
3.1 解决机械密封材质问题
将端面密封材料更换为石墨和合金材料。通过对石墨，合金两种材质的防腐，耐磨强度进行对比实验后，取出多组试验数据进行对比分析，发现端面材质选用石墨较为合理。因为合金硬度、强度高，缺点是性脆，加工困难。石墨，耐腐蚀性、自润滑性、导电性、导热性、耐高温性均较为理想，化学性质稳定。消除了陶瓷材料的脆性大易发生严重的破裂引起离心泵泄漏故障频率高的现象。在离心泵使用前事先做好完善的准备工作，包括固体颗粒进入密封端面磨损密封端面前在泵的入口管线处安装过滤器、定期清洗过滤器，保证过滤器干净、无空隙使杂质无法到达密封端面。
3.2 泵轴的轴向窜量大
拆下泵轴窜轴向推力平衡装置来消除轴向体积大量的合理设计。为满足这一要求，多级离心泵，是平衡盘加推轴承轴结束，由平衡盘的轴力，以结束推轴承泵轴限位；另外，选择是正确设计平衡的关键，真正做到了大部分的轴向力平衡。其他产品，如单级泵，分泵，应采取一些措施，在设计时，要确保将泵轴所需的机械密封的范围内。
3.3 使用过程中泄漏处理措施
离心泵机械密封是由两个垂直于轴的密封部分组成，其表面光洁、笔直，相互配合[5]。工作时，依靠弹簧和密封介质压力动环和静环的接触面在循环。具有合适的压缩强度，使两端面紧密配合后，在表面产生一层极薄的液膜，使之达到密封目的，液体膜外层流体动压和内层的静态压力，起着润滑和反压的作用。若连接密封圈安装不到位，在这里可以涂抹润滑油。当弹簧张力不足，动环和静环表面容易产生距离，可使用夹紧螺钉减小差距。
四.结语
机械密封通常是由动环和静环、辅助密封件、弹力补偿机构、传动件组成。机械密封是离心泵的主要组成部分，是取决于动环、静环接触端面相互配合起密封作用。机械密封的泄漏不是单方面原因造成的，是各种因素相互影响下形成的。我们在平时设备运行时、检修过程中可以通过仔细观察机械密封的磨损情况仔细分析器泄漏原因，在生产中改进工艺操作方法，相信随着工艺操作水平的提高，检修质量的提高，零部件的质量的提高，机械密封越来越能达到其设计寿命，而且其事故失效的情况也会相应降低。此外，通过进行理论培训和业务培训的人员也能最大程度避免发生机械密封失效的事故，确保机泵能够长周期运转。
[1] 李锦龙，雒进明，余永增，尹金明.液态烃泵机械密封设计改进[J].液压气动与密封.2011.（12）.
[2] 姜勇，邓渊，刘卫海，刘强.2K2X1LF型低流量泵机械密封的国产化改造[J].化工机械.2011.（04）.
[3] 刘星，童金侠，马莉. 机械密封泄漏原因分析与对策[J]. 辽宁化工. 2011.（06）.
[4] 王顺学.机械密封的失效原因分析与对策[J].陕西国防工业职业技术学院学报，2008（2）：21—22.
[5] 樊铭.离心泵机械密封泄漏原因分析及处理[J].能源研究与管理.2011.（04）.
[关键词]离心泵 机械密封 泄漏
中图分类号：TB42文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0097-01
机械密封是一种依赖弹性部分进行压实这样的动作，使得密封端面达到密封效果，这样可以有效防止释放泄漏，具有减少摩擦损失，提高机器的效率和可靠性等优点[1]。目前大多数离心泵轴密封件全部采用机械密封。密封是离心泵的主要薄弱之处，因此离心泵故障大部分是由密封失效的原因造成的。据统计，机械密封的失效导致泵设备故障率占一半以上的。机械密封的失效会导致输送工艺介质的泄漏，不仅会造成巨大的企业经济损失，而且对环境污染也十分严重。本文作者对泵机械密封失效的原因进行了分析。
一. 离心泵的工作原理
目前化工装置中有许多类型的离心泵，但都属于同一种工作原理。它的主要部分是一个旋转的叶轮和泵壳[2]。叶轮是离心泵直接通过液体介质的工作部分，是离心泵的供给能量装置，有一系列的后弯叶片（一般4至12个）。离心泵工作时，由电动机带动叶轮进行高速旋转，迫使液体进入到叶片之间进行旋转。同时，由于离心力的作用，液体从叶轮中心到叶轮外边缘做径向运动，通过在运动过程中获得能量，使叶轮的轮外缘液体以很高的速度进入蜗牛形泵壳内流动。在蜗牛壳中流道逐渐扩大液体流速逐渐降低，部分动能转化为静压能，最后沿切向沿排出口流出。叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空。而液面处的压力比叶轮中心处要高，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内，只要叶轮的旋转速度不变，离心泵排出、吸入量也恒定。離心泵之所以能够输送液体介质，主要依靠离心力的作用，因此叫做离心泵。
二.离心泵机械密封泄漏原因分析
2.1 机械密封材质
大多数离心泵机械密封使用之后，陶瓷材料因为移动而发生暴露破裂，失去密封功能，则会有大量的泄漏现象。其原因是陶瓷材料在电机带动下高速旋转，陶瓷耐热性和导热性差，大部分热量无法带走，不耐高温，易造成爆开。此外，在材料中含有固体颗粒进入密封端面，划伤或加快密封端面的磨损，污垢超过在轴套面叠加速度摩擦副的磨损速度[3]，导致移动链接不能补偿磨损速度。由于固体颗粒可以插入的碳环密封填料表面，因此固体颗粒更易造成泄漏。
2.2 泵轴的轴向窜量大
机械密封的密封面必须具有一定的压力，这样可以起到密封的作用，这就要求弹簧要有一定的压缩量的机械密封，密封端面的推力是造成填料表面有密封压力的要求。为了保证压力足够，泵轴机械密封的要求不能有太大的窜量。但实际设计中，由于设计不合理，往往泵主轴产生很大的窜量，对机械密封的使用是非常不利的。最终导致泵的机械密封彻底失去密封功能造成泄漏。
2.3 使用过程中泄漏
离心泵安装调试好后，需要进行灌水静试，检查机械密封的泄漏量[4]。如泄漏量小，一般是辅助密封圈出现问题。泄漏量大，一般是动静环摩擦副间有问题。手动旋转机械密封观察，如果密封圈有问题，则泄漏量没有明显的变化。手动旋转离心泵如泄漏量变大则说明动静环摩擦副间有问题。因此，当调试机械密封后可以排除是由于轴与端盖密封失效后产生的泄漏，其余基本上是由于动、静环摩擦损伤引起的。主要由以下因素造成的摩擦密封失效：在操作中，由于腐蚀、憋压，产生巨大的异常压力引起较大的轴向力，动静环接触面分离；安装时机械密封压缩量太大。
三.离心泵机械密封泄漏对策
3.1 解决机械密封材质问题
将端面密封材料更换为石墨和合金材料。通过对石墨，合金两种材质的防腐，耐磨强度进行对比实验后，取出多组试验数据进行对比分析，发现端面材质选用石墨较为合理。因为合金硬度、强度高，缺点是性脆，加工困难。石墨，耐腐蚀性、自润滑性、导电性、导热性、耐高温性均较为理想，化学性质稳定。消除了陶瓷材料的脆性大易发生严重的破裂引起离心泵泄漏故障频率高的现象。在离心泵使用前事先做好完善的准备工作，包括固体颗粒进入密封端面磨损密封端面前在泵的入口管线处安装过滤器、定期清洗过滤器，保证过滤器干净、无空隙使杂质无法到达密封端面。
3.2 泵轴的轴向窜量大
拆下泵轴窜轴向推力平衡装置来消除轴向体积大量的合理设计。为满足这一要求，多级离心泵，是平衡盘加推轴承轴结束，由平衡盘的轴力，以结束推轴承泵轴限位；另外，选择是正确设计平衡的关键，真正做到了大部分的轴向力平衡。其他产品，如单级泵，分泵，应采取一些措施，在设计时，要确保将泵轴所需的机械密封的范围内。
3.3 使用过程中泄漏处理措施
离心泵机械密封是由两个垂直于轴的密封部分组成，其表面光洁、笔直，相互配合[5]。工作时，依靠弹簧和密封介质压力动环和静环的接触面在循环。具有合适的压缩强度，使两端面紧密配合后，在表面产生一层极薄的液膜，使之达到密封目的，液体膜外层流体动压和内层的静态压力，起着润滑和反压的作用。若连接密封圈安装不到位，在这里可以涂抹润滑油。当弹簧张力不足，动环和静环表面容易产生距离，可使用夹紧螺钉减小差距。
四.结语
机械密封通常是由动环和静环、辅助密封件、弹力补偿机构、传动件组成。机械密封是离心泵的主要组成部分，是取决于动环、静环接触端面相互配合起密封作用。机械密封的泄漏不是单方面原因造成的，是各种因素相互影响下形成的。我们在平时设备运行时、检修过程中可以通过仔细观察机械密封的磨损情况仔细分析器泄漏原因，在生产中改进工艺操作方法，相信随着工艺操作水平的提高，检修质量的提高，零部件的质量的提高，机械密封越来越能达到其设计寿命，而且其事故失效的情况也会相应降低。此外，通过进行理论培训和业务培训的人员也能最大程度避免发生机械密封失效的事故，确保机泵能够长周期运转。
[1] 李锦龙，雒进明，余永增，尹金明.液态烃泵机械密封设计改进[J].液压气动与密封.2011.（12）.
[2] 姜勇，邓渊，刘卫海，刘强.2K2X1LF型低流量泵机械密封的国产化改造[J].化工机械.2011.（04）.
[3] 刘星，童金侠，马莉. 机械密封泄漏原因分析与对策[J]. 辽宁化工. 2011.（06）.
[4] 王顺学.机械密封的失效原因分析与对策[J].陕西国防工业职业技术学院学报，2008（2）：21—22.
[5] 樊铭.离心泵机械密封泄漏原因分析及处理[J].能源研究与管理.2011.（04）.