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摘要：机械密封是螺杆泵的主要部件，其主要优点是泄漏量很小，密封可靠，生产成本低，从而改善了生产和工作环境，安全性、可靠性也得到提高。本文针对现场螺杆泵机械密封的使用、维修情况，综合分析机械密封的泄露原因，对延长机械密封的使用周期、降低成本及保障生产的正常运行提出了建议。希望通过本文能够指导设备使用单位对机械密封系统正确选用，并为岗位员工在机械密封日常维护工作中提供理论依据，从而保证机械密封有良好的运行效果，降低维修成本，提高经济效益。
关键词：机械密封;泄露原因;密封方式;安装要求
1 机械密封的结构和原理
机械密封是螺杆泵的主要部件，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来起到密封的作用。
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，动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。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。
2 机械密封泄漏原因分析
2.1 机械密封泄漏内部自身原因
2.1.1 机械密封的选材不当
密封件摩擦副的磨损，辅助密封圈的老化、腐蚀、变形，弹簧的断裂而导致泄露的现象十分普遍。这些现象与选材有直接的关系。
2.1.2 选型不当，端面比压过大
机械密封的类型主要有单端面密封、双端面密封，平衡型、非平衡型以及内装式、外装式等。若由于选型不当，端面比压过大或过小均不合适。比压过大，则摩擦副间的液膜不易形成，磨损加剧，密封件变形导致泄露。比压过小，端面磨损得不到及时补偿，甚至使接触面分离而泄露。
2.1.3 安装质量的影响
合理的安装工艺，良好的安装质量是保证机械密封正常运转的重要环节。由于采油队各类外输泵型号繁多，检修人员大多未经过转业培训，对于检修作业存在着“摸着石头过河”的普遍现象，造成許多更换机械密封操作不合理、蛮干，严重影响作业质量。在我所在井区的增压站点，一次对该站一台2MPS2500-2.8油气混输泵进行检维修作业过程中，由于不清楚泵的构造，导致机械密封安装顺序出现颠倒，对密封胶圈造成磨损，不得不再次更换一副机械密封后才确保混输泵的正常使用;
2.2 机械密封泄漏外部的原因
2.2.1 泵轴的弯曲
机械密封安装在轴端处，是一种端面接触式动密封，动、静环接触面的贴合紧密程度直接影响密封效果。若由于各种原因导致泵轴产生较大的弯曲挠度，而影响机械密封端面的接触受力情况，使接触面的受力不均匀而产生偏磨，从而破坏摩擦副间的液膜，导致液体泄露。这种情况多发生在卧式多级离心泵中。
因此，在安装、检修过程中，要严格测量泵轴的挠度和摩擦副端面的垂直度。
2.2.2 轴向力和轴向窜动量的影响
在机械密封工作过程中，要有稳定的比压值和一定的轴向窜动量，才能保证机械密封长期正常运行。对于单吸式泵，特别是多级泵，由于结构的不对称，在轴向产生轴向力，使轴发生轴向窜动。为此，常常要用平衡装置和推力轴承来平衡轴向力。若由于平衡装置的设计选型不当或损坏而不能平衡掉轴向力，或者由于异常产生较大的轴向窜动量，都会直接影响机械密封的效果。
我所在的井区一次大班对接转站外输泵的检修作业过程中，就遇到过这类事件。当时由于该站一台型号为YQB-60/3.2的双螺杆外输泵外输排量无法达标，因此大班人员进行检泵作业，在检修完毕试运行后，第二天发现机械密封泄漏严重超标，最终再次检泵作业，调整了平衡管后，泄漏终止。
2.2.3 操作故障
在泵运转中，若发生抽空、憋压异常现象，会产生较大的轴向力使摩擦副接触面分离导致密封失效，或由于汽蚀现象的发生使密封液中含有气泡不能形成稳定的液膜造成泄露。因此，保证泵正常、平稳运行可延长机械密封的使用寿命。
3 机械密封的形式
3.1 平衡型和非平衡型密封
按介质在端面引起的卸载情况可分为：平衡式和非平衡式。平衡型适用于高压介质的密封（通常指压力大于1.0MPa）。
3.2 单端面和双端面密封
按密封端面的对数可分为：单端面和双端面。
单端面密封：只有一对摩擦副，结构简单，制造、拆装容易，一般只需设置冲洗系统，不需要外供封液系统。
双端面密封：有两对摩擦副，结构复杂。需要外供封液系统，密封腔内的缓冲液不加压，工艺介质对内侧密封起到润滑作用。双端面机封主要用于高温、易结晶、有粘度、含颗粒以及有毒挥发的介质，双端面机封应向密封腔中注入隔离液，其压力一般高于介质压力0.07～0.1MPa。
3.3 内装式和外装式密封
按静环位于密封端面内侧或外侧可分为：内装式和外装式。
由于内装式密封的受力情况好，比压随介质压力的增加而增加，其泄漏方向与离心力方向相反，因此一般情况均选用内装式机械密封。只有当介质腐蚀性极强时，且又不想考虑用有压双重密封时，才考虑选用外装式机械密封。
3.4 旋转式和静止式机械密封
旋转式机械密封指补偿环随轴一起转动的机械密封。
静止式机械密封指补偿环不随轴一起转动的机械密封。
一般情况下均选用旋转式机械密封，但在轴径较大，转速较高（密封圆周速度5m/s），由于弹簧及其它旋转元件产生的离心力较大，动平衡要求高，消耗的搅拌功率也大，应选用静止式机械密封。此外如果介质受强烈搅动易结晶时，也推荐采用静止式机械密封。
3.5 单弹簧和多弹簧式机械密封 单弹簧机械密封，结构简单，弹簧可兼起传动作用，但端面比压不均匀，不适用于高速运转。
多弹簧机械密封，结构复杂，弹簧不能兼起传动作用，但端面比压均匀，适用于高速运转。
4 机械密封的选型
选择机械密封时，要根据应用现场和流体介质来等多种因素科学合理的选择，才能延长机械密封的使用寿命。
4.1 根据工作参数p、v、t选型
p是指密封腔处的介质压力，根据p值的大小可以初步确定是否选择平衡式的结构以及平衡程度。
对于介质粘度高、润滑性好的，p≤0.8MPa，或低粘度、润滑性较差的介质，p≤0.5MPa时，通常选用非平衡式结构。p值超过上述范围时，应考虑选用平衡式结构。当p>15MPa时，一般单端面平衡式结构很难达到密封要求，此时可选用串联式多端面密封。
v是指密封面平均直径的圆周速度，根据v值的大小确定弹性元件是否随轴旋转。
t是指密封腔内的介质温度，根据t的大小确定辅助密封圈的材质、密封面的冷却方法及其辅助系统。
4.2 根据介质特性选型
腐蚀性较弱的介质，通常選用内置式机械密封，其端面受力状态和介质泄漏方向都比外置式合理。对于强腐蚀性介质，由于弹簧选材较困难，可选用外置式或聚四氟乙烯波纹管式机械密封，但一般只适用p≤0.2～0.3MPa的范围内。
易结晶、易凝固和高粘度的介质，应采用大弹簧旋转式结构。因为小弹簧容易被固体物堵塞，高粘度介质会使小弹簧轴向补偿移动受阻。
易燃、易爆、有毒介质，为了保证介质不外漏，应该采用有封液（隔离液）的双端面结构。
按上述工作参数和介质特性选定的结构往往只是其中一个方案，还必须考虑主机的特征和对密封的某些特殊要求。
5 延长机械密封使用周期的几点认识
5.1 根据生产特点合理选择密封型式及材料。
5.2 严格按照安装技术要求进行安装，保证配合间隙四面均匀。
5.3 启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂。
5.4 泵的操作压力应平稳，压力波动保证平稳。
5.5 泵在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏。
5.6 对机械密封要进行经常性的润滑，以减少密封磨损。
5.7 密封情况要经常检查。运转中，当其泄漏超过标准时，重质油不大于5滴/分，轻质油不大于10/分，如2-3日内仍无好转趋势，则应停泵检查密封装置。
5.8 控制温度。温度是机械密封运行的关键因素之一，这被许多人所忽视。对于高温输送的介质应当对输送的设备温度加以控制，以防止吸入不足导致摩擦副过热损坏。
参考文献：
[1]顾永泉.机械密封实用技术.北京：机械工业出版社，2005.
[2]陈德才、崔德容.机械密封设计制造实用.北京：机械工业出版社1993.
[3]机械设计手册.机械设计手册编委会.
[4]戴明俊、严统迅.泵机械密封常见渗漏现象及对策.高等教育出版社，2005.
关键词：机械密封;泄露原因;密封方式;安装要求
1 机械密封的结构和原理
机械密封是螺杆泵的主要部件，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来起到密封的作用。
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，动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。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。
2 机械密封泄漏原因分析
2.1 机械密封泄漏内部自身原因
2.1.1 机械密封的选材不当
密封件摩擦副的磨损，辅助密封圈的老化、腐蚀、变形，弹簧的断裂而导致泄露的现象十分普遍。这些现象与选材有直接的关系。
2.1.2 选型不当，端面比压过大
机械密封的类型主要有单端面密封、双端面密封，平衡型、非平衡型以及内装式、外装式等。若由于选型不当，端面比压过大或过小均不合适。比压过大，则摩擦副间的液膜不易形成，磨损加剧，密封件变形导致泄露。比压过小，端面磨损得不到及时补偿，甚至使接触面分离而泄露。
2.1.3 安装质量的影响
合理的安装工艺，良好的安装质量是保证机械密封正常运转的重要环节。由于采油队各类外输泵型号繁多，检修人员大多未经过转业培训，对于检修作业存在着“摸着石头过河”的普遍现象，造成許多更换机械密封操作不合理、蛮干，严重影响作业质量。在我所在井区的增压站点，一次对该站一台2MPS2500-2.8油气混输泵进行检维修作业过程中，由于不清楚泵的构造，导致机械密封安装顺序出现颠倒，对密封胶圈造成磨损，不得不再次更换一副机械密封后才确保混输泵的正常使用;
2.2 机械密封泄漏外部的原因
2.2.1 泵轴的弯曲
机械密封安装在轴端处，是一种端面接触式动密封，动、静环接触面的贴合紧密程度直接影响密封效果。若由于各种原因导致泵轴产生较大的弯曲挠度，而影响机械密封端面的接触受力情况，使接触面的受力不均匀而产生偏磨，从而破坏摩擦副间的液膜，导致液体泄露。这种情况多发生在卧式多级离心泵中。
因此，在安装、检修过程中，要严格测量泵轴的挠度和摩擦副端面的垂直度。
2.2.2 轴向力和轴向窜动量的影响
在机械密封工作过程中，要有稳定的比压值和一定的轴向窜动量，才能保证机械密封长期正常运行。对于单吸式泵，特别是多级泵，由于结构的不对称，在轴向产生轴向力，使轴发生轴向窜动。为此，常常要用平衡装置和推力轴承来平衡轴向力。若由于平衡装置的设计选型不当或损坏而不能平衡掉轴向力，或者由于异常产生较大的轴向窜动量，都会直接影响机械密封的效果。
我所在的井区一次大班对接转站外输泵的检修作业过程中，就遇到过这类事件。当时由于该站一台型号为YQB-60/3.2的双螺杆外输泵外输排量无法达标，因此大班人员进行检泵作业，在检修完毕试运行后，第二天发现机械密封泄漏严重超标，最终再次检泵作业，调整了平衡管后，泄漏终止。
2.2.3 操作故障
在泵运转中，若发生抽空、憋压异常现象，会产生较大的轴向力使摩擦副接触面分离导致密封失效，或由于汽蚀现象的发生使密封液中含有气泡不能形成稳定的液膜造成泄露。因此，保证泵正常、平稳运行可延长机械密封的使用寿命。
3 机械密封的形式
3.1 平衡型和非平衡型密封
按介质在端面引起的卸载情况可分为：平衡式和非平衡式。平衡型适用于高压介质的密封（通常指压力大于1.0MPa）。
3.2 单端面和双端面密封
按密封端面的对数可分为：单端面和双端面。
单端面密封：只有一对摩擦副，结构简单，制造、拆装容易，一般只需设置冲洗系统，不需要外供封液系统。
双端面密封：有两对摩擦副，结构复杂。需要外供封液系统，密封腔内的缓冲液不加压，工艺介质对内侧密封起到润滑作用。双端面机封主要用于高温、易结晶、有粘度、含颗粒以及有毒挥发的介质，双端面机封应向密封腔中注入隔离液，其压力一般高于介质压力0.07～0.1MPa。
3.3 内装式和外装式密封
按静环位于密封端面内侧或外侧可分为：内装式和外装式。
由于内装式密封的受力情况好，比压随介质压力的增加而增加，其泄漏方向与离心力方向相反，因此一般情况均选用内装式机械密封。只有当介质腐蚀性极强时，且又不想考虑用有压双重密封时，才考虑选用外装式机械密封。
3.4 旋转式和静止式机械密封
旋转式机械密封指补偿环随轴一起转动的机械密封。
静止式机械密封指补偿环不随轴一起转动的机械密封。
一般情况下均选用旋转式机械密封，但在轴径较大，转速较高（密封圆周速度5m/s），由于弹簧及其它旋转元件产生的离心力较大，动平衡要求高，消耗的搅拌功率也大，应选用静止式机械密封。此外如果介质受强烈搅动易结晶时，也推荐采用静止式机械密封。
3.5 单弹簧和多弹簧式机械密封 单弹簧机械密封，结构简单，弹簧可兼起传动作用，但端面比压不均匀，不适用于高速运转。
多弹簧机械密封，结构复杂，弹簧不能兼起传动作用，但端面比压均匀，适用于高速运转。
4 机械密封的选型
选择机械密封时，要根据应用现场和流体介质来等多种因素科学合理的选择，才能延长机械密封的使用寿命。
4.1 根据工作参数p、v、t选型
p是指密封腔处的介质压力，根据p值的大小可以初步确定是否选择平衡式的结构以及平衡程度。
对于介质粘度高、润滑性好的，p≤0.8MPa，或低粘度、润滑性较差的介质，p≤0.5MPa时，通常选用非平衡式结构。p值超过上述范围时，应考虑选用平衡式结构。当p>15MPa时，一般单端面平衡式结构很难达到密封要求，此时可选用串联式多端面密封。
v是指密封面平均直径的圆周速度，根据v值的大小确定弹性元件是否随轴旋转。
t是指密封腔内的介质温度，根据t的大小确定辅助密封圈的材质、密封面的冷却方法及其辅助系统。
4.2 根据介质特性选型
腐蚀性较弱的介质，通常選用内置式机械密封，其端面受力状态和介质泄漏方向都比外置式合理。对于强腐蚀性介质，由于弹簧选材较困难，可选用外置式或聚四氟乙烯波纹管式机械密封，但一般只适用p≤0.2～0.3MPa的范围内。
易结晶、易凝固和高粘度的介质，应采用大弹簧旋转式结构。因为小弹簧容易被固体物堵塞，高粘度介质会使小弹簧轴向补偿移动受阻。
易燃、易爆、有毒介质，为了保证介质不外漏，应该采用有封液（隔离液）的双端面结构。
按上述工作参数和介质特性选定的结构往往只是其中一个方案，还必须考虑主机的特征和对密封的某些特殊要求。
5 延长机械密封使用周期的几点认识
5.1 根据生产特点合理选择密封型式及材料。
5.2 严格按照安装技术要求进行安装，保证配合间隙四面均匀。
5.3 启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂。
5.4 泵的操作压力应平稳，压力波动保证平稳。
5.5 泵在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏。
5.6 对机械密封要进行经常性的润滑，以减少密封磨损。
5.7 密封情况要经常检查。运转中，当其泄漏超过标准时，重质油不大于5滴/分，轻质油不大于10/分，如2-3日内仍无好转趋势，则应停泵检查密封装置。
5.8 控制温度。温度是机械密封运行的关键因素之一，这被许多人所忽视。对于高温输送的介质应当对输送的设备温度加以控制，以防止吸入不足导致摩擦副过热损坏。
参考文献：
[1]顾永泉.机械密封实用技术.北京：机械工业出版社，2005.
[2]陈德才、崔德容.机械密封设计制造实用.北京：机械工业出版社1993.
[3]机械设计手册.机械设计手册编委会.
[4]戴明俊、严统迅.泵机械密封常见渗漏现象及对策.高等教育出版社，2005.