摘　要：机械密封是XA型离心泵的结构和工作原理，分析了XA型离心泵用机械密封常见的泄漏现象，分析了泄漏原因，并提出了解决方案，减少跑、冒、滴、漏维修频率，提高使用效果。
　　关键词：离心泵；机械密封；泄漏措施
　　XA型为单级单吸离心泵，是供吸清水及物理化学性质类似于水的液体，也是化工企业生产部门的主要动力设备。在连续生产过程中，许多泵需要夜以继日地运转，是电能消耗大户，也是材料、备件损耗的主要环节。机械密封是一种旋转轴用非平衡型单面多弹簧集装式的密封，它是在流体介质和补偿机构的弹性元件（或磁力）的作用下，两个垂直于轴心线的密封动环与静环端面紧贴着相对旋转，具有流体压力和静压力、起着平衡压力作用，从而达到阻漏的轴封装置。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。机械及维检修工作带来的成本压力，密封失效导致工艺介质泄漏，不但给企业造成了巨大的经济损失，而且对环保处理及环境污染也带来很大的影响。下面对XA型离心泵机械密封的失效原因进行了分析与处理：
　　1、 XA型离心泵概况
　　XA型泵供吸送清水及物理化学性质类似于水的液体，适用于工厂、矿山、城市给排水、空调、消防和农田排灌之用。规格相同的泵因改变叶轮外径而有不同的性能（在泵型号后面加上A、B、C等字母表示）。本泵结构简单，性能可靠，体积小，重量轻，抗汽蚀性能好，电耗低，使用维修方便。
　　XA型泵通用性广，全系列共60种规格，但只用六种轴。同一规格的轴、轴承、轴套、轴封、叶轮紧固件等均能互换。全系列泵的悬架也只有六种。
　　泵的转速分为：2900r/min和1450r/min；性能如下：2900r/min 450r/min；Z大流量：100l/s 250l/s；Z高总扬程：150m 90m；Z高转速：3500r/min（用于60Hz电源时，叶轮直径有所减小）；Z高工作作温度：105℃；轴封：填料密封或机械密封；Z低工作温度-10℃；工作压力：一般为1Mpa，如需提高到1.6Mpa
　　2、 机械密封的基本结构及工作原理
　　2.1 泵体结构示意图

图1 离心泵泵体结构
1.泵体；2.叶轮；3.轴；4.轴套；5.密封环；6.泵盖；7.填料密封；8.悬架部件；9.悬架之架；10.叶轮螺母；11.机封轴套；12.机械密封；13.密封垫；14.机封压

　　本泵为后开式，拆开泵盖和叶轮时不需拆卸吸水和排出管路。悬架内装有两个球轴承，用机油或润滑脂润滑，泵通过弹性联轴器由电机直接驱动。涡室、底脚、进水法兰和出水法兰铸成一个整体。
　　2.2 机械密封结构示意图

图2 机械密封结构
1.静环；2.动环；3.动环密封圈；4.推环；5.弹簧；6.传动座；7.静环密封圈；8.压盖

　　机械密封的结构如图2所示，它主要由以下元件构成：
　　（1）主要动密封元件:包括动环和静环。动环与泵轴一起旋转，静环固定在压盖内，用防转销来防止它转动。靠动环与静环的端面贴合来进行动密封。
　　（2）辅助密封元件：包括各静密封点所用的密封圈。
　　（3）压紧元件：即弹簧（或波纹管）。
　　（4）传动元件：包括传动座及固定销钉。
　　2.3 机械密封工作原理
　　机械密封种类繁多，型号各异，主要有6个泄漏点：（1）动环与静环之间，动环主要靠内液体压力及弹簧力压贴在静环上，以阻止泄漏；（2）静环与压盖之间，属于静密封点；（3）动环与轴（轴套）之间，动环可以沿轴向窜动；（4）泵盖与压盖之间，也属于静密封点。（5）静环与静环盒子的辅助密封处；（6）动环镶嵌结构合处。
　　当前采用新材料和工艺的各种机械密封的新技术，进展较快，有下列的机械密封新技术。密封面开槽密封技术近年来，在机械密封的密封端面上开了各种各样的流槽，以产生流体静、动压效应，现在还在不断更新。零泄漏密封技术过去总认为接触式和非接触式机械密封不可能达到零泄漏（或无泄漏）。干运转气体密封技术这类密封是将开槽密封技术用于气体密封。上游泵送密封技术即利用密封面上开流槽将下游少量泄漏流体泵送回上游。上述几类密封的结构特点是：采用浅槽，且膜厚和流槽的深均属微米级，并采用润滑槽，径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分。也可以说开槽密封是平面密封和开槽轴承的结合。其优点是泄漏量小（甚至无泄漏）、膜厚大，消除接触摩擦、功耗和发热量小。热流体动压密封技术它是利用各种形状较深的密封面流槽，造成局部热变形，以产生流体动力楔效应。这种具有流体动压承载能力的密封，称之为热流体动力楔密封。
　　从机械密封的结构图2可以看出，机械密封是将容易泄漏的轴向密封改变为较难泄漏的静密封和端面径向接触的动密封。动环与静环之间的密封：是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。
　　3、XA型离心泵机械密封常见的泄漏现象
　　（1）由机械密封材质原因造成的渗漏。泵运行环境恶劣，机械密封无法满足介质要求，示运行一段时间后，机械密封被告腐蚀而发生泄漏。解决方案是选取材质满足介质要求的机械密封。
　　（2）操作使用不当和突然停电引起的渗漏。泵开停机不当会造成机械密封渗漏，突然停电或是晃电而造成泵倒转引起机械密封损坏。解决方案是加强操作工的培训和保证正常供电，减少供电波动。
　　（3）运行周期性渗漏。包括以下几个方面：
　　①因长时间运行，泵转子轴向窜动量大，辅助密封与轴的过盈量大，动环不能在轴上灵活移动。在泵翻转，动、静环磨损后，得不到补偿位移。解决方案是应定期进行检查监控，同时在装配机械密封时，轴的轴向窜动量应小于0.1mm，辅助密封与轴的过盈量应适中，在保证径向密封的同时，动环装配后，保证能在轴上灵活移动（把动环压向弹簧能自由地弹回来）。
　　②密封面润滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。解决方案是使油室腔内润滑油面高度高于动环和静环的密封面。
　　③转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡，汽蚀或轴承损坏（磨损），这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。解决方案是根据维修标准来纠正上述问题。
　　④机械密封渗漏引起的磨轴现象。机械密封失效常常产生磨轴，磨轴位置主要有动环辅助密封圈处、静环位置，少数弹簧有磨轴现象。磨轴的主要原因：一是双端面机械密封，反压状态是不良的工作态，介质中的颗粒、杂质很容易进入密封面，使密封失效；二是磨轴的主要部件为橡胶波纹管，且由于上端密封面处于不良润滑状态，动环和静环之间的摩擦力矩大于橡胶波纹管与轴之间的传递转矩，发生相对转动；三是动环和静环的辅助密封由于受到污水中的弱酸、弱碱的腐蚀，橡胶件已无弹性，有的已腐烂，失去了应有的功能，产生了磨轴的现象。
　　为解决以上问题，应采取如下措施：①保证下端盖、油室的清洁，对不清楚的润滑油禁止装配；②机械密封油室腔内油面线应高于动环和静环的密封面；③根据不同的使用介质选用不同结构的机械密封。对腐蚀性介质，橡胶应选用而弱酸、弱碱的氟橡胶。机械密封静环应加防转销。
　　4、导致机械密封失效的主要原因分析及处理
　　4.1 冲洗不当（或不冲洗）会使机械密封失效
　　由于机械密封本身的工作特点，动环和静环端面的相互摩擦，将不断产生摩擦热，使摩擦副内温度升高，给机械密封造成以下影响：（1）摩擦副内液膜蒸发、汽化造成干摩擦；（2）摩擦副内液膜粘度下降，润滑状况差；（3）摩擦副介质蒸汽压增加，从而产生泄漏；（4）加速介质的腐蚀作用；（5）辅助密封圈老化，失去弹性，甚至分解；（6）动静环产生变形。
　　为了消除摩擦热的影响，保证密封正常工作，延长使用寿命，必须采取适应机械密封不同介质条件的冷动方法，使端面间有液膜存在，起到润滑作用，这是机械密封能正常工作的基本条件。介质内含有悬浮颗粒及杂质的机械密封，由于固体颗粒进入摩擦副，使动静环剧烈磨损、静环密封圈失去浮动、弹簧失去弹性造成密封失效，因此采取净化后的清洁液体或蒸汽对摩擦副进行冲洗或采取过滤的办法将介质中的颗粒及杂质除去，以保证机械密封正常运转。
　　常见的因冲洗而造成机械密封失效的情况有：冲洗液管道过滤器堵塞导致冲洗液流量不足；由于缺失过滤器，使冲洗液中含有的杂质进入密封面；冲洗液管道无止逆阀导致工艺液体逆行进入冲洗液管道，使冲洗液中杂质颗粒增加，导致使用此冲洗液的机械密封失效。
　　4.2 静密封失效
　　静密封点泄漏多数是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸差太大或本身有伤、老化变质等。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，静密封是可以满足密封要求的。
　　4.3 动密封点失效
　　理论上影响动密封效果的主要有以下几方面：
　　（1）介质影响：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）轴的影响：一般来说，轴愈粗则密封面愈宽，对垂直偏差也愈敏感，帮愈易泄漏；轴在运转中愈易摆振，则愈易泄漏；转速愈高愈易泄漏。
　　（3）密封结构：Z重要的是密封的浮动性，浮动性Z好的波纹管密封效果Z好，用聚四氟乙烯塑料密封圈效果差。
　　（4）密封端面在制造和安装质量中以端面平直度与转轴轴线的垂直度Z为重要。
　　实际工作中工艺状况对介质中存在颗粒物的浓度有极大的影响，工艺液中夹带过多的颗粒常常是导致弹簧失效进而使密封失效的主要因素之一；工艺液温度过高造成的气蚀导致设备剧烈振动进而使密封损坏失效；气蚀振动还会使设备的轴发生变形从而影响机械密封的安装质量、运转效果。对于某一特定工况的机械密封而言，尽可能提高密封的贴和性是提高密封性能、减少泄漏的关键。但是过度的压紧端面，导致机械密封动静环磨损剧烈过早失效是维修安装初期常出现的问题之一。设备安装中的起重作业也是需要关注的一个方面，在吊装过程中的磕碰，会直接将机械密封密封端面损坏。
　　5、检修中需注意的几个问题
　　在日常实际检修工作中，常常容易存在一些误区，主要是对机械密封的一些附属零部件的密封作用原理的理解上出现偏差。下面就检修时容易产生的误区及应注意的问题作一些简单的说明。
　　5.1 弹簧压缩量越大密封效果越好。其实，弹簧压缩量过大，会导致密封摩擦副的急剧磨损，瞬间就可能烧损。过度的压缩使弹簧产生永久塑性变形，失去调节动环端面的能力，从而使密封失效。
　　5.2 动环密封圈越紧越好。其实动环密封圈过紧有害无益。一是加剧密封圈与轴套间的磨损，引起过早泄漏；二是增大了动环轴向调整、移动的阻力，在工况变化频繁时无法适时进行调整；三是弹簧过度疲劳易损坏；四是使动环密封圈变形，影响密封效果。
　　5.3 静环密封圈越紧越好。静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的。一是引起静环过度变形，影响密封效果；二是静环材质以石墨居多，一般比较脆，过度受力极易引起碎裂;三是安装、拆卸困难，极易损坏静环。静环的安装形式的选择要充分考虑在相应的工况下的浮动能力，安装后能自动追随动环面与之贴合，如果静环密封圈过紧，使静环安装后不能浮动，就会产生偏磨，过早的失效。
　　5.4 叶轮锁紧螺母越紧越好。机械密封泄漏中，轴套与轴之间的泄漏（轴间泄漏）是比较常见的。一般认为，轴间泄漏就是叶轮锁紧螺母没锁紧，其实导致轴间泄漏的因素较多，如轴间垫圈失效、偏移，轴间内有杂质，轴与轴套配合处有较大的形位误差，接触面被破坏，轴上各部件间有间隙，轴头螺纹过长等，都会导致轴间泄漏。锁紧螺母锁紧过度只会导致轴间垫圈过早失效。其实，适度拧紧锁紧螺母，可以使轴间垫始终保持一定的压缩弹性，在运转中锁紧螺母会自动适时锁紧，使轴间始终处于良好的密封状态。
　　5.5 新的比旧的好。相对而言，使用新机械密封的效果好于旧的，但如果新机械密封的质量或材质选择不当时，或配合尺寸误差较大时，就会影响密封效果。在聚合性和渗透性介质中，静环如果没有出现过度磨损，还是不更换为好。因为静环在静环座中长时间处于静止状态，使聚合物和杂质沉积为一体，起到了较好的密封作用。其实，很多情况下，机械密封都是没有问题的，只要作适当的调整和处理，机械密封是可以继续使用的。这样，既可以节约成本，又可以减少工作量，并可以保证密封效果。
　　5.6 拆修总比不拆好。一旦机械密封出现泄漏便急于拆修，这种做法是不完全对的，应该根据具体情况具体分析。其实，有时候机械密封并没有损坏，只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既避免零部件的浪费又可以避免维修人员的无用劳动。在检修时，应该根据实际情况作出正确的判断，从而采取有针对性的检修。根据密封的发展趋势，现在很多的密封在设计时就考虑设计成集装式，有效地杜绝了上述很多的泄漏发生。
　　6、结束语
　　石油化工和治金等流体输送领域中的离心泵机械密封，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共设计使用寿命，而其意外失效的情况也会相应减少。同时，通过对车间操作工进行理论培训和操作培训也能Z大程度地避免机械密封的意外失效。
　　7、参考文献
　　[1]沈锡华.机械密封技术问答[M].北京：机械工业出版社，1996
　　[2]顾永泉.液体动密封[M].东营：石油大学出版社，1993
　　[3]谈鸿州.化工检修钳工工艺学[M].成都：电子科技大学出版社，1997
　　[4]顾涌泉.机械端面密封[M].石油大学出版社，1994
　　[5]刘亚洲.泵机械密封运行过程的维护与检修安装[期刊论文]润滑与密封2006
　　[6]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京：宇航出版社，1995