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[摘 要]本文介绍了离心泵机械密封的结构和工作原理，重点对机械密封的泄漏问题进行了分析，并根据分析结果提出了合理的改进意见，以改善离心泵的泄漏问题。
[关键词]机械密封；泄漏分析；改进措施
中图分类号：TH311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0138-02
1 引言
船舶上需要使用不同类型的泵来输送介质如水、燃油、滑油等等，其中以离心泵最为常见。它具有造价低廉、结构简单、紧凑、排量大而均匀、能运送甚至含有固体颗粒的液体等诸多优点。机械密封是一种依靠弹性元件和介质压力压紧动、静环端面从而达到密封的部件，具有能阻止泄漏、减少摩擦损耗、提高机器效率和可靠性等优点，目前大多数的离心泵轴封都是采用机械密封。机械密封是离心泵的主要易损件之一，因而泵的故障多数是由密封失效所导致的。据统计，机械密封失效导致泵的故障占设备故障率的50%以上，所以有必要对离心泵的机械密封泄漏进行分析改进，以降低泵的故障率。
2 机械密封的结构及工作原理
目前，大多数离心泵使用的都是机械密封，是靠一对相对运动的环的端面相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用。机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环随泵轴旋转并在弹簧压力作用下紧紧地压在静环上作相对运动。这样，在动环和静环之间就形成了运动密封。一般要保持动静环之间液膜的厚度适宜，太厚泄漏量增加，太薄会发生干摩擦损坏密封面。另外，压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件（密封圈）起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时还能吸收不利于运动密封面的冲击振动。
2.1 机械密封的结构
机械密封的结构如图1所示，它主要由以下元件构成：
（1）主要动密封元件：动环和静环。动环与静环卡在轴套上，同泵轴一起旋转，静环固定在压盖内，用防转销来防止它转动。密封是靠动环与静环的端面相对运动贴合。
（2）辅助密封元件：动、静环密封圈。
（3）压紧元件：弹簧（或波纹管）。
（4）传动元件：传动座。
2.2 工作原理
一般机械密封有4个可能泄漏点：（1）动环与静环之间，动环与静环之间存在运动间隙，液膜的厚度将影响它的泄漏量；（2）动环与轴套之间，动环可以沿轴向窜动；（3）静环与压盖之间，属于静密封点；（4）泵盖与压盖之间，也属于静密封点。
3 机械密封泄漏分析
3.1 静密封泄漏
静密封主要是指静环与压盖和泵盖与压盖之间的泄漏。原则上讲他们之间的间隙越小，则泄漏量越小。
静密封点泄漏多数是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸不合适或本身有伤、老化变质等，特别要注意输送的介质对密封圈的腐蚀与加速老化。只要结构和材料选择正确，密封圈质量合格和安装合乎要求，静密封基本上是可以满足密封要求的。
3.2 动密封泄漏
动密封泄漏主要指动环与静环和动环与轴套之间的泄漏，理论上影响动密封效果的主要有以下几方面：
（1）输送介质方面：泵输送介质压力愈高泄漏量会愈多；粘度低的介质较粘度高的易泄漏；带颗粒和易结垢的介质比干净稳定的易泄漏。
（2）泵轴方面：一般来说，轴愈粗则密封面愈宽，对垂直偏差也愈敏感，故愈易泄漏；轴在运转中愈易摆振，则愈易泄漏；转速愈高愈易泄漏。泵轴的轴向窜量过大，轴向力偏大，扰度偏大，对动密封效果将产生影响。机械密封又称端面密封，是一种旋转轴向的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封面之间要受力均匀。若泵轴向窜量大，造成密封端面距离增加，影响泄漏量；若轴向力偏大，使动环与静环压得过紧，加剧磨损；扰度偏大，使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好发生泄漏。
4 改进措施
根据机械密封泄漏分析可以看出，静密封泄漏主要由密封圈的材料决定，随着工艺水平的发展，会得到明显的改善；动密封的泄漏点主要还是集中在动、静环的两端面的相对运动产生摩擦，所以考虑从动静环设计着手来改善密封泄漏。
（1）减少旋转惯性
在机械密封组件中，一般动环部分的质量比静环部分大，故运转起来旋转动量大。泵在起停时或电力不稳定时，动静环端面之间的液膜还没有很好的建立起来，容易造成端面的干摩擦，损坏密封组件。通过减少动环的质量并适当增加静环的质量，降低了旋转惯性质量，减小动静环端面间摩擦造成的危害，从而提高了整个机封组件的稳定性和可靠性。
（2）动环端面的改进
动静环两端面间的接触摩擦是造成机械密封失效的主要原因，而可以通过改善它们间的端面来降低摩擦。接触式密封的接触端面经常在一起摩擦，造成摩擦副端面温度过高，出现闪蒸现象，端面间同时存在气液两种状态，使摩擦副密封状态失稳，导致泄漏，尤其是在开停机或供电不稳时，更容易加剧摩擦。所以尽量使端面之间形成一层稳定的液膜，可以通过在动环端面开一系列的小螺旋槽，使端面之间形成稳定的液膜，这与减少旋转惯性的方法也是相对应的。注意安装时，应使螺旋槽的旋向与泵工作轴的转向相同。
（3）弹簧性能的改进
利用波纹管代替弹簧，除了更好地保持弹簧弹性和耐腐蚀性外，还有一点就是它直接与动环接合，不用辅助密封圈，减少了一个泄漏点。或在结构上采取弹簧保护措施，使弹簧不与海水接触。
5 结束语
随着工艺操作水平的提高、检修质量的改善、备件质量的保证，机械密封越来越能达到其设计使用寿命，而其意外失效的情况也会相应减少。同时，我们也要加强泵的使用管理、维修保养等方面，避免人为因素的影响。
[关键词]机械密封；泄漏分析；改进措施
中图分类号：TH311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0138-02
1 引言
船舶上需要使用不同类型的泵来输送介质如水、燃油、滑油等等，其中以离心泵最为常见。它具有造价低廉、结构简单、紧凑、排量大而均匀、能运送甚至含有固体颗粒的液体等诸多优点。机械密封是一种依靠弹性元件和介质压力压紧动、静环端面从而达到密封的部件，具有能阻止泄漏、减少摩擦损耗、提高机器效率和可靠性等优点，目前大多数的离心泵轴封都是采用机械密封。机械密封是离心泵的主要易损件之一，因而泵的故障多数是由密封失效所导致的。据统计，机械密封失效导致泵的故障占设备故障率的50%以上，所以有必要对离心泵的机械密封泄漏进行分析改进，以降低泵的故障率。
2 机械密封的结构及工作原理
目前，大多数离心泵使用的都是机械密封，是靠一对相对运动的环的端面相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用。机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环随泵轴旋转并在弹簧压力作用下紧紧地压在静环上作相对运动。这样，在动环和静环之间就形成了运动密封。一般要保持动静环之间液膜的厚度适宜，太厚泄漏量增加，太薄会发生干摩擦损坏密封面。另外，压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件（密封圈）起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时还能吸收不利于运动密封面的冲击振动。
2.1 机械密封的结构
机械密封的结构如图1所示，它主要由以下元件构成：
（1）主要动密封元件：动环和静环。动环与静环卡在轴套上，同泵轴一起旋转，静环固定在压盖内，用防转销来防止它转动。密封是靠动环与静环的端面相对运动贴合。
（2）辅助密封元件：动、静环密封圈。
（3）压紧元件：弹簧（或波纹管）。
（4）传动元件：传动座。
2.2 工作原理
一般机械密封有4个可能泄漏点：（1）动环与静环之间，动环与静环之间存在运动间隙，液膜的厚度将影响它的泄漏量；（2）动环与轴套之间，动环可以沿轴向窜动；（3）静环与压盖之间，属于静密封点；（4）泵盖与压盖之间，也属于静密封点。
3 机械密封泄漏分析
3.1 静密封泄漏
静密封主要是指静环与压盖和泵盖与压盖之间的泄漏。原则上讲他们之间的间隙越小，则泄漏量越小。
静密封点泄漏多数是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸不合适或本身有伤、老化变质等，特别要注意输送的介质对密封圈的腐蚀与加速老化。只要结构和材料选择正确，密封圈质量合格和安装合乎要求，静密封基本上是可以满足密封要求的。
3.2 动密封泄漏
动密封泄漏主要指动环与静环和动环与轴套之间的泄漏，理论上影响动密封效果的主要有以下几方面：
（1）输送介质方面：泵输送介质压力愈高泄漏量会愈多；粘度低的介质较粘度高的易泄漏；带颗粒和易结垢的介质比干净稳定的易泄漏。
（2）泵轴方面：一般来说，轴愈粗则密封面愈宽，对垂直偏差也愈敏感，故愈易泄漏；轴在运转中愈易摆振，则愈易泄漏；转速愈高愈易泄漏。泵轴的轴向窜量过大，轴向力偏大，扰度偏大，对动密封效果将产生影响。机械密封又称端面密封，是一种旋转轴向的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封面之间要受力均匀。若泵轴向窜量大，造成密封端面距离增加，影响泄漏量；若轴向力偏大，使动环与静环压得过紧，加剧磨损；扰度偏大，使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好发生泄漏。
4 改进措施
根据机械密封泄漏分析可以看出，静密封泄漏主要由密封圈的材料决定，随着工艺水平的发展，会得到明显的改善；动密封的泄漏点主要还是集中在动、静环的两端面的相对运动产生摩擦，所以考虑从动静环设计着手来改善密封泄漏。
（1）减少旋转惯性
在机械密封组件中，一般动环部分的质量比静环部分大，故运转起来旋转动量大。泵在起停时或电力不稳定时，动静环端面之间的液膜还没有很好的建立起来，容易造成端面的干摩擦，损坏密封组件。通过减少动环的质量并适当增加静环的质量，降低了旋转惯性质量，减小动静环端面间摩擦造成的危害，从而提高了整个机封组件的稳定性和可靠性。
（2）动环端面的改进
动静环两端面间的接触摩擦是造成机械密封失效的主要原因，而可以通过改善它们间的端面来降低摩擦。接触式密封的接触端面经常在一起摩擦，造成摩擦副端面温度过高，出现闪蒸现象，端面间同时存在气液两种状态，使摩擦副密封状态失稳，导致泄漏，尤其是在开停机或供电不稳时，更容易加剧摩擦。所以尽量使端面之间形成一层稳定的液膜，可以通过在动环端面开一系列的小螺旋槽，使端面之间形成稳定的液膜，这与减少旋转惯性的方法也是相对应的。注意安装时，应使螺旋槽的旋向与泵工作轴的转向相同。
（3）弹簧性能的改进
利用波纹管代替弹簧，除了更好地保持弹簧弹性和耐腐蚀性外，还有一点就是它直接与动环接合，不用辅助密封圈，减少了一个泄漏点。或在结构上采取弹簧保护措施，使弹簧不与海水接触。
5 结束语
随着工艺操作水平的提高、检修质量的改善、备件质量的保证，机械密封越来越能达到其设计使用寿命，而其意外失效的情况也会相应减少。同时，我们也要加强泵的使用管理、维修保养等方面，避免人为因素的影响。