杜艷峰
目前機械密封在各行各業中的應用非常廣泛，而隨著產品技術水平的提高和節約能源的要求，機械密封的應用前景將更加廣泛。
1 機械密封原理及結構
機械密封又稱端面密封(Mechanical Seal)，是旋轉軸用動密封。是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。即:有一對垂直于旋轉軸線的端面， 該端面在流體壓力及補償機械外彈力的作用下， 依賴輔助密封的配合與另一端保持貼合， 并相對滑動， 從而防止流體泄漏。
常用機械密封結構由靜止環(靜環)、旋轉環(動環)、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉環輔助密封圈和靜止環輔助密封圈等元件組成，防轉銷固定在壓蓋上以防止靜止環轉動。旋轉環和靜止環往往還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環或非補償還。
機械密封中流體可能泄漏的途徑有A、B、C、D四個通道。C、D泄漏通道分別是靜止環與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封。B通道是旋轉環與軸之間的密封，當端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環沿軸向作微量的移動，實際上仍然是一個相對靜密封。因此，這些泄漏通道相對來說比較容易封堵。靜密封元件Z常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環的旋轉環或靜止環輔助密封，有時采用兼備彈性元件功能的橡膠、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結構。A通道則是旋轉環與靜止環的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關鍵。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，必須嚴格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩定的潤滑液膜，會加速端面的磨損;壓力過小，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在設計和安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在Z適當的范圍。
2 機械密封材料
根據統計，機械密封的泄露大約有80%～95%是由于密封端面，摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外，主要是摩擦副的材料問題。
摩擦材料應具備下列條件:機械強度高，能耐壓和耐壓力變形;具有耐干磨性，耐高載荷性，自潤滑性好;配對材料的磨合性好，無過大的磨損和對偶腐蝕; 耐磨性好，壽命長;導熱性和散熱性好;耐高溫性好;抗熱裂性好;耐腐蝕性強;線膨脹系數小 ;切削加工性好，成型性能好;氣密性好; 密度小，能耐熱變形和尺寸穩定性好。
3 機械密封的失效
機械密封性能可靠，泄漏量小，使用壽命長，功耗低，毋須經常維修，且能適應于生產過程自動化和高溫、低溫、高壓、真空、高速以及各種強腐蝕性介質、含固體顆粒介質等苛刻工況的密封要求。但是機械密封還是有失效的時候，歸納其失效原因有以下幾點:(1)軸套與軸間的密封(2)動環與軸套間的密封(3)動、靜環間密封(4)對靜環與靜環座間的密封(5)密封端蓋與泵體間的密封。其中磨損是機械密封經常發生的一種失效形式。對于接觸式機械密封，掌握磨損規律，預計磨損率，設法延長耐磨壽命乃是一個重要問題。磨損的主要形式及其轉化，摩擦表面上可能出現的主要磨損形式有:粘著磨損，磨料磨損，疲勞磨損，微動磨損和腐蝕磨損。
3.1 粘著磨損
由于表面上存在著粗糙的微凸體，表面間的接觸發生在分散的微凸體處。磨擦時接觸點處發生變形，潤滑膜以及表面膜破裂時會出現金屬間的直接接觸，連接點不斷被剪切斷，同時又產生新的連接點。如果剪切發生在結點界面上，則兩表面沒有磨損;如果剪切發生在金屬內部，則會出現表面間金屬的轉移，表面受到破壞和磨損。金屬的轉移現象是粘著磨損的主要特點。
3.2 疲勞磨損
疲勞磨損過程可認為由三個發展階段組成:一是表面的相互作用;二是在摩擦力的影響下，接觸材料表層性質的變化;三是表面的破壞和磨損微粒的脫落。
4 機械密封特點
機械密封有什么樣的特點，機械密封的主要特點就是防止泄露!
4.1 泄漏量可以限制到很小
主要主密封面的表面粗糙度和平直度能保證達到要求，只要材料耐磨性好，機械密封可以達到很少泄漏量，甚至肉眼看不見泄漏。密封介質為液體時，泄漏量通常為3ML/h以下，但對于特殊情況以及密封介質為氣體時不受此限。煤油試驗臺泄漏量不超過20ml/h;常溫清水試驗，軸外徑大于50mm時平均泄漏量不超過5ml/h，軸外徑不大于50mm時平均泄漏量不超過3ml/h。
4.2 壽命長
在機械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面。因為密封端面的磨損量在正常工作條件下不大，一般可以連續使用1-2年，個別場合也有用到5-10年。
4.3 運轉中不用調整
由于機械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運轉中自動保持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調整壓緊。
5 機械密封沖洗
沖洗的目的在于防止雜質集積，防止氣囊形成，保持和改善潤滑等，當沖洗液溫度較低時，兼有冷卻作用。沖洗的方式主要有兩種:一是內沖洗;二是外沖洗。而內沖洗又分為正沖洗，反沖洗，全沖洗。外沖洗液壓力應比被密封介質大0.05-0.1MPa，適用于介質為高溫或固體顆粒的場合。沖洗液的流量應保證帶走熱量，還需滿足沖洗的需要，不會產生對密封件的沖蝕。為此，需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，一般清潔沖洗液的流速應小于5m/s，含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，一般取0.05-0.1MPa，對雙端面機械密封可取0.1-0.2MPa。
6 機械密封安裝、使用技術要領
設備轉軸的徑向跳動應≤0.04毫米，軸向竄動量不允許大于0.1毫米;設備的密封部位在安裝時應保持清潔，密封零件應進行清洗，密封端面完好無損，防止雜質和灰塵帶入密封部位;在安裝過程中嚴禁碰擊、敲打，以免使機械密封摩擦付破損而密封失效;安裝時在與密封相接觸的表面應涂一層清潔的機械油，以便能順利安裝;安裝靜環壓蓋時，擰緊螺絲必須受力均勻，保證靜環端面與軸心線的垂直要求;安裝后用手推動動環，能使動環在軸上靈活移動，并有一定彈性;安裝后用手盤動轉軸、轉軸應無輕重感覺;設備在運轉前必須充滿介質，以防止干摩擦而使密封失效;安裝時在與密封相接觸的表面應涂一層清潔的機械油，要特別注意機械油的選擇對于不同的輔助密封材質，避免造成O型圈侵油膨脹或加速老化，造成密封提前失效。
7 結束語
在設計機械密封時，不僅要考慮機械密封本身的影響因素，而且要考慮機械密封外部的各種影響因素。在實際工作中要注意以下幾個問題:分析機械密封的質量事故的原因時，要充分考慮到機械的其它零部件對機械密封運行的影響，采取措施不斷提高機械密封的效果。對重要機械產品的機械密封，要增加保護措施，提高密封質量，減少密封質量事故。在機械產品的設計過程中要充分考慮到機械其它零部件以及現場其它設備對機械密封的使用效果的影響，為機械密封創造一個良好的外部條件。增加對機械密封輔助系統的重要作用的認識，盡可能配備完善的機械密封輔助系統，以提高密封效果。
（來源：中國新技術新產品）
