淺談機械密封檢修

林振興

摘? 要：機械密封是化工用泵中最精密的核心部件之一，而機械密封的泄露問題也是化工動設備檢修時最常遇到的故障之一。本文詳細介紹了機械密封的結構，并指出在檢修中應注意的質量控制點。按照機械密封檢修工序，提出了在檢修過程中存在的問題與注意事項。最后，介紹了其他新型的軸封技術，比較其與機械密封的區別。

關鍵詞：機械密封;質量控制點;新型軸封;檢修技術

介質泄漏與機泵振動問題是機泵維修過程中最突出的兩大問題。而機械密封作為石化行業中一種防止介質泄漏的密封方式，因其簡單、高效、可靠的特性，被廣泛應用。

1 機械密封的介紹

1.1 機械密封的結構

最常見的單端面機械密封的主要結構是由一組相配合的動靜環、補償元件、緊固件、軸套和O型圈等基本零件構成。隨著運行過程中，動環與靜環產生微小磨損，而補償元件在軸向力的作用下，使動環與靜環軸向貼緊，實現密封。常見的補償元件形式有很多，比如：波片式、并圈彈簧式、金屬波紋管式。彈簧的工作壓縮量為極限壓縮量的2/3～3/4，我們在平時的工作中常采用60%。當采用并圈彈簧作為補償元件時，軸的旋向應該與彈簧的旋向相同，即若軸為左旋運動，則彈簧應為左旋結構。

機械密封按流體在動靜環密封面壓力是否卸載可分為平衡式和非平衡式[1]。所謂平衡式是指動靜環接觸面上的壓強比介質側的壓力p小，典型特點是在動環所在的軸套上有一個軸肩，其載荷系數K<1。平衡式機械密封主要用于流體壓力較高的情況;當介質壓力p<0.7MPa時，選用非平衡式機械密封[1]。

1.2 機械密封的主要密封點

典型的單端面機械密封的結構圖與主要的密封點如圖1所示：

圖中對應的A～E泄漏點依次是：

動環背面的O型圈A;

機械密封壓蓋與泵蓋之間的聚四氟乙烯墊片B;

動靜環之間的密封面C;

靜環背面的O型圈D;

軸套與軸之間的O型圈E。

對于機械密封的檢修主要就是要控制住這5個泄漏點?，F在常見的雙端面機械密封只是在此基礎上多了白油密封函，其密封點不多贅述，與單端面式機械密封沒有本質區別。對于串聯式雙端面密封，如果介質泄漏到白油罐內，我們稱為內漏，說明內側機械密封出現問題;如果白油泄漏到外部，則說明位于外側的機械密封需要及時更換。

2 機械密封的檢修

2.1 機械密封的拆卸

在拆卸時，應先用定位卡片將機械密封的旋轉部件卡住。在分開泵蓋與泵軸之前，要確保機械密封尾部的緊固螺釘處于松開狀態，防止泵軸被劃出溝槽，最終影響裝配質量。機械密封的動環由內卡簧固定在動環座上，拆卸時采用一字螺絲刀從側部的縫隙中將卡簧頂出后方可取出動環。仔細觀察動靜環配合面，若出現貫穿內外圓的徑向刮痕，則動靜環必須更換或者采用專用的設備用研磨膏進行研磨。動靜環接觸面的磨損痕跡可以幫助我們判斷泄漏原因：若磨痕非均勻的環狀，而是出現偏磨的現象，則可能是由于軸彎曲度過大，導致端面傾斜。

2.2 機械密封的清理與安裝

將機械密封拆卸之后可采用煤油清洗，清洗之前必須將O型圈取出，否則O型圈浸泡在礦物油之中會發生溶脹，影響裝配。由于O型圈的密封原理是經擠壓后發生形變，受介質壓力的作用實現自緊，進而阻止介質泄漏，所以在安裝時有一定的過盈量?，F在機封廠家，無論是四川日機，還是丹東科隆、約翰克蘭，大多數是采用美國API的標準進行生產。根據API標準，動靜環即使有磨損，經拋光之后可重復使用;但O型圈在機械密封維修后必須更換[2]。因為舊的O型圈在機封上形成塑性變形，難以恢復原狀。在某些缺少備件，情況緊急的場合，如果介質危害性不高，我們可在舊的O型圈上纏繞生料帶后進行回裝。在安裝機械密封時應注意：乙丙橡膠材料（EPDM）O型圈和波紋管應避免接觸礦物油脂，硅膠材料O型圈不能接觸硅油或硅樹脂[3]。

安裝機械密封之前應該檢查機械密封與軸的形位公差，軸相對于密封腔體的同軸度公差為0.13mm。將機械密封就位后盤車時不應出現卡制現象。安裝機械密封時O型圈的選用與壓縮量應符合下表要求[1]：

動靜環背部的O型圈可能因為過盈量太大而出現裝不進去的問題。一般我們采用抹硅脂的方式或者采用水浴法加熱，不輕易用銼刀進行修配，因為手工修配時O型圈的圓度不容易保證，易引起泄漏。在神華寧煤烯烴二分公司修復P12213螺桿泵機械密封時，就曾遇到O型圈與動環軸套之間過盈量過大，裝不進去的問題。這臺雙螺桿泵是意大利生產的，當時廠家提供生產過程中采取的方案是制作一套工裝：兩端采用壓板，中間一副大直徑的螺栓螺母，通過旋緊螺母來擠壓壓板，進而將O型圈擠進去。后來因為擔心損壞動環密封面而沒有進一步嘗試，不過這個方法可以在今后的工作中作為借鑒。該工裝的簡圖如下：

機械密封將軸套與軸固定時，除了直接用緊釘螺釘，還有一種“鎖緊環”的形式：用一圈螺釘使外圈、內圈沿著楔形接觸面相對滑動，進而使內圈箍在軸上，實現緊固。這種形式一般不允許在軸套上涂油脂[4]。

安裝機械密封時，所有的螺栓必須分多次、均勻、對稱緊固，否則容易造成機封裝配傾斜，造成泄漏。

3 其他常見的新型軸封與機械密封的對比

3.1 干氣密封

干氣密封的結構與機械密封基本相似，與機械密封最大的區別在于干氣密封屬于非接觸式密封，動環上有一圈相間分布的螺旋槽和堰，中心有一圈密封壩。在干氣密封正常工作時，氣流在螺旋槽中通過，將動靜環頂開，防止動靜環發生磨損。根據石化行業標準，在安裝時應注意：機泵軸竄量不大于±0.5mm、徑向跳動不大于±0.02mm。干氣密封的二級密封一般采用氮氣，而機械密封的二級密封大多采用白油作為隔離液。

3.2 浮環密封

浮環密封也是目前較為常見的軸封形式之一，主要由浮環、固定環、彈簧、軸套、定位銷、回油孔等結構組成。浮環密封依靠軸套與浮環之間的密封油來阻礙介質泄漏到大氣側。為了減小密封油介質側的壓力，浮環密封在實際應用中，總是和迷宮密封相結合，利用迷宮密封的節流效應來減小泄漏。但由于浮環密封運行中存在外浮環壓差較低、外回油偏流、浮環磨損等缺點，限制了浮環密封的應用[5]。

參考文獻

[1] 孫開元等.機械密封結構圖例及應用.北京：化學工業出版社，2017.

[2] SH/T 3541-2007.《石油化工泵組施工及驗收規范》.

[3] JB/T 1472-2011.《泵用機械密封》.

[4] 顧永泉.機械密封的故障、原因及分析.流體工程，1981.

[5] 占天鵬.合成氣壓縮機浮環密封原理及漏油分析.大氮肥，2003.E0AE9804-87AA-435E-9602-66FD7DB6AD1B