韩景星 张立元 张明敏

摘 要：密封材料技术在我国现代被广泛应用于整个国民经济的各个领域，对安全生产、防止环境污染起到了重要作用。目前70%～80%的工业用泵配备的是机械密封。本文主要通过对我国船舶机械泵浦专用机械传动密封主体结构工作原理和应用特点的深入介绍，着重对船舶机械传电密封传动失效和水泄漏的主要原因情况进行了调查分析，总结并提出了正确使用安装与维护使用船舶机械传动密封的应用经验与解决方法，对有效延长船舶机械传动密封的设备使用寿命，提高我国船舶泵浦机械设备安全可靠性具有一定的借鉴意义。

关键词：机械密封;失效泄漏;原因;使用寿命;安装

机械黏合密封装置又称相对端面黏合密封，是由至少一对方向垂直于一个转轴中心线的两个端面在相对流体机械压力和滑动补偿器压力（包括加载力和弹力）的相互作用下，并在其他辅助机械密封的相互配合下，作为保持相对端面与其贴面粘合并相对流体滑动而连接构成的一种防止相对流体压力泄漏的密封装置，是解决旋转轴与泵壳之间密封的重要元器件，在各类叶片泵上得到广泛应用。

1 机械密封结构及特点介绍

机械传动密封主要由传动静止旋转环（静环）、旋转静止环（动环）、弹性元件、弹簧座、紧定防止螺钉、传动防止螺钉、卡环、防止螺转销、旋转静止环以及辅助传动密封圈、静止旋转环以及辅助传动密封圈等弹性元件部分组成。通常按结构分类的基本形式有单端面、双端面和串联机械密封。机械电子元件专用密封柜的箱体因其具有密封工作稳定性能可靠，泄漏的杂物质量小，使用寿命长，功耗低等几大主要优点，机械电子元件专用密封柜的箱体及其结构多种多样，最常用的各种类型机械电子元件专用密封柜的箱体及其结构主要分别是大型式和端面式的机械元件密封。端面上安装有一个密封的传动主轴并由静环、动轮和第二环分别连接组成一对列的传动摩擦副，摩擦副的气体保护传动作用主要目的是为了有效防止惰性气体进入介质过程中的气体泄漏。它分别明确要求密封具有静环、动环，具有良好的整体密封性和耐磨性，动环密封整体结构可以在各个密封轴向灵活的自由角度移动，自动角度调整可以补偿密封静环所在密封面上的整体磨损，使之与整个密封静环良好的紧密相互贴合;静环整体可以使其具有好的密封浮动性，起缓冲作用。为此，密封面副件加工工艺要求一定要保证具有良好的自动密封性和加工性能工艺性和质量，保证各种零件密封面和副件必须具有良好的自动密封贴合性和密封加工性能。

弹性元件（弹簧、波纹的钢管）它主要就是起到着预紧、补偿和运动缓冲的功能作用，要求始终必须保持具有足够的机械弹性强度来有效克服传动辅助元件密封和其对传动件的应力摩擦和其对动环等的摩擦惯性，保证传动端面辅助密封副良好的滑动贴合和其对动环的追随性，材料结构要求经久耐磨抗腐蚀、耐疲劳。

辅助动静活动动环密封（O形圈和椭圆圈、V形圈、U形圈和椭球半圆圈、楔形圈和各种形状异形椭圆圈等）它主要就是可以直接起到辅助动静结合环密封和静辅助活动密封环的结合辅助活动密封和静活动环的作用，同时也主要可以直接起到活动环的辅助浮动和缓冲作用。要求使用带有齿轮静环的固定封闭密封后的传动压盖元件必须一定能连续充分保证连续保持静环与齿轮传动保护压盖之间的一定横向密封性，静环元件应保证具有一定的传动横向相对浮动性，动环的固定封闭密封后的传动压盖元件必须一定能连续充分保证连续保持带有动环与齿轮减速传动轴或齿轮传动轴保护套之间的一定横向密封性和充分保持带有动环的一定横向浮动性。材料耐热性能一般要求耐热，高温、低温、高速、真空以及各类强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况下的要求。

2 机械密封失效原因分析

2.1 摩擦副密封失效

普通机械密封绝大多数为接触式机械密封。机械传动密封部件故障的主要表现形式之一是密封动、静环之间的磨损失效。其面为一个垂直于轴向旋转弹簧轴线的静环端面，动静向闭环密封端面的轴向摩擦应力副主要由旋转弹簧轴的推力推动来进行压紧，这样就完全可以将极易发生泄漏的旋转轴向静环密封面转变为不易发生泄漏的静环端面轴向密封。动、静环之间虽然压得越紧越不容易发生泄漏，但其运动两者之间的相互摩擦力也可能会随之逐渐增大，磨损也就较快，最后静环失效造成泄漏。引起液体摩擦副作用密封功能失效的危险因素主要包括以下内容。

（1）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离。

（2）对已经加工安装好的各种机械传动部件进行密封时由于部件壓缩量过大，导致受到外力严重摩擦副机械部件密封端面严重时可出现轻微磨损、擦伤。

（3）制制动环内部密封的垫圈过紧，弹簧无法及时调整制制动环的旋转方向及其浮动的重量。

（4）静电动电磁环座的静电密封胶带或垫圈过松，当整个静电动环座的静电轴向上下反复浮动时，静环座也就会完全脱离整个动电静环座。

（5）物料工作运动介质中可能有酸性颗粒或粉状物质，运转中物料进入时有摩擦副，探伤工作动、静环境及密封件的端面。

（6）有些密封件的设计中因材料结构选型所用方法设计有误，密封件的各个端面设计物料比例电压偏低或所用各种密封设计物料不同材质之间的热胀冷缩性较大等。

2.2 泵本身或安装的问题

（1）安装轴的焊接加工运动精度不佳、串联绕轴、跳动、安装轴的间隙密度过大。

（2）泵开启后振动太大。

（3）密封箱不平。

（4）机械密封安装没有达到应有的压缩量。

2.3 高温效应导致的密封失效

设备油料震动和磨损设备油料抽空以及汽化瞬间油料断流等都会直接导致一些机械传动密封在完全没有任何润滑的工作情况下“干磨”，致使机械密封环的工作温度迅速急剧升高，直至完全烧毁，有的从出现故障停止状态直到恢复至正常运行工况时被急剧加速冷却，易热受到冲击甚至碎裂。

（1）无过热失效油管出现裂纹这主要是由于使用不耐高温的高压炼油泵，如泵式高压油渣泵、回转式高压炼油泵、常用的炼油减压泵和炼油塔底部的炼油泵等最常见的一种过热失效的无过热油管现象。在密封面处由于墙体涂层干燥的时候摩擦、冷却水突然停止发生流动中断，杂质直接吸水进入墙体涂层而在密封面、抽空等各种特殊情况下，都会直接影响导致环面板的涂层结构出现各种不同径向性的变形裂纹。

（2）石墨式的密封碳酸碳化活性密封传动是长期连续使用某种活性炭—碳酸钙或活性石墨烯作密封环时，就会导致碳化密封传动性能异常失效并造成危险原因之一。由于在实际中的使用中，如果一个摩擦石墨环和密封环一旦使用温度已经超过了我们允许再使用时的额定温度（一般在-105℃～250℃）时，其中的摩擦石墨表面会同时加热析出一至两层石墨树脂，摩擦石墨环和密表面附近的这两层石墨树脂之间的胶会同时加热发生快速加热碳化，当环上面含有其他树脂黏结剂时，会迅速碳化发生巨大气泡甚至快速软化，使整个石墨环和密封面两层树脂产生泄漏物的程度大大增加，密封环的性能同时失效。

（3）一些辅助材料密封件（例如聚三氟乙烯橡胶、乙丙橡胶、全金属橡胶）在温度超过了适用范围时的温度后，将来就会迅速发生老化、龟裂、变硬甚至失弹。现在广泛使用的耐热柔性石墨材料耐热抗高温、耐腐蚀性能比较好，但其耐热回弹性差，易发生脆裂，安装时容易发生损坏。

2.4 装配不当导致机械密封泄漏

岗位人员在安装机械密封时对组件未进行有效清洁，装配时操作不规范致使机械密封组件受伤，弹簧装配歪斜、紧固螺钉未拧紧，机械密封装配不到位等，都是机械密封失效泄漏的原因。

2.5 载荷系数太大或端面比压设计不合理

由于在密封装置中使用工艺密封介质使用特性的变种多样性，机械元件密封材料应当根据实际机械使用环境条件，选择合适密封结构设计形式和其他适合工艺介质使用形式的密封材料，通常由于某些机械元件密封结构设计材料选用不当，使机械密封材料端面上的比压偏小、偏大或者机械密封塑料材质的热冷缩性较大等，极易导致使某些机械元件密封材料使用寿命显著缩短或密封性能显著降低从而直接导致其密封失效或者泄漏。

2.6 周期性泄漏

机械应力密封由于转子传动组件的各个周期性高速转动以及转子轴向轴的移动量过大易直接造成零件泄漏，機械应力密封的各个密封面也需要同时受到一定的机械应力摩擦作用，这才能真正起到良好的机械密封保护作用。要真正做到以上两种要求，其即使弹簧密封装置内部需要具有一定的纵向压缩应力和即使弹簧端面需要有一定的横向应力压缩作用，从而才能达到用户预期的弹簧密封作用效果。同时为了有效保证最大应力泵轴处于适当移动范围，泵轴不能保持有较大的最小移动量，但是实际应用设计中往往也会出现不合理的移动因素，使得整个泵轴的最大移动量远远高于实际预期，这对未来机械传动密封的应用性能发展具有很大不同程度的不利因素影响。

3 机械密封失效的解决措施

3.1 动环密封圈松紧

调整各种机械零件密封的带动端面积和比压大小可以通过手动调整主体弹簧的受力压缩和流量大小来辅助实现，端面上的比压主要是一种外力作用在机械密封环带动表面积上的弹簧静闭和粘合力，其比压大小直接关系到机械密封环的性能以及产品使用寿命，与机械密封的主体弹簧直径大小、结构零件形式和密封介质中的压力大小有关。端面间的比压幅度过大将容易损坏整个摩擦副，端面间的比压过小则容易造成泄漏。

3.2 弹簧压缩量调整

弹簧密封压缩比测量的正确调整必须一定要严格按规定的标准精度进行正确操作，防止弹簧调整量过大或者过小，误差±2mm，如果弹簧压缩比测量过小调整的过度太大会直接增大弹簧端面间的比压，造成整体摩擦力和热阻力增大，会直接致使弹簧密封面运动加速发生磨损和容易发生弹性变形，压缩比调量过小则造成动静结合环境和端面间的比压能力不足，密封压缩效果差或者不能密封。

3.3 静环密封圈松紧

静环橡胶密封的内圈过紧通常来说会直接导致以下几种情况同时发生：一是造成石墨橡胶静环内圈质地脆弱，过度挤压受力易发生碎裂;二是可能造成石墨静环内圈密封过度发生形变，密封保护效果过度变差;三是可能造成用户安装、拆卸静环困难，非常容易损坏部件。因此，静环的内径一般都要比不同轴径静环要大1～2mm。（部分密封胶垫圈的使用松紧舒适程度以产品涂抹上弹性润滑剂后双手能否用力或双手用力将其压入封口为准。手指未能较轻松地握住压入则认为表示太松，双手用力握紧压入而不进则认为表示太紧）。

3.4 安装辅助设备

故障的持续出现与我们实际操作和使用机械系统内部结构变化有一定的直接关系，一些故障诱因可能会在一定实际情况和条件下直接引发这些故障的继续发生，只要我们找到这些相关联的诱因就有可能通过一些安全防护的故障控制设备彻底消除这些故障发生诱因。比如在启动泵机进出口两端处接点安装启动电源连接点启动压力供电表，将启动泵机供电泵与启动泵出口处接点压力表间建立自动连锁，如果泵机出现启动泵机机掉电降压的异常情况系统就会自动使泵断电。为有效防止自动泵阀在停泵时可能发生泵阀倒转的异常现象，可以在自动阀停泵出口处另外加上一个单流截止阀。

3.5 机械密封的拆解与修理

值班人员检查发现如果机械传动密封出现泄漏，不应急于进行拆解，有些紧急情况下只要调整电机工作运行状况或稍微调整一下新的机械传动密封就有可能恢复正常。如通过调整运动弹簧的高度压缩运动量、消除影响运行弹簧设备的一些振动、清除可能使运动弹簧本身失去一定弹性的一些水垢及清除动、静环绕在摩擦副上的一些水垢等。这样既能有效避免维修资源严重浪费又有效解决了实际使用问题，同时还可以有效验证维修岗位工作人员的设备故障检修分析判断服务能力，不断强化积累故障维修服务经验，提高维修设备故障检修工作速度与服务质量。

3.6 提高岗位人员操作能力

机械气动密封的安全失效除了由于机械自身客观原因外其他还有人为因素的直接影响，例如机械操作员自身专业知识水平不足或者操作不當就会导致不良后果的可能产生。为有效杜绝各种类似可能或避免作业失误的情况产生，必须对作业操作员干部进行各项专业知识系统培训，并及时制定一套作业技术指导书与作业注意事项说明书，提倡实行标准化的作业，引进各种作业防呆措施，定期对作业设备本身进行检修维护，将各种人为因素的损坏影响降到最低。

3.7 机械密封的安装

机械密封在制造和安装精度上有非常严格的要求，装配环节的质量直接影响机械密封的性能，因此岗位操作人员必须在实际装配中注意以下几点：

3.7.1 安装专用机械轴及密封件等部位时的注意事项

岗位操作人员在加工安装专用机械轴及密封件等部位的滚动轴或者承与轴承配套径向角度跳动时的公差精度应严格按照国家标准轴（或简称轴套）外径在10～50mm的，其径向旋转跳动长度公差大约为0.04mm;轴（或简称轴套）外径公差大于50～120mm的，其径向旋转跳动长度公差大约为006mm。其中的表面处理粗糙度平均值一般应不大于3.0～32um。安装旋式机械传动密封的泵浦或者其他类似的各种旋转式密封机械设备在正常工作时，其每个转子的转动轴向量长蹿和角动量长度应当不得小于04mm。机械跳动密封的定位腔体与轴承机械跳动密封的定位端盖是相结合的腔体定位端盖表面对传承轴或者是与轴承封套的跳动表面及其跳动率的公差如上所述。

3.7.2 安装机械密封的倒角抛光作业注意事项

岗位人员在进行装配作业时，应当注意将安装旋转环辅助密封圈的轴（或轴套）进行倒角抛光作业，防止装配时损坏密封部件，影响密封性能，同时注意做好清洁工作，装配时可涂抹允许的润滑脂使其较为圆滑的过渡。

3.7.3 安装机械密封压盖注意事项

紧固件的内部机械传动螺栓密封件在进行压盖时候还应对内部紧固件的机械传动螺栓内部受力应均匀进行挤压减少受力，防止机械螺栓内部受力不均匀而严重损坏内部紧固件的机械传动螺栓密封。对于快装式大型专用机械传动轴的密封在整个产品组装整体内部结构以及组装设计工作进行完毕后一定不要故意或者忘记将一个传动定位片对轴进行径向移动旋转或者移动到一个位置远离需要固定传动轴的重要连接部件位置固定。

3.7.4 安装使用机械自动密封其他装置需要特别注意的安全事项

（1）传动设备的旋转轴的两端径向窜角跳动幅度应不小于0.04mm，轴向上的窜角跳动量不大于0.1mm。

（2）保护配电电子设备的所有零件密封后的零件连接部位在配电设备进行安装时前后人员应定期对其保持清洁，密封后的所有零件连接部位人员应定期对其进行日常维护清洗，密封后的零件连接端面完好无损，防止任何化学杂质和其他有害灰尘直接将其带入所有密封后的零件连接部位。

（3）在安装产品实际安装以及使用进行过程中也同时请注意严禁用脚或手进行碰击、敲打，以免用手敲击时致使产品安装中的机械件与安装密封件的产生摩擦副使零部件产生破损而直接导致安装密封件的功能完全失效。

（4）其他产品维护安装时在与其他产品内部密封相充分进行接触的时候产品表面上一般均应预先再喷涂一层清洁的中性化学机械油，以便保证产品的性能能够顺利进行维护安装。

（5）安装静环压盖时，拧紧螺丝必须受力均匀，保证静环端面与轴心线的垂直要求。

（6）动环安装完毕后用一只手轻轻推动整个动环，能有效使整个动环在轴上灵活上下移动，并且具有一定的抗性。

（7）安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉。

（8）电气设备系统在正常运转前必须内部充满密封介质，以便于防止介质干燥和摩擦而使设备密封功能失效。

结语

现代船舶设备先进且复杂程度高，对各类辅助泵浦的可靠性提出了很高的要求，机械密封失效泄漏作为船舶泵浦常见故障之一，对设备的安全运行带来很大的隐患。岗位人员只有在实际工作中勤于分析故障产生的原因，善于总结机械密封正确安装及使用的经验与方法，才能及时消除设备不可靠因素，大幅提高船舶泵浦机械密封的使用寿命，确保船舶设备长期可靠运行。

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[4]王兴民，等.钳工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障部出版社，1996.

作者简介：韩景星（1989— ），男，汉族，河北沧州人，本科，中级工程师，研究方向：轮机设备管理。