王 丰

（中海油能源发展装备技术有限公司机械设备技术服务中心 天津 300452）

1 引言

在海洋石油采油平台中使用的离心泵有90%采用机械密封，机械密封的使用寿命直接影响泵类设备的完好率，在QK17-2、LD32-2等多个平台注水泵及外输泵的机械密封更换非常频繁，而我们的维修人员在分析机械密封失效以及机械密封使用寿命短等原因时，总是习惯先从机械密封自身查找原因，而很少从机械密封外部条件查找原因。例如：我们总是会先看机械密封的选型是否合理，密封面的比压是否正确，摩擦副的选择是否合适等。而很少去看泵给机械密封创造的条件是否合适，辅助系统的配置是否合适，而这些方面往往在判断机械密封失效原因以及机械密封使用寿命短等原因时非常重要。本文希望从影响机械密封效果的另外一个方面即机械密封的外部条件来分析影响机械密封效果的因素以及应采取的措施。

图1 机械密封原理示意图

2 机械密封原理概述

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

如图1所示，常用机械密封结构由动环、静环、弹性元件弹簧座、紧定螺钉、动环密封圈和静环密封圈等元件组成，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。密封元件起密封动环与轴的间隙B、静环与压盖的间隙C的作用，同时对泵的振动、冲击起缓冲作用。

机械密封在使用时与泵的其它部件一起形成一个有机整体，共同发挥作用。如机械密封希望发挥理想效果必须在使用时跟泵的其他部件进行配合使用，这就不仅需要机械密封本身性能优异，同时还需要与泵的其它部件彼此相适应。任何一个问题，无论是机械密封本身的问题还是机械密封外部条件的问题，都会对机械密封效果产生重要的影响。

3 影响机械密封寿命的外部因素

3.1 因泵轴轴向窜量增大导致机械密封效果不好

要让机械密封起到密封作用需要其密封面具有一定的比压，这就需要机械密封的弹簧通过压缩给密封端面一个推力，旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求泵轴的轴向窜量一般不超过0.5mm。但在日常的使用过程中许多泵轴因设计不合理，从而使其窜量值过大，这样对机械密封的使用来说是非常不好的。

3.2 因轴向力未被平衡导致机械密封效果不好

泵在设计时必须将轴向力平衡掉。我们知道，机械密封在使用过程中是不建议承受轴向力的，如果由于泵的轴向力平衡机构在设计、制造、安装、调试以及日常使用过程中导致轴向力未被平衡掉，将会对机械密封产生十分严重的影响。因为机械密封在承受轴向力的状态下运转时会导致密封压盖的温度持续升高，从而使得介质随着温度的升高而被熔化，导致泵在启动后不久就会失去密封效果，当泵静止时密封端面又会出现间断喷漏等现象，影响泵的正常使用。

3.3 因机械密封冲洗管线配置问题导致机械密封效果不好

机械密封的辅助冲洗系统可以起到润滑、冷却、冲洗机械密封上各种杂物等作用，能够有效的保护机械密封的密封面，可以说对于机械密封系统来说是十分的重要。但有时厂家在设计以及生产泵时，不是没有合理的配置辅助冲洗系统就是虽然设计了辅助系统但由于设计的不规范、不合理导致达不到预期的密封效果。

3.4 因机械密封振动偏大导致机械密封效果不好

影响机械密封振动偏大的原因有许多，但并不是所有都是由机械密封本身所引起的，很多都是由于泵整体的振动引起机械密封振动过大，如泵转子动不平衡、平台甲板的共振、轴承损坏或轴瓦磨损、泵与电机对中不好、泵内流体的脉动、泵体气蚀等原因均可引起泵的振动。

机械密封振动偏大会对机械密封效果产生重要的影响，甚至最终会导致失去密封效果。

3.5 因泵汽蚀引起机械密封损坏导致机械密封效果不好

由于操控、设计不合理等原因导致泵在运转时局部会产生汽蚀现象，汽蚀现象会产生气泡对机械密封动静环吻合面以及外表面产生影响，久而久之使机械密封失效。

4 应采取措施

4.1 消除泵轴窜量大

重视对轴向力平衡装置的合理化设计，在设计阶段就彻底消除轴向窜量，规避该问题的发生。

4.2 消除轴向力偏大

重视对轴向力平衡机构的合理化设计，使其不仅在原理上能够平衡掉轴向力，并且做到在今后的制造、安装、使用过程中同样能够较好的平衡掉轴向力。

4.3 添加机械密封冲洗管线

如果机械密封没有冲洗管线或冲洗管线设计不合理，应增加机械密封冲洗管线或对原有机械密封冲洗管线进行重新设计调整。根据各类泵的实际情况，合理地配置管路及相关附件，对提高机械密封的可靠性和寿命具有重要的意义。

4.4 消除泵振动偏大

（1）在设计阶段就需要充分考虑泵类设备的振动源，从而避免振动源的产生。

（2）在泵类设备制造过程中需要严格按照相关标准规范及操作程序去生产，从而避免振动源的产生。

（3）在现场对泵、电机、底座、管路等进行安装时需要严格按照安装手册及相关要求进行，从而避免振动源的产生。

（4）泵类设备现场日常使用时需要严格按照相关要求及手册进行，从而避免振动源的产生。

（5）定期对泵类设备进行巡检，及时发现振动问题并做好维修保养工作，从而避免振动源的不断扩大。

4.5 消除泵进口汽蚀

（1）根据现场对泵类设备的要求，提升泵的汽蚀性能水平。

（2）现场试验装置与泵汽蚀性能水平相匹配，否则试验装置将无法为泵类设备提供准确信息。

（3）现场各方面需给泵消除汽蚀提供便利。

（4）定期对泵类设备进行巡检，发现问题及时解决，避免情况的进一步恶化。

结语

产生机械密封故障的原因很多，既有机械密封自身的因素，也有各种外部因素对其的影响。以往我们更多的是从机械密封自身入手，现在为了提高机械密封的使用寿命及密封效果我们还需要充分考虑影响机械密封的外部因素，将两者结合在一起从而不断提高机械密封的效果，使得生产效益最大化。

[1]顾永泉.机械密封实用技术.机械工业出版社,2001.

[2]白桦.流体力学泵与风机.中国建筑工业出版社,2016.

[3]姬忠礼,邓志安，赵会军.泵与压缩机(第二版).石油工业出版社,2015.