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機(jī)泵裝置中，機(jī)動(dòng)設(shè)備的機(jī)械密封約占整個(gè)動(dòng)密封數(shù)量的80%-85%。而在機(jī)泵故障中，機(jī)械密封的故障大約占整個(gè)維修工作量的一半。可見機(jī)械密封在機(jī)泵維修中所占的位置。由于機(jī)泵所輸送的介質(zhì)千差萬別，工藝條件各不相同，所以了解這些情況對(duì)機(jī)封的選擇及維護(hù)很重要。結(jié)合多年來在機(jī)封選擇和維修中的經(jīng)驗(yàn)，介紹幾種特殊工況下機(jī)械密封的工作特點(diǎn)和注意事項(xiàng)。
一、高溫下的機(jī)械密封
一般情況下，介質(zhì)的溫度超過120℃即認(rèn)為是高溫密封。此時(shí)機(jī)械密封存在的主要問題有：(1)由于摩擦副端面溫度升高，導(dǎo)致密封端面間液膜氣化，摩擦系數(shù)隨之增大，磨損加劇，溫升加大，密封環(huán)產(chǎn)生熱變形或熱裂而失效；(2)機(jī)械密封中的輔助密封圈材料一般為橡膠或聚四氟乙烯，由于長時(shí)間在高溫環(huán)境中，容易老化和分解，造成密封失效；(3)高溫下機(jī)械密封的彈性元件易產(chǎn)生疲勞和蠕變，使密封失效；(4)高溫會(huì)加劇金屬材料的腐蝕，縮短機(jī)封的使用壽命。
為保證機(jī)械密封在高溫環(huán)境下正常工作，可以采取如下措施。
1．給機(jī)封增加冷卻沖洗裝置。
2．選擇耐高溫的材料，根據(jù)不同的工作溫度選用不同的材料。
丁腈橡膠溫度上限為80℃，硅橡膠和氟橡膠為200℃，聚四氟乙烯為250℃。另外，機(jī)械密封中的非金屬摩擦副多采用石墨浸漬材料制成，所以也要根據(jù)不同的工作溫度選用不同種類的浸漬石墨。一般浸巴氏合金石墨適用溫度范圍小于150℃，浸樹脂石墨適用溫度范圍為170~200℃，浸銅、鋁、鉛的石墨可在小于400℃的工作條件下使用。動(dòng)環(huán)組件應(yīng)盡可能選用膨脹系數(shù)相近的材料，以防止高溫下動(dòng)環(huán)和動(dòng)環(huán)座的連接松動(dòng)。
3．選擇金屬波紋管機(jī)械密封。
金屬波紋管密封近年來在高溫密封中使用很多，并且取得了很好的效果。在該種機(jī)封中，金屬波紋管取代了普通機(jī)封中的彈簧，省去了動(dòng)環(huán)輔助密封圈，不需要克服動(dòng)環(huán)補(bǔ)償時(shí)與轉(zhuǎn)軸的摩擦和磨損，因此在高溫下使用，一般都能取得不錯(cuò)的效果。
二、低溫下的機(jī)械密封
在煉油化工裝置中，低溫輸送的介質(zhì)一般都具有豁度小、潤滑性差、容易氣化的特點(diǎn)，而且介質(zhì)在氣化時(shí)大量吸熱，使周圍溫度急劇下降，造成空氣中水氣的凝結(jié)，導(dǎo)致端面及其周圍結(jié)冰，使端面貼合不嚴(yán)引起泄漏。同時(shí)，因潤滑性差，端面摩擦產(chǎn)生的熱量較多，若不能及時(shí)轉(zhuǎn)移，必然會(huì)加劇端面處的氣化，造成惡性循環(huán)，加速密封面的早期失效。另外，低溫密封的輔助密封圈在低溫下發(fā)硬失彈也容易導(dǎo)致泄漏。
對(duì)低溫密封，除了選擇合適的輔助密封圈材質(zhì)外，還要注意以下幾點(diǎn)。
1．改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)及正確選擇摩擦副材料。實(shí)踐證明，在靜環(huán)表面開圓弧形凹槽可形成流體動(dòng)力密封，增加流體膜承載能力，改善端面潤滑條件，有效延長機(jī)封工作壽命。在端面配對(duì)方面，碳化鎢一M106K石墨組對(duì)（即動(dòng)、靜環(huán)材料）一般要優(yōu)于其他材料，因?yàn)槠錆櫥院茫Σ料禂?shù)低，導(dǎo)熱性也比較好。
2．選擇合適的端面比壓。低溫密封由于端面潤滑性差，容易發(fā)生氣化、結(jié)冰，所以在保證密封可靠的前提下，端面比壓可適當(dāng)減小。一般機(jī)械密封比壓值推薦為0.29-0.59MPa，對(duì)低溫密封可取其下限。對(duì)金屬波紋管機(jī)械密封，由于動(dòng)環(huán)沒有軸向摩擦，端面比壓甚至可以低于下限。
3．工藝上采取相應(yīng)措施。如盡量減少介質(zhì)的含水量；保持密封腔壓力的相對(duì)穩(wěn)定；盡可能配備沖洗冷卻裝置；在設(shè)備啟動(dòng)前，對(duì)機(jī)封部位進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱等。
三、高速下的機(jī)械密封
當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3000r/min或者摩擦副的線速度超過25m/s時(shí)，一般可視為高速密封。在高速條件下，摩擦端面由于線速度很大，摩擦產(chǎn)生的熱量也多，此時(shí)端面液膜不容易形成，磨損加劇。高速還容易引起旋轉(zhuǎn)環(huán)的振動(dòng)，并受到較大的離心力作用，不利于端面間液膜的形成和維持。所以在高速情況下，為了減小離心力和振動(dòng)的影響，應(yīng)盡量減少轉(zhuǎn)動(dòng)部件，采用彈簧靜止式結(jié)構(gòu)。也可以加強(qiáng)對(duì)摩擦副端面的冷卻和潤滑。另外還可選用[PV]值高的摩擦副材料，減小端面的接觸寬度，或者采用受控膜機(jī)械密封。近年來，一種名為差動(dòng)環(huán)式的機(jī)械密封也在高速設(shè)備中得到應(yīng)用。由于在原先的動(dòng)靜環(huán)中間加入了一個(gè)差動(dòng)環(huán)，可以將摩擦副線速度降低一半，取得了不錯(cuò)的效果。
四、高壓下的機(jī)械密封
機(jī)械密封工作壓力超過4-5MPa即屬于高壓密封范圍。在高壓條件下，由于密封端面比壓值過大，引起端面發(fā)熱，從而破壞液膜的形成，造成異常磨損。高壓還可能使摩擦副產(chǎn)生變形和破裂。高壓密封一般均采用平衡型結(jié)構(gòu)，以使端面比壓處于一個(gè)合適的范圍。但考慮到密封的可靠性，平衡系數(shù)不可能無限制增大，因而有些情況盡管已經(jīng)采用了平衡型結(jié)構(gòu)，但端面比壓仍可能較大。(公眾號(hào):泵管家)單靠平衡型結(jié)構(gòu)很難滿足使用要求，這種情況可采用多端面機(jī)封或者受控膜機(jī)械密封。
五、腐蝕環(huán)境下的機(jī)械密封
有些機(jī)械密封處于腐蝕環(huán)境中，這時(shí)不僅要注意機(jī)封中每個(gè)零件本身的耐腐蝕性，還要防止它們組合在一起時(shí)可能產(chǎn)生的電耦現(xiàn)象。腐蝕環(huán)境中的機(jī)械密封，在選用時(shí)要注意采用耐腐蝕的材料。此外，可以采用外裝式機(jī)械密封。對(duì)腐蝕性特強(qiáng)容易引起安全事故的，可以采用雙端面密封，引入隔離液加以保護(hù)。
六、顆粒介質(zhì)下的機(jī)械密封
有些機(jī)封可能在含固體顆粒的介質(zhì)中工作，當(dāng)固體顆粒進(jìn)入摩擦端面時(shí)，容易產(chǎn)生劇烈磨損，導(dǎo)致密封端面很快失效。另外固體顆粒可能會(huì)使動(dòng)環(huán)密封圈無法沿軸向移動(dòng)，從而使動(dòng)環(huán)無法浮動(dòng)，失去補(bǔ)償性，導(dǎo)致機(jī)封失效。對(duì)此比較有效的做法是加入一個(gè)外沖洗裝置。由于引入密封腔的沖洗液壓力高于密封腔介質(zhì)壓力，因此可以有效阻止顆粒介質(zhì)進(jìn)入密封腔。此外可以采用雙端面機(jī)械密封，在密封腔中間加入封液。還可以采用外裝式機(jī)械密封。
目前，機(jī)械密封在煉油化工裝置的機(jī)動(dòng)設(shè)備中已經(jīng)成為一種最普遍的密封形式，而且，隨著其設(shè)計(jì)制造水平的不斷提高以及新材料的不斷開發(fā)，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。
