时间：2023-09-20 16:58:34
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械密封结构原理，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】化工;机械密封;泄漏
机械密封具有效果明显、可靠性高、互换性好、结构简单而紧凑、检修方便等特点，广泛应用于石油、化工企业各类机械设备中。随着化工企业流程化、自动化水平的不断提高，其配套机械设备的平稳运行显得尤为重要，密封效果的好坏早已成为评定机械产品质量和稳定性的一个重要指标。
1 机械密封
机械密封是依靠固定在泵轴上动环和固定在泵壳上的静环，动、静环的两端面间在弹簧力作用下保持紧密贴合接触，达到阻漏的密封装置。在化工行业多用于各类泵、釜、压缩机等设备的旋轴的端面密封。
1.1 机械密封结构组成
机械密封的基本元件是由静止环、动环、压盖、推环、弹簧、定位环、轴套、动环的密封、静止环的密封等组成。一般机械密封的静止环用软材，动环用硬材。由单端面机械密封和双端面机械密封两种结构形式组成。
1.2 机械密封工作原理
机械密封工作原理是补偿弹性构件和流体压力的作用下，在平面摩擦副的贴合面之间形成一层液体薄膜，配以辅助密封达到端面密封的效果。这层液体薄膜起到了平衡动压力、静压力和的作用。图1是机械密封的示意图。
图1 机械密封结构原理
1.3 机械密封特点
机械密封具有以下工作特点：
（1）基本可以达到完全密封，在输送有爆炸危险或有毒介质时能保证安全;
（2）机械损失少，大幅提高输送效率;
（3）安装面确定后，端面密封装置能自动调整，对操作与维护的要求不高;
（4）结构紧凑，外观尺寸小，特别是在高压下更为明显;
（5）加工制造精度高，结构复杂。
2 机械密封的泄漏
正常工况条件下，化工机械密封的泄漏量控制在0.2～3mL/min之间。但是大多数化工机械密封由于各种突况、人为误操作、冲洗失效、工况改变等不可克服的原因，都可能造成泄漏改变。
2.1 泄漏点的观察位置
一般出现泄露点位置是：
（1）静密封环端面（密封圈）的泄露;
（2）平面摩擦副贴合面的泄露;
（3）动环与轴套密封的泄露;
（4）压盖与壳体接触面密封圈的泄露;
（5）轴套密封圈的泄露。
2.2 泄漏量的计量判断
一般来说，泄漏量的大小与机械密封的轴径成正比。转轴直径dQ50mm时，，漏泄量tQ3mL/min;转轴直径50QdQ120mm，泄漏量tQ6mL/min。但是在实际工作中，毫升比较抽象，难以计量和判断的，取而代之的是“每分钟多少滴”，直观实用。例如：化工器械密封轴径对化工输油泵机械密封，要求高压端泄漏量tQ30滴/min。
2.3 密封端面对泄漏量的影响
密封端面直接影响着泄漏量的多少，因此其加工工艺、加工质量要求非常高。安装机械密封时务必严格控制压紧力，保证其单位面积上受到的压紧力在规定的范围内。如若压紧力过大，泄漏量减少，导致系统故障，加剧端面磨损;反之则泄漏量加大。
3 机械密封失效的原因分析
3.1 机械原因导致密封失效
（1）关键件的机加工精度不合格;
（2）泵转轴与轴套之间的配合（过盈或间隙）精度不合格;
（3）安装联轴器时不同心、平行度较差，导致径向力过大;
（4）轴向力偏大;
（5）其它零部件安装不合格并产生振动，增大机械密封的振动。
3.2 机械密封磨损超差
（1）密封圈受力不均、厚薄不匀、老化变型或压偏;
（2）机械密封压盖位置偏移，静环密封圈损坏;
（3）机械密封弹簧压力不匀;
（4）机械密封摩擦副端面损伤;
（5）机械密封固定螺钉折弯变形或断裂失效。
3.3 其它原因
（1）泵入口堵塞，有抽空现象、汽蚀现象严重、泵体长时间憋压，导致密封破坏;
（2）冷却水、油由于冷却系统管路堵塞、损坏等故障，致使供应不足或中断，从而导致密封破坏;
（3）启泵前未按照操作规程将泵体排空、盘车，导致密封破坏;
（4）密封腔内有空气，导致密封破坏;
（5）有化学腐蚀性强和颗粒介质通过吞化系统进入摩擦副，导致动、静环的密封端面损坏;
（6）人为操作不当、机械故障，其它设备（例如各种保护）误动作，导致密封破坏;
（7）突然停电或外因停机，导致密封破坏。
4 优化运行提高密封效果
4.1 连续平稳运行
正确的操作和日常维护保证化工企业设备在高（下转第114页）（上接第59页）效工作区的平稳运行，为机械密封提供了良好运行的环境，做到“一点一案、一点一记”，从而最大限度延长密封寿命。
4.2 观察泄漏量
定时、定人有针对性的检查化工机械密封泄漏，并认真记录并分析冲洗介质的压力、流量、温度等技术参数，通过日常积累提高员工的故障预判能力。
4.3 技术革新
根据设计要求及时新旧密封更新，利用密封拆修的时机组织技术人员学习，积极改良设备优化运行，不断技术革新。
4.4 计划检修
充分利用每年两次的春、秋检，保证机械密封在检修间隔期内的正常运行， 实现密封严密可靠，从而能保证化工机械的寿命。
5 结论
随着机械产品技术水平的不断提高，许多新技术、新观念广泛应用于化工企业的新型设备之中，机械密封仍然起到举足轻重的作用，这就要求广大的企业员工在日常的使用、维护工作中多检查、多留意、多分析，本文总结化工机械密封常见故障原因分析和处理措施，同时通过员工技术培训、经验交流、实操演练最大限度的保证企业设备安全、平稳、经济、高效的运行。
【参考文献】
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[2]孙见君.机械密封泄漏预测理论及其应用[M].中国电力出版社，1997.
[3]赵林源.机械密封实用方法与技巧[M].石油工业出版社，2009.
关键词：管道排污泵;机械密封;安装方法;
1.机械密封的结构特点和工作原理
机械密封是一种广泛应用于旋转轴上的动密封组合件，又称端面密封。它由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，通过流体压力和补偿机构弹力（或磁力）作用于此端面，再加上辅助密封的配合使接合面贴合并保持相对滑动，从而达到防止流体泄漏的目的。机械密封的工作原理是旋转环与轴间形成极薄的液态膜，阻止介质泄漏，又使端面得以，由此达到密封的效果。机械密封常用于泵、压缩机、反应搅拌釜等旋转式机械。
2. 管道排污泵的密封方式及优点
泵的密封方式常见的有机械密封和软填料密封。机械密封与软填料密封相比具有密封可靠、使用寿命长、摩擦功率消耗小、维修周期长、抗震性好等优点。但是，与软填料密封相比，机械密封的结构复杂，零部件加工要求高，相应成本也高，对施工人员的技术水平要求也很高。
3.影响泵用机械密封使用效果的因素
3.1机械密封的选型
对型号的选择是泵安全运行的必要条件。机械密封选型是根据使用时介质的工作压力、温度、轴径、介质特性、安装环境、答应泄漏量等参数加以选择的。
3.2机械密封的安装
3.2.1安装过程应始终保持清洁，特别是旋转环和静止环密封面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘，决不答应用不清洁的布擦拭密封面。
可在消息密封环的摩擦面涂以少量机械油，以防在空试水泵时导致密封面损坏。
3.2.2拒接用铁质工具用力敲击密封件，旋转部件应小心地套在轴上，并分几次均匀地拧紧固定螺栓，最后要用手向后压迫旋转环，观察旋转环是否能轴向浮动。特别需留意的是动环与静环间的正向压力调节到以恰好能封住工作介质为宜，防止机械密封在短时间内发生损坏现象。
3.2.3安装时机械密封的密封面要有一定的比压（0.4～0.6MPa），从而达到密封的目的，两端面的紧密程度可通过弹簧调节。为了保证一定的比压，要求泵轴的轴向窜动量≤0.5mm。
3.2.4泵轴的绕度不能过大，过大会造成机械密封的2个密封端面之间受力不均匀，液态膜无法形成，丧失密封作用。
3.2.5由于振动会对泵的机械密封产生破坏作用，故要对泵座采取适当的减震措施。
4.管道排污泵密封解决措施
4.1管道排污泵保证零部件的质量
管道排污泵机械密封在出厂前须做密封性能试验，并有合格证。机械密封经过长期运行，使动环与静环磨损，弹簧与轴锈蚀磨损、密封胶圈磨损、老化、变形等，都能造成密封的泄漏，必须修理或更换新件。动环和静环的密封面不得有裂纹、掉角、划痕、麻点、飞边及偏磨，划痕、麻点不能贯穿整个密封端面。若使用修复的动静环时，动静环的凸台高度之和不少于3mm，且单个凸台高度不少于lmm，以免影响散热。动环安装后应保证能在轴上灵活移动，将动环压向弹簧后应能自由弹回，保持动静环的垂直和平行。动静环密封胶圈的规格符合图纸规定，表面不得有残损、厚薄不均及软硬不均现象，在大修时要更换密封胶圈。弹簧的外表面清洁无锈蚀，在使用前应进行长度外形检测和压力试验，每组弹簧在规定压缩长度的压力差应符合要求，每组弹簧在规定压缩长度的压力误差符合要求。自由长度允差不超过0.5mm，压缩量不能过大过小，要求误差±2mm。密封套与泵轴不能采用同一种材质，两侧端面的平行度允差及与轴线的不垂直度允差不超过±0.20mm。
4.2管道排污泵保证有充分的冷却
调整冷却管路调节阀开度，要确保机械密封冷却管路通畅，罐水泵时打开排空阀要排净密封腔内气体。
4.3管道排污泵保证施工的精度
拆装水泵机械密封时，动静环要清洗干净，并在摩擦副面上涂抹少量清洁的油，要兼顾高压端和低压端，严禁磕碰。静环压盖安装时用力要均匀，防止压偏，用塞尺检查，上下左右位置的偏差不大于0.05mm;检查压盖与轴外径的配合间隙，四周要均匀，各点允许偏差不大于0.1ram。安装水泵机械密封部位的泵轴的径向跳动不超过0.05mm。把和泵盖和密封端盖之前，要认真复核机械密封的安装定位尺寸，如果定位尺寸不符合要求，可在轴套间用钢垫调整，但钢垫精度要高，厚度差不超过0.01mm。测量机械密封套的径向跳动和密封面的端面跳动符合要求。
对运行过的机械密封，凡有压盖松动使密封面发生移动的情况，则动静环零件必须更换，绝对不应重新上紧继续使用。因为在这样松动后，摩擦副原来的运动轨迹就会发生变动，接触面的密封性能就很容易遭到破坏。
4.3管道排污泵调整端面的比压
端面比压是关系到密封性能及使用寿命的重要参数，它与密封的结构型式、弹簧大小和介质压力有关。端面比压过大将加坏摩擦副;比压过小则易泄漏，往往由厂家给定一个适合的范围，端面比压一般取3～6kg/cm2。调整比压就是调整弹簧的压缩尺寸。弹簧的自由长度用A表示，弹簧刚度产生单位压缩量时承受的载荷为k，规定要求的比压用P表示，这些都是厂家给定的参数。压缩后尺寸用B表示，则P/A-13=k，得出13=A-e/k，这就是弹簧安装压缩后的尺寸。如果弹簧安装后的尺寸过大，可在弹簧座与弹簧之间增加调整垫的厚度，尺寸过小则减少调整的厚度，调整垫的厚度用千分尺量取。
5. 管道排污泵机械密封日常维修保养
5.1启动前应对机械密封进行全面检查，并检查附属装置和管线是否按要求安装到位。
5.2启动前要进行静压试验，一般静压压力为0.2～0.3MPa。静压试验合格，将密封腔内布满液体，手动盘车。
5.3对于利用泵外封油系统的机械密封应先启动封油系统，停车后最后停止封油系统。泵启动后若有稍微泄漏现象，应观察一段时间。如连续运行4h后泄漏仍不减少，则需停泵检查。
5.4做好日常的巡回检查和记录，特别需留意的是泵的操纵压力应平稳，压力波动建议≯0.1Mpa。
5.5密封情况的检查，当其泄漏超过标准时，重质油≯5滴/min，轻质油≯10滴/min，如观察2天后仍无好转迹象，则应停泵检查密封装置。
5.6应留意做好运行中的、冲洗、冷却等措施。
参考文献：
[1]范铁海，李景全.浅谈机械密封泄漏的原因及防治措施[J].黑龙江科技信息，2009（24）
[2]王永.泵用机械密封泄漏原因的判断与分析[J].啤酒科技.2011（03）
[3] 吴民.预防机械密封泄漏的有效措施[J].石油和化工设备. 2012（11）
关键词：巴西坎迪奥塔1×350MW火电机组、60HZ、凝结水泵机械密封、泄漏
Abstract: Brazil Candy Horta 1 ×350MW units in condensate system design with 2 sets of condensate pump, during the normal operation of a preparation; according to the Shanghai KSB manufacturers design, condensate pump cylinder body is a vacuum sealing water system design, use of mechanical seal.
Key words: Brazil Candy Horta is 1 × 350MW, 60HZ thermal power unit, condensate pump, mechanical seal leakage
中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：
机械密封各个接口功能说明如下表：
凝结水泵机械密封密封水系统主要流程特点及密封原理介绍：
1、为保证可靠性，进水管路有两路水源，一路是凝泵出口母管，另一路是电厂的除盐水母管。
2、除盐水母管供水管路有两个作用，一是机组启动前，由于凝结水母管没有压力，用除盐水母管水源作为启动用水；二是当机组运行中，运行凝泵如果突然跳闸，凝结水母管压力下跌，此时作为事故用水3、根据厂家设计，进水压力控制在0.2-0.6MPa左右，压力过高，超过机械密封的密封压力，将使轴封向外漏水。
凝结水泵机械密封现状：1、机组运行1年后，密封水进、出水压力表现异常，具体运行情况如下： 1.1、机组真空建立前，通过调节机械密封入口密封水手动阀门，可以保证运行凝泵和备用凝泵的密封水入口压力在0.2-0.6MPa、出口压力在0.1-0.15MPa，符合设计要求； 1.2、机组真空建立后，运行、备用凝泵机械密封的密封水进出口压力降至0，经多次调节密封水进出口阀门，运行凝泵机械密封进口密封式压力最高达到0.1MPa，而其余压力均为0，不符合设计要求的压力范围。
1.3、运行凝泵机械密封漏水、备用凝泵机械密封漏气，严重影响凝结水泵的出口流量和压力参数，造成泵出力不足，尤其是当负荷在280MW以上时，不得不投运2台凝泵。
密封水压力表现异常原因分析因Q、D接口仅作为冲洗水，与密封水压力没有直接关系，在此撇开不予讨论。密封水进出水压力低甚至降至0，必然是因为在机组真空建立后、密封水需求流量增大造成的。为此需要分析，厂家设计的密封水系统还有哪些可改进之处，可以降低密封水的需求量，以达到机械密封处密封水进出口压力平衡。
通过查看凝泵图纸，并对照现场情况，发现机械密封上除了Q、D、F、F'的四个接口，还有两个不明接口与水泵本体有连接，
结构多出的两个接口，根据凝结水泵总图和工作原理分析，A接口使密封水腔室与次级叶轮出口相连，作用是使运行泵的轴封水由自身供给；B接口使环形回水腔室与泵入口侧（即负压区）相连。
改进方案1、接口B口径为DN32，虽然在轴封盒内部有回水节流孔（如上图所示），但经计算，节流孔总通流面积已大于DN25的通流面积，无法起到节流作用。如在接口B处进一步节流，将明显降低密封水用量。节流方式通常有加装节流孔板，或加装阀门调节，为方便起见，此处加装一只DN32球阀进行节流。2、根据实际运行密封水压力低甚至降为零的情况，密封水从接口B流入泵内，通流量已经偏大，因此，再设置接口F'作为第二个密封水回水通道显得多余，因此取消F'出水管路，将此接口仅作为测量轴封盒腔室内部压力检测用。此出水管路取消，进一步简化了密封出水回收问题。3、接口A是泵利用自身次级叶轮出口供密封水，由于密封水从接口B处流入泵内的流量已考虑用阀门进行有效控制，因此密封水供水量不足已不再成为问题，为便于密封水压力调节，此管路也加装DN32球阀以方便平衡。
为方便监视机械密封进出口密封水管道压力，需在密封水进、出口管道阀门后分别安装量程为1MPa和0.6MPa的压力表。
运行情况及调整要点 密封水系统管道改进后，密封压力能满足厂家技术要求，消除了运行隐患。根据运行调整过程中的压力变化特征，提出如下运行调整原则和重点注意事项： 1、运行凝泵应以监视控制密封水出口压力为主，控制在0.1-0.15MPa范围内。接口F'是距离密封水进水接口F最远的部位，因此也是轴封盒腔室内部压力最低的部位。此处压力控制在0.1MPa以上，则表明轴封盒腔室各处均已处于正压，这样，就杜绝了凝泵轴封处向内漏空气的可能。 2、运行凝泵机械密封入口密封压力仅作为观察参考，注意不宜过高即可，控制在0.2-0.6MPa。密封水进口压力越高，机械密封向外漏水的可能性就越大。此外，压力过高还会使泵组向下的轴向推力增大，导致泵组推力瓦温升高。 3、运行凝泵停止转备用后，如局部结构示意图所示，节流套处由正压变为负压，注入轴封盒的密封水将有一部分从节流套与节流衬套间隙处进入泵内，使密封水供水量减少、泄水量增大，因此密封水出口压力会从0.1-0.2MPa变为负压。为了使轴封盒腔室压力恢复到正压，势必要开大密封水进口阀门，或关小B接口至泵入口管道阀门，由于阀门开度发生变化，这样到下一次泵启动时，密封水进口管道压力会超出设计值0.2-0.6MPa较多，有可能会超过压力表量程导致压力表损坏。因此运行泵转备用后，不必使密封水出口压力恢复到设计值0.1-0.15MPa，根据经验，恢复到0-0.1MPa即可（具体视机械密封的严密程度而定，以保证凝水溶氧不明显上升为原则）。 4、运行人员对机械密封冲洗水路（接口Q、D）的结构原理要有正确认识，不要将其视为“第二道水封”，其水封作用是很有限的，应对冲洗水量加以控制，有少量滴出即可，开大了会造成无谓的浪费。
结论
对于抽送负压介质的泵，只要相关密封水辅助系统配置得当，采用机械密封完全可以保证密封可靠，避免影响溶氧指标和泵出力不足的隐患。
凝结水泵轴封结构优化设计、采用机械密封的做法是成功的，解决了凝结水泵轴封泄漏问题，提高了设备可靠性和技术装备水平。
与填料密封结构的凝泵相比，机械密封结构的凝泵几乎没有除盐水损耗，按每台泵减小轴封泄漏量1.25t/h、年运行8000小时计算，每台机组年节约除盐水量20000吨，十分可观。另外机械密封的磨擦阻力损失比填料密封小得多，使得泵浦效率得到一定的提高，因此也有一定的节电效应。
参考文献
（1）巴西项目凝结水泵设备供货合同CCE-013
[关键词]TRIZ理论；釜用机械密封；弹簧
Abstract： The good seal performance of mechanical seal is very important on the reaction kettle. But the seal parts were always failure due to wear. The study is to investigate spring modified options with TRIZ to improve the sealing performance and life time.
keywords： TRIZ， reaction kettle mechanical seal， spring
1、引言
机械密封是一种功耗小、泄漏率低、密封性能可靠、使用寿命长的旋转轴密封，在泵、反应釜、压缩机上已经大量使用[1]。反应釜是综合反应容器，反应过程中产生的压力对容器的密封要求极高。在一般中等压力或抽真空情况都会使用机械密封，而机械密封的密封效果将直接影响反应釜的运行，严重的将造成停产、安全事故及环境污染等不可估量的损失[2]。
本文利用TRIZ理论分析问题和解决问题的方法对机械密封中的弹簧断裂失效进行了分析及改进，旨在有效改善反应釜的密封性能，提高其可靠性和使用寿命。
2、TRIZ理论简介
TRIZ理论是发明问题解决理论的俄文缩写，是前苏联发明家根里奇・阿奇舒勒（G.S.Altshuler）及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1500人/年的时间，在分析研究世界各国250万件专利的基础上所提出的一套发现问题解决问题的发明理论。在TRIZ中提出了用39个通用工程参数来描述技术矛盾，用40条发明创造原理来指导设计人员的创新设计，并且建立了对应关系，即矛盾矩阵。
应用矛盾矩阵解决实际问题时，须将设计中的特定问题预先处理，即用TRIZ的39个工程参数描述矛盾，并且要对使用矛盾矩阵得到的原理解进行后处理，即把原理解转化为领域解，以得到需要的特定解。
3、基于TRIZ的设计过程
3.1问题描述
搪瓷釜由釜体和搅拌系统组成，釜体和搅拌系统之间由机械密封进行密封。机械密封由紧固螺丝在压盖作用下压紧弹簧座，弹簧座固定弹簧，弹簧压紧动环，动环压紧静环起到密封的作用[3]。由于搪瓷釜搅拌系统没有固定支撑，在启动和搅拌过程中压盖和弹簧座存在扭动，晃动大，容易造成弹簧断裂，从而造成了泄漏。
3.2确定技术参数
存在的问题是：弹簧在工作中受到了额外大的扭转力发生了断裂损坏。如果在搅拌系统中增加固定支撑，使得搅拌轴晃动减少，从而可以改善弹簧的受力状况，减少弹簧的断裂几率。可是增加固定支撑会增加系统的复杂性。故选择“参数10-力”作为改善的参数，“参数36-系统的复杂性”作为恶化参数。
3.3查找矛盾矩阵
与发明原理序号对应的是：10预先作用原理，18机械振动原理，26复制原理，35物理或化学参数改变原理。
3.4发明原理分析
原理10为预先作用。此原理体现在二个方面：（1）预先对物体（全部或部分）施加必要的改变；（2）预先安置物体，使其在最方便的位置发挥作用而不浪费运送的时间。根据此原理，可能采用的方法有：在压盖和动环之间安装定位销，阻止压盖和动环之间发生扭动。
原理18为机械振动原理。此原理体现在五个方面：（1）使物体处于振动状态；（2）如果已处于振动状态，提高振动频率；（3）利用共振现象；（4）用压电振动代替机械振动；（5）使用超声波和电磁场振动耦合。根据此原理，可能采用的方法有：采用磁力密封代替机械密封。
原理26为复制原理。此原理体现在三个方面：（1）用简化的廉价复制品代替；（2）用光学复制品（图像）代替实物或实物系统；（3）如果已使用可见光拷贝，用红外线或紫外线代替。此原理对问题的解决贡献有限。
原理35为物理或化学参数改变。此原理体现在改变物体的物理或化学状态，如聚集态、浓度、密度、柔性和温度等。根据此原理，可能采用的方法有：采用刚度更好的弹簧。
4、基于TRIZ的设计方案完善
综合以上分析，形成了3个方案。
方案1：在压盖和动环之间预先安装定位销，使得连接的弹簧不易发生扭动。该方案简单易行，单独实施后，弹簧的寿命增加了近3倍。但是搅拌时物料除了作水平回转流动，还产生上下方向的循环流动，使得搅拌轴有径向摆动和轴向窜动，在这种工况的持续作用下还是不能保证弹簧的较长寿命。
方案2：采用磁力密封。该方案能进一步提升密封效果，免去弹簧断裂的几率，只是成本会稍微增加。
磁力密封技术是指初始闭合力来自磁性力，利用磁体能够吸引铁磁性物质的性质或者相同磁性之间的排斥力，通过轴向的补偿，使密封端面紧密贴合，来达到密封目的。它延用机械密封的工作模式，采用全新的浮动式设计理念，使密封结构更简单，功能更完善，有较好的密封效果，较长的使用寿命，基本不会损坏旋转轴外表面。对旋转轴在工作工程中产生的振动、偏摆、偏斜等不敏感，密封效果不会受到明显的影响。节省能耗同时又能保证设备的安全运行，适用于多种工况条件[4]。
图1所示为一种典型的磁力密封装置结构图，图2是磁力密封的实物图。其主要由静环、动环和密封圈组成。其中，静环为磁性材料，由高剩磁铝镍合金材料制成，其表面光滑，具有良好的热稳定性，且耐磨性好；动环为石墨，耐磨性和性能好，镶嵌在磁性金属材料的动环座里；O型圈对径向配合进行密封，防止泄漏[5]。
方案3：采用刚度更好的弹簧。可选的有蝶形弹簧，斜圈弹簧等。
蝶形弹簧简称碟簧，它是一种由钢板冲压成碟形的薄板弹簧，体积小、承载能力大、加压均匀、缓冲和减震能力强。采用不同的组合（叠合或对合）可以得到不同刚度的变性特性曲线，最显著的优点是能在很小的变形条件下，承受范围变化很大的载荷，广泛应用于钻机、模具、液压件、制动器及军工中[6]。
此处可采用稍作改进的对合组合碟簧，见图3，即在一对蝶形弹簧之间加一垫片，将一对蝶形弹簧隔开，蝶形弹簧的锐角作用在垫片的平面上，与垫片平面全部接触，克服了蝶形弹簧失稳、扭曲变形的状态，提高了蝶形弹簧的强度。
斜圈弹簧，该弹簧的横截面为椭圆，受压时斜圈弹簧短轴方向受压。斜圈弹簧沿轴向绕制时上升和下降两个过程交替进行，同时具有正圈弹簧的升角和渐变的倾角，这种结构类型使斜圈弹簧具有优良的连接特性和力学性能。在饶性偏差较大的情况下，斜圈弹簧仍能保持恒定的力，该特性能够减小弹簧的变形量，并能最大程度的补偿表面不平及公差的影响。此外，斜圈弹簧能够承受一定的压缩变形，能够在震动、冲击等恶劣工作环境下正常运作。目前主要用于电力连接件和高温动密封件上[7]。
斜圈弹簧根据压缩变形方向可分为径向和轴向，此处作为密封件可以选用轴向斜圈弹簧，见图4。斜圈弹簧在压缩的过程中，每个线圈的受力和变形几乎都是独立的，可以很好地适应压缩面间的平整度误差，如图5所示。
为了使斜圈弹簧机械获得较好的密封性能和较长的使用寿命，要选择合适的斜圈弹簧的压缩量，保证斜圈弹簧始终处于 10%～35%的压缩位置。由于受到轴向力平衡的影响，斜圈弹簧也在不断变化，因此，在设计斜圈弹簧机械密封时，应高度重视介质压力对端面比压的影响。
5、结束语
TRIZ理论在解决实际工程问题上具有不可替代的优势。它不但能够帮助我们系统地分析问题的情境，快速地发现问题的本质和矛盾所在，而且它能够帮助我们打破思维定势，以一个全新的视角看待问题，促进产品的创新设计，提高产品在市场上的竞争力。
参考文献
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[7]张旭龙.斜圈弹簧在机械密封中的应用研究（硕士论文）[D].长安大学，2013
[关键词]密封技术；水泵；维修
中图分类号：TG903 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0061-01
一、机械泄漏原因分析的原则
对于每一套机械密封，无论因何失效，都应进行详细的分析研究，并做好有关的数据记录。当密封件损坏后，不能仅局限于从被损件本身查找失效原因，而应将拆卸下来的机械密封妥善地收集起来，并清洗干净，按照静止和转动两大部分分别放置。一般检查的顺序是：首先，分析受损伤的密封件对密封性能的影响，然后依次对密封环、传动件、弹性元件、辅助密封圈、紧固螺钉等的磨损痕迹进行仔细检查。对于附属件，如压盖、轴套、密封腔体以及密封系统等也应进行全面的检查。此外，还要了解泵的运行环境和工作条件，以及以往密封失效的相关记录。在此基础上进行综合分析，就可快速找出导致密封失效的根本原因。
二、机械密封的结构组成及工作原理
机械密封亦称端面密封，其至少有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及补偿机械外弹力（磁力）的作用下，加之辅助橡胶或氟塑料密封的配合，与另一端面保持紧密贴合并相对滑动，从而构成有效防止工作介质泄漏的密封结构。由于两个密封端面的紧密贴合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，造成阻力，阻止介质泄漏，又使端面得以，由此获得长期的密封效果。机械密封与软填料密封相比具有：密封可靠、使用寿命长、摩擦功率消耗小、维修周期长、抗振性好等优点。但机械密封存在结构较复杂，零部件加工制造要求高，安装与更换比较麻烦，要求操作员工有一定的技术水平，特别是当机械密封在运行中出现偶发故障时，处理比较困难。当前常见的机械密封主要由静止环、旋转环、弹性元件、紧定螺钉、辅助密封件、压盖等零配件组成。根据泵用机械密封国家标准（GB6556―86）规定，常用的有两种型式，分别是单端面机械密封和双端面机械密封，对于在机械密封中起关键作用的旋转环和静止环，由于它们是机械密封中最主要的零配件，其性能好坏直接关系到密封效果和寿命，因此，对密封环的材料、结构、形状、尺寸以及表面加工质量等都有较高的要求。
三、泄漏原因分析及判断
1.安装静试时泄漏。机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。
2.试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：（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）对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；（3）动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；（4）静环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；（5）工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；（6）设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。
3.正常运转中突然泄漏。离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。（1）抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏；（2）对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效；（3）回流量偏大，导致吸入。（4）对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面；（5）介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多；（6）环境温度急剧变化；（7）工况频繁变化或调整；（8）突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大事故或损失，须予以重视并采取有效措施。
4.周期性渗漏。周期性泄露有一下及格原因：（1）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。（2）密封面油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。（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。
5.因其他问题引起的机械密封渗漏。机械密封中还存在设计、选择、安装等不够合理的地方。（1）弹簧压缩量一定要按规定进行，不允许有过大或过小的现象，误差±2mm，压缩量过大增加端面比压，摩擦热量过多，造成密封面热变形和加速端面磨损，压缩量过小动静环端面比压不足，则不能密封。（2）安装动环密封圈的轴（或轴套）端面及安装静环密封圈的密封压盖（或壳体）的端面应倒角并修光，以免装配时碰伤动静环密封圈。（3）水泵壳体变形对机械密封影响严重。
机械密封本身是一种要求较高的精密部件，对设计、机械加工、装配质量都有很高的要求。在使用机械密封时，应分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于各种泵的技术要求和使用介质要求且有充分的条件，这样才能保证密封长期可靠地运转。因此，检修装配人员在安装使用机械密封时，应分析使用机械密封的各种因素，使机械密封适用于泵的技术要求，具备充分的条件，这样才能保证密封长期可靠地运转。机械密封的泄漏处理，须在长期巡检、维修实践基础上，对泄漏症状进行观察、分析、判断，才能得出正确结论。
参考文献
[1] 原学礼.化工机械维修管钳工艺[M].化学工业出版社，2006，4.1.
[关键词]电厂水泵 机械密封 故障原因 处理方法
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0049-01
机械密封是水泵重要的密封形式，这种密封形式具有安全可靠的优点，与传统填料密封的形式相比，机械密封出现的渗漏量比较少，而且维护的周期也比较长，机械密封也有一定的缺点，其结构比较复杂，在安装的过程中，对精度要求比较高，所以，技术人员必须严谨认真，保证安装的精准性。本文对电厂水泵机械密封常见的故障以及故障产生的原因进行了分析，还提出了处理的方法，希望对相关技术人员有所帮助，在今后的维护工作中，避免出现以换代修的维护方式，提高水泵运行的经济效益。
一、机械密封概述
机械密封也被称为端面密封，其运行的过程中，需要借助弹簧以及密封介质，密封介质产生的压力会使旋转的动环以及静环在接触的过程中，产生较大的压紧力，使这两个端面更加贴合，端面之间还需要布置一层薄膜，是为了防止两个端面在挤压的过程中出现损坏，由于密封介质的压力会产生一定阻力，这一阻力可以防止水泵中液体的泄漏，达到密封的效果。端面间的薄膜还具有的作用，其可以延长动环与静环使用的年限。机械密封的基本结构图如图1所示，其主要的密封件是静环与动环，辅助密封件是密封圈，用于压紧的部件是弹簧以及推环，传动件是弹簧座与固定螺钉。
机械密封的基本结构形式主要有3种，分别是单弹簧机械密封、多弹簧机械密封、波纹管机械密封，前两种密封形式主要是借助弹簧的工作原理，弹簧在高速状态性容易发生形变，所以，这两种机械密封需要在低速的状态下使用。波纹管机械密封最大的特点是可以在静环出现磨损后，动环可以继续向前运动，这种机械密封形式不容易受到摩阻的影响，但是波纹管机械密封出现的渗漏量比较大，具有较大的安全隐患，在发现渗漏问题后，必须立即采取措施进行维修。
二、机械密封常见的故障现象、产生的原因以及处理措施
1、故障现象
水泵机械密封常见的故障形式主要有：振动发热、杂音、周期性泄漏、经常性泄漏、严重泄漏、停用后重新开启时泄漏以及摩擦端面磨损较大等等。由于出现的故障现象比较多，所以，在处理的过程中具有一定难度，需要针对原因找出最佳的处理措施。
2、产生的原因
水泵出现振动发热的原因主要有：端面宽度较大、端面比压过大、动静环面过于粗糙、摩擦副配对不当、冷却效果较差或者效果较差。在水泵运行的过程中，密封有时会发出尖啸声，这主要是由于密封处液不足导致的。出现周期性泄漏可能是由于转子轴向窜动量过大，动环来不及补偿位移，或者转子存在周期性振动，泵本身操作不平稳，密封腔内压力不够稳定。经常性泄漏出现的原因主要是泵轴振动较大，密封定位不准，摩擦副未贴紧，摩擦表面存在损伤，摩擦面凹凸不平，弹簧力偏心或者端盖存在偏移等。出现严重泄漏主要是因为摩擦副损伤断裂、固定环出现转动、介质出现结晶现象、弹簧断开等。有时水泵停用后重新开动也会出现泄漏，这主要是因为在摩擦面产生了水垢，弹簧间存在介质结晶，动环卡住。摩擦副表面摩损过大主要是因为弹簧力过大，端面比压较大，密封介质不清洁或者弹簧压缩量过大等等。
3、处理方法
减小端面宽度、降低弹簧压力降低端面比压，提高端面光洁度、更换动静环、合理配对，加强冷却措施、改善条件，增加旁路冲洗管线；扩大管径增加流量，调整轴向窜动量，稳定泵的操作压力，排除振动，停车检修，解决轴的窜动问题，调整定位，更换或研磨摩擦面，检查或更换密封面，调整或更换弹簧，调整端盖紧固螺钉与轴垂直，检查更换动、静环，更换密封圈固定静环，检查弹簧力和止推环是否卡住，更换摩擦副，停泵检查，更换弹簧或换防转销，清洗密封件，更换弹簧，加过滤装置，调整弹簧。
三、机械密封安装拆卸应注意问题
1、安装时注意事项：
1.1机械密封产品一般附有说明书和装配图。在开始安装前要通读一遍。
1.2检查填函孔及端面是否清洁并无毛刺，除掉轴或轴套上以及键槽和螺纹上的毛刺和毛边；带伤的轴或轴套应更换。
1.3要注意避免安装中所产生的安装偏差
（1）上紧压盖应在联轴器找正后进行，螺栓应均匀上支.防止压盖端面偏斜.用塞尺检查各点，其误差不大于0.05毫米。（2）检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙（即同心度），四周要均匀.用塞尺检查各点偏差不大于0.01毫米。
1.4使用多小弹簧机械密封时，应检查各个小弹簧的长短和刚性是否相同。弹簧压缩量要按规定进行.不允许有过大或过小现象。要求误差不大于2.00毫米。过大会增加端面比压。加速速端面磨损。过小会造成比压不足而不能起到密封作用。
1.5动环安装后要保证能在轴上灵活移动，将动环压向弹簧后应能自动弹回来。
1.6调整端面比压.端面比压是关系到密封性能及使用寿命的重要参数，它与密封的结构型式、弹簧大小和介质压力有关。端面比压过大将损坏摩擦副；比压过小则易泄漏，往往由厂家给定一个适合的范围，端面比压一般取3―6kg・N/cm2。调整比压就是调整弹簧的压缩尺寸。弹簧压缩量一定要按规定进行.不允许有过大或过小现象，误差为≤±2mm。
1.7在泵组装前，应擦净密封面并涂一层油膜。为防止静电吸附棉线.用干净的手指涂油最佳。
2、拆卸时注意事项
2.1拆卸机械密封时要仔细，不允许用工具敲打密封元件，以防止密封件被损坏。
2.2如果在泵两端都用机械密封时，在装配、拆卸过程中互相照顾。防止顾此失彼。
2.3尽可能把轴上残留的渣滓清除以利于拆装，如因有污垢拆不下来时不能强行拆卸，应清洗干净后再进行拆卸。
2.4有些单位的检修维护人员在处理机械密封故障时还存在着一些误区，比如，认为弹簧压缩量越大密封效果越好。弹簧压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，瞬间烧损。过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。
四、结束语
机械密封是当今流体机械广泛采用的密封型式之一，特别在泵类机械中得到大量的应用。比较填料密封有许多优点，例如节省动力、密封可靠等，所以能用机械密封的地方应尽量采用。但当机械密封出现泄漏及其他问题时，拆装起来比填料密封麻烦得多，遇到这种情况，它不但显示不出优点，反而成了缺点。所以必须掌握机械密封相关的安装、维护知识，正确判断机械密封出现故障的原因。合理做好机械密封的安装与维修工作。延长机械密封使用寿命，减少设备运行中出现的跑、冒、滴 、漏现象，对降低消耗，提高经济效益作用是十分明显的。
参考文献
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[3] 张志民，蔡振东，于爱华，杨虹.机械密封在水泵中的使用[J]. 机械研究与应用.2003（S1）.
【关键词】反应釜；械密封；故障
反应釜是综合反应容器，反应过程中产生的压力对容器的密封要求极高。在一般中等压力或抽真空情况都会使用机械密封，所以机械密封在反应釜的应用非常广，而机械密封的密封效果将直接影响反应釜的运行，严重的将造成停产、安全事故及环境污染等不可估量的损失。本文就化工反应釜中机械密封的常见故障、及其成因和排除作如下探讨。
1.机械密封的结构
机械密封由静环、动环、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成，防转销固定在压盖上以防止静止环转动。动环和静环还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。其中动环和轴一起旋转，动环和静环紧密贴合组成密封面，以防止介质泄漏。动环依靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上，并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧元件产生压力，即使反应釜在不工作状态下，端面也保持贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时弹性元件对反应釜的振动、冲击起缓冲作用。
2.机械密封的故障及处理
2.1机械密封零件的故障及处理
反应釜在运行当中，密封端面经常会出现磨损、热裂、变形、破损等情况，螺杆、螺纹、弹簧用久了也会松弛、断裂和腐蚀。辅助密封圈也会出现裂口、扭曲和变形、破裂等情况。机械密封的零件如果出现故障，就需要更换零件或是提高零件的机械加工精度，提高机械密封本身的加工精度和反应釜其他部件的加工精度对机械密封的效果非常有利。为了提高密封效果，对动环、静环的摩擦面的光洁度和平整度要求较高。动环、静环的摩擦面的宽度不大，一般在2～7毫米之间。
2.2机械密封振动、发热故障原因及处理
反应釜运转过程中，受到机械磨损和化学侵蚀作用，会使动静环贴合端面粗糙，动静环与密封腔的间隙太小，由于振摆引起碰撞从而引起振动。有时由于密封端面(耐腐蚀和）耐温性能不良，或是冷却不足或端面在安装时夹有颗粒杂质，也会引起机械密封的振动和发热。如果动环、静环与密封腔的间隙太小，就要增大密封腔内径或减小转动外径，至少保证0.75mm的间隙。如果是摩擦副配对不当，就要更改动环、静环材料，使其耐温，耐腐蚀。这样就会减少机械密封的振动和发热。
2.3机械密封泄漏的原因及处理
2.3.1机械密封泄漏的途径
静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封是泄漏途径，它们均属静密封。旋转环与轴之间的密封也是泄漏途径之一，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上它也是一个相对的静密封。因此，这三处泄漏途径相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是最主要的泄露途径，也是机械密封装置中的主密封，它是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要想获得良好的密封性能和较长的使用期限，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。
2.3.2机械密封静压试验时泄漏原因
机械密封由于在安装时不注意，往往会将密封端面碰伤、变形、损坏，清理不净、夹有颗粒状杂质，或是由于定位螺钉松动、压盖没有压紧，机器、设备精度不够，使密封面没有完全贴合，都会造成介质泄漏。如果是轴套漏，则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。
2.3.3机械密封周期性或阵发性泄漏原因
机械密封的转子组件周期性振动、轴向窜动量较大，都会造成泄漏。机械密封的密封面要有一定的比压，这样才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，反应釜旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.25mm以内。但在实际运用中，由于设计的不合理、制造误差、装配误差等原因，往往导致轴产生很大的窜量，出现周期性或阵发性泄漏。
2.3.4机械密封经常性泄漏原因
机械密封经常性泄漏的原因有很多方面：一是由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏；二是辅助密封圈引起的经常性泄漏；三是弹簧缺陷引起的泄漏；其它还包括转子振动引起的泄漏，传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起泄漏，机械密封辅助机构引起的泄漏，由于介质的问题引起的经常性泄漏等。
2.3.5减少机械密封泄漏的措施
（1）装配时要干净光洁。机械密封的零部件、工器具、油、揩拭材料要十分干净。动静环的密封端面要用柔软的纱布揩拭。（2）修整倒角倒圆。轴、密封端盖等倒角要修整光滑，轴和端盖的有关圆角要砂光擦亮。（3）装配辅助密封圈时，橡胶辅助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗涤，以免胀大变形，过早老化。动静环组装完后，用手按动补偿环，检查是否到位，是否灵活;弹性开口环是否定位可靠。动环安装后，必须保证它在轴上轴向移动灵活。
3.机械密封振动偏大及处理方法
机械密封如果振动偏大，最终将导致密封失效。但是导致机械密封振动偏大的原因并不都是机械密封自身的原因，反应釜的其它零部件也是产生振动的根源，如轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。所以在安装轴、密封腔体、机械密封件本身时应将其清洗干净，防止杂质进入密封安装部位。并合理地设计轴向力的平衡装置，使安装机械密封件的设备转子轴向窜动量≤0.3mm，消除轴向窜量。
4.机械密封的选型方法及基本原则
机械密封按工作条件和介质性质的不同，有耐高温、耐低温机械密封，耐高压、耐腐蚀机械密封，耐颗粒介质机械密封和适应易汽化的轻质烃介质的机械密封等，应根据不同的用处选取不同结构型式和材料的机械密封。
选型的主要参数有：密封腔体压力（MPA）、流体温度（℃）、工作速度（M／S）、流体的特性以及安装密封的有效空间等。
关键词：干气密封 改造 机械密封
一、前言
中石化齐鲁石化分公司胜利炼油厂气分车间，位号为P-506A/B的丙烯进料泵，轴封最初采用单端面波纹管机械密封，但使用效果不好，一直存在机械密封频繁泄漏问题，工艺波动时检修后密封坏的特别频繁，最多时一个月损坏有20套左右，一年下来密封费用、再加上机泵拆装的检维修费用，造成了极大的浪费。通过与成都一通密封有限公司共同研究对丙烯进料泵实施干气密封改造，改造后效果明显，运行稳定，带来了很可观的效益。
二、干气密封的基本原理及特点
1.干气密封概述
干气密封是上个世纪六十年代末期发展起来的一种非接触式密封。与普通机械密封最大的区别在于：干气密封通过在密封端面上开设流体动压槽而实现密封端面的非接触运行，从而极大的提高了密封的使用寿命；简单、可靠的控制系统确保干气密封正常运转以保障设备连续、稳定地运行。
2.干气密封基本原理
干气密封（气膜机械密封）和传统的液相机械密封类似，但气膜机械密封两端面被一稳定的薄气膜分隔开，成为非接触状态。由于气体的黏度很小，需要依靠强有力的流体动压效应来产生分离端面的流体压力，同时气体膜具有足够的刚度以抵抗外界载荷的波动，保持端面的非接触。
干气密封在运转时（见图1），工艺沿流体动压槽进入密封端面，当作用于补偿环上的压紧力与推开力达到平衡，即流体动压槽产生的工艺流体动压力、端面工艺流体静压力、补偿环密封圈与旋转轴的摩擦阻力、弹簧元件压紧力几种力达到平衡时，在动、静环摩擦副之间形成一定厚度的气膜，从而达到密封的目的。
干气密封旋转时，被密封气体由环外周进入收敛形螺旋槽内，沿槽向内径方向流动，最终达到密封坝，密封坝限制气体流向低压侧，气体随着螺旋槽形状的变化被压缩，在槽根部产生局部高压区，提高了气体自身的压力，此压力是动环旋转产生的流体动压力（不同槽形产生的流体动压力的大小不一样）。流体动压力作用于补偿环上，迫使动环与静环密封端面分开，称为开启力Fo。形成开启力的气体压力实际上是进入端面间气体的静压力和旋转形成的气体动压力之和。静压力与端面旋转速度无关，而动压力与端面旋转速度有关。
作用于补偿环上的介质力和弹簧力是使动环与静环紧密贴合的力，称为闭合力Fc。
补偿环与补偿环密封圈的微量轴向运动所产生摩擦阻力也有一定影响（补偿环密封圈的变形量应当设计恰当，如果密封圈摩擦阻力太大，将影响密封端面动压膜形成）。其摩擦阻力的方向取决于补偿环的运动趋势。
端面旋转速度达到一定值，开启力Fo与闭合力Fc相互平衡，流动的气体在动、静环的两个密封面间形成一层很薄的气膜，端面形成非接触状态，正常情况下，端面气体膜厚度在3微米左右。气体动力学表明，当干气密封两端面间的间隙在2～3微米时，通过间隙的气体流动层最为稳定。稳定的气膜既对工作介质起到密封作用，又起到摩擦副的作用。
干气密封在静止状态，当密封腔内存在介质压力的情况下，作用在动、静环上的闭合力是密封流体静压力和弹簧力，保证动、静密封面紧密贴合，防止离心泵处于停车状态时的介质泄漏。
干气密封运转时，摩擦副面受力分析见图2。
由图2可以看出，正常工况条件下，当Fc=Fo时，密封端面形成一层厚度约3微米的稳定气膜；
当受到外来因素干扰，密封间隙减小、气膜厚度减小，则气体的粘性剪力增大，螺旋槽产生的流体动压效应增强，促使气膜压力增大，开启力随之增大，使Fc
当受到外来因素干扰，密封间隙增大、气膜厚度增大，螺旋槽产生的流体动压效应削弱，气膜压力减小，开启力变小， 使Fc>Fo， 为保持力的平衡，密封恢复到原来的间隙。
只要在设计范围内，当外来干扰消除后，密封总能恢复到设计的工作间隙，使干气密封稳定运行可靠。
气膜刚度（N/mm）是衡量干气密封稳定性的技术指标，气膜刚度是指气膜作用力与气膜厚度之比，气膜刚度越大，表明密封的抗波动、抗外界干扰能力越大，密封运行越稳定。气体密度越大、温度越高、轴转速越高，气膜刚度越大。
干气密封设计，就是以获得最大的气膜刚度为目的。
3.影响干气密封性能的主要参数
3.1动压槽形状、深度的影响
理论研究表明，对数螺旋槽产生的流体动压效应最强，气膜刚度最大，稳定性最好，因此，绝大多数干气密封都以深度为3—10微米的对数螺旋槽作为密封动压槽。
3.2动压槽数量、宽度及长度的影响
干气密封动压槽数量越多，动压效应越强，但当动压槽达到一定数量后，再增加槽数时，对干气密封性能影响已经很小。此外，动压槽的宽度、长度对密封性能都有一定的影响。
3.3操作参数对密封泄漏量的影响
轴径越大，转速、压力越高，干气密封的泄漏量越大。此外，介质温度对密封泄漏量的影响是通过温度对介质粘度影响而形成的，其对密封泄漏量的影响不大。
4.干气密封的主要优点
与传统的接触式机械密封相比，干气密封有以下几个方面的优点：
（1）密封使用寿命长，运行稳定可靠；
（2）密封功耗消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右；
（3）与其他非接触式密封相比，干气密封气体泄漏量小；
（4）可实现介质零逸出，是一种环保型密封；
（5）密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要维护。
三、干气密封与机械密封优缺点比较
干气密封相对于机械密封具有使用安全性高，高效节能，系统维护简单，使用寿命长，抗抽空、工艺波动的能力较强，使用领域广泛等优点，并且系统操作简单，给现场带来了便利。
四、丙烯泵用干气密封改造
1.丙烯进料泵工况分析
介质特性分析：该泵位号：P506A/B温度： 14～40℃，入/出口压力： 1.6/2.6MPa，转速：2970r/min；介质为丙烯、丙烷、C4、C5等，属于高饱和蒸汽压、介质易挥发、低粘度、低引火点。由于摩擦端面在相互作用的过程中会产生热量，在端面处温度就会升高，从而极易使丙烯液膜汽化，导致密封不能正常稳定的运行。
2.丙烯泵用干气密封改造的结构选型
通过对该离心泵的结构特点及工艺条件分析，结合现场的密封气源的情况，为保证主密封在超量泄漏时介质也不向环境泄漏，按照API682-2004版，选用串联式干气密封方案；干气密封结构为串联式干气密封（2CW-CS）结构，所设计干气密封为集装式结构。密封的冲洗方案选用PLAN11+72+76。
3.串联是干气密封结构说明
串联式干气密封是两级密封串联而成，第一级为机械密封，是主密封，主密封为平衡型机械密封，弹簧旋转式结构，摩擦副采用石墨与碳化硅配对，弹簧选用316L，针对介质特点合理设计主密封参数。配合P11冲洗，适用范围广。同时在静环结构上采用带卡圈结构，很好的防止了泵在抽空的情况下导致静环推出的故障，保证了密封在易抽空的工况下也能正常运行。第二级为干气密封，平衡型，弹簧旋转式结构，摩擦副采用石墨与碳化硅配对，弹簧选用316L，密封介质为氮气。正常情况下，机械密封作为主密封起作用，干气密封为辅助密封。干气密封主要有以下作用：
1）增加主密封背压，减小密封面的磨损，延长主密封的使用寿命；
2） 当主密封失效时，干气密封可以在短时间内起到备用密封的作用，防止意外事故的发生；
3）防止主密封泄漏出的微量危险介质，直接排放到大气，起到安全、环保的作用。
4.改造后试运行过程中出现的问题及原因分析
4.1改造后试运行过程中出现的问题
2013年11月丙烯进料泵干气密封改造后试运行，密封安装上去后密封发热，密封磨损较快，说明密封仍有需要改进的地方。
4.2密封发热和泄漏的原因分析
中石化齐鲁石化分公司与成都一通密封有限公司的技术人员对泄漏原因从以下方面进行了分析：P11冲洗流量不够，密封端面因高速旋转产生的热量无法被带走导致密封端面温升过高。丙烯介质特性：低沸点、高饱和蒸汽压，丙烯进料泵，密封腔压力接近入口压力。当密封腔内介质温升超过一定值时，介质处于极易汽化的状态。
4.3干气密封进一步改进措施
4.3.1在介质侧增加节流环节流，使自冲洗介质节流环与一级密封之间形成的腔体中憋压，增大介质气化的饱和裕量，防止介质在密封腔内过早气化。
4.3.2从设计参数上进行改进：调整一级密封的端面比压、减小端面宽度，降低密封端面发热量，尽量防止介质气化。
4.3.3从机械密封冲洗系统改进：冲洗系统管线通径扩大到10mm，加大了冲洗流量使冲洗流量完全可以满足密封要求的安全流量要求，端面产生的热量可以完全由冲洗液带走，因此密封可以在液相工作环境下稳定运行。
五、干气密封控制系统
干气密封控制系统（图4）是干气密封的重要组成部分，它主要由密封气过滤单元和密封气泄漏监测单元组成。干净的密封气保证密封面不受颗粒杂质的损坏，干气密封是以微量的气体泄漏为代价换取其长周期的使用寿命，泄漏量是否稳定直接反映了干气密封运行的状态，因此，对干气密封的泄漏进行监控为设备的安全运行提供了保障。
当外部氮气管网氮气进入控制系统，经过滤器，减压阀后，为干气密封提供稳定、干燥、清洁的密封气；当主密封泄漏过大或氮气压力过低，单向阀起到防止工艺介质反串入氮气管网的作用；丙烯为易挥发介质，泄漏的丙烯汇同密封氮气通过节流孔板排向火炬燃烧，由此消除安全隐患和避免对环境造成污染；当主密封机械密封泄漏过大时，由于限流孔板的作用，密封腔压力上升，泄漏管线上的压力表指示上升表明密封失效。
要保证串联式干气密封的稳定运行，需要保证其配套的控制系统良好状态，保证低压连续稳定的氮气进入二级密封腔，将一级密封泄漏的微量介质带入火炬燃烧，保证现场的安全和环保。在使用过程中要定期检查过滤器的状态，当过滤器使用一段时间，由于杂质堵塞滤芯，过滤器两端压降增大超过一定值时应及时更换滤芯。停泵后气源不能停，必须照常供气。泵检修时先排净泵内介质，再停气。
六、结论
1.改造后实践证明，改造此泵用干气密封效果十分明显，从改造至今长周期运行一直很稳定（从2003年11月一次开车顺利到2007年5月大检修密封连续运转4年，后面更换的密封也基本维持在3年以上），保障了工艺需求。对于易气化、易挥发、危险性大的丙烯泵轴封采用干气密封完全可行。
2.造成泵用串联式干气密封失效的因素之一即是介质侧端面温度过高，导致介质在端面出现汽化现象，严重影响密封运行的稳定性。通过减小摩擦端面宽度和增大冲洗流量的方案改进，改善了的状况，保证了密封良好的运行环境，延长了密封使用寿命，并达到了改进的目的和效果。
3.采用了泵用干气密封系统，系统简单，操作方便，为该该丙烯泵的运转性能提供了保障。
4.干气密封具有低能耗等特点，符合当今环保节能的要求。
参考文献
[1]Godse A G.Hydrocarbon Proc.[J]，2000，79（2）.
（中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜宾 644000）
【摘要】通过论述新型螺杆泵机械密封材料选择、机封的密封方案、螺杆间距的试验证明：试验所选择的方案能满足生产的需要。
关键词 螺杆泵；机械密封；碳化硅
0引言
我单位使用的老式螺杆泵流量小，不能完全满足生产的需要且易坏造成生产效率相对较低，统计数据：平均3天损坏一台。为节约成本、提高生产效率，为此，开展新型螺杆泵的研制。
1螺杆泵的工作原理
双螺杆泵是一种容积式泵，由主螺杆和从动螺杆相互啮合，在泵可内形成若干彼此相隔的密封腔，使吸入腔与排出腔隔开。螺杆旋转时，吸入腔容积产生变化，将输送的物料吸入腔内，各密封腔带着输送的物料轴向移动。物料由吸入口连续均匀地被推至排出口，完成物料的输送。泵出口的高压和进口处的低压使靠螺杆之间、螺杆与泵壳之间极小的间隙造成的阻力来维持。间隙过大或因磨损而将使物料大量倒流，造成压力降低，流量减少，使泵的能力下降。
新型螺杆泵选用双螺杆泵卧式、两侧吸入、中间吐出的结构，密封形式采用机械密封，减少物料的泄漏，更换容易，延长泵的工作寿命。
2生产现状
现在使用的螺杆泵为填料密封，泵的密封性能差，容易造成贮槽积液和泄漏，影响生产正常运行；螺杆泵接触面极易损坏，平均3天损坏一台。所以提高流量解决泄漏和提高泵额寿命是当务之急。
3准备工作
老式螺杆泵为填料密封，经过调研知机械密封的泄漏量为调料密封的1/100（机械密封为3ml/h）[1]。所以选定机械密封为新型泵的密封形式。
4泵试验
4.1密封材料优选试验
4.1.1材料的选择
目前用于机械密封的材料有石墨、碳化硅、硬质合金、陶瓷、不锈钢、丁晴-400型圈、乙丙胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、氮化硅、氧化铝、碳化钛等材料[1]。
对选择的密封材料进行物料影响试验。试验是在12个2L的容器中进行的，每个容器中都装有相同的0.5L溶液，再装1L的二次水，每个容器中分别放入大小相同的不同的密封材料，放入后对每个容器进行搅拌，隔一定时间取样分析，其试验结果见表1（试验是在常温下进行的）：
从表1可以看出，只有石墨、硬质合金、不锈钢等对物料有明显反应。因此，石墨、硬质合金、不锈钢不适合新型泵的需要。不采用石墨、硬质合金和不锈钢材质作密封材料。
陶瓷比较脆弱，考虑到物料的性能，不宜采用。丁晴、乙丙胶、氟橡胶、聚四氟乙烯等材料多用作填料密封，不耐磨，业不适合机械密封使用[1]。
经过初步分析，拟采用碳化硅、氮化硅、氧化铝和碳化钛作为试验材料。
4.1.2试验材料的物化性能
1）碳化硅的物化性能
在重载下具有良好的耐磨性和减磨性，热导率高，抗震性能良好，弹性模量大及良好的化学稳定性、高熔点、高硬度，具有低的热膨胀系数。
同时采用不同烧结形式，将会获得不同的物理性能，以适应工况要求。
2）氮化硅的物化性能
具有高温稳定性、抗热震性、化学稳定性和良好的电绝缘性及质硬性。对于浓硫酸和浓氢氧化钠作用也缓慢。
3）氧化铝的物化性能
两性氧化物，化学性质稳定，不溶于水微溶于碱和酸，易烧结。
4）碳化钛的物化性能
化学性质稳定，不溶于水，耐酸性强，硬度高，弹性模量大。
4.1.3试验内容
试验中对机械密封的动环材料的选择有以下四种方案：
方案1：动、静环材料为碳化硅（整体）；
方案2：动、静环材料为氮化硅（整体）；
方案3：动、静环材料为氧化铝（99%）；
方案4：动、静环材料为碳化钛（整体）。
试验是在老式泵上进行，机封型号及规格为HM-35，就上诉四种方案进行试验。试验是在协作单位进行的，数据见表2：
从表2可以看出，方案1的试验结果效果最好。动、静环材质采用碳化硅。
为进一步验证方案1的可行性，对所选的机械密封材质和结构由协作配套单位进行试验，试验结果见表3：
该机械密封材质按JB/T8091-98标准执行进行测试，按JB/T53302-94标准进行判定，该材料完全满足需要。
4.2密封材料结构方式优选试验
经过调研比较，了解到有三种机械密封形式适合螺杆泵的需求。
机械密封机构的三套方案分别为：
方案Ⅰ[2]：单端面、内装式非平衡型机封，采用腔体（介质入口）母液内冲洗冷却。
方案Ⅱ[2]：单端面、内装式非平衡型机封，采用外接（介质入口）母液内冲洗冷却。
方案Ⅲ[2]：单端面、外装式平衡型机封，采用外接冲洗冷却。
这三套方案可以通过做实验来证明哪一种密封方式适合生产的需要。
经过理论分析：选择方案Ⅰ的机械密封型式进行密封泄漏试验。
方案Ⅰ：单端面、内装式非平衡型机封，采用腔体（介质入口）母液内冲洗冷却。
选定方案后，请协作配套单位进行机械设计加工。加工制作的密封件经过专业部门检验，全部符合JB4236-86标准。
为验证机械密封件性能，请协作配套单位进行相应试验。机械密封经过二十于次的性能测试，没发现任何泄漏。
4.3螺杆间距的优选试验
以现有泵的轴径基础上，不改变泵腔的内部尺寸，适当增加轴径，用选定的机械密封作为密封件进行试验真机试验。真机共制作了四台，分别叫1#机、2#机、3#机、4#机。
请协作配套单位进行相应试验，试验数据见表4：
从表4的实验数据可以看出，2#机流量、扬程偏低，不能满足生产的需要，而4#机的流量为7.022时，扬程为150米，轴功率为5.426Kw，由于电机不能满足生产现场的需要（设计时完全按照生产现场的电机功率设计的），因此实可能使电机过载，次方案部可行。而3#机的性能经过多次测试，表明其性能参数能够满足新型螺杆泵的性能要求，即流量为6.5～7.5m3/h，扬程为110～140m。因此我们把流量为7m3/h，扬程为120m确定为泵的设计点，进行设计。
为了进一步掌握新型螺杆泵的螺杆与壁厚（外壳与内腔工作面）的间距对流量、扬程的影响，又进一步进行如下试验。
径向（直径）间隙3#机进行性能测试，试验后分别磨削螺杆外径，使间距由小到大（0.04～0.15mm），以确定间距的影响。其试验结果见表5：
试验表明,当间距控制中0.06～0.08mm时，新型螺杆泵的能能最佳，而最佳点又为0.07mm。
5结论
通过一些列试验，掌握了新型螺杆泵外径及间距与流量、扬程的关系。试验结果表明用3#机：单端面、内装式非平衡型机封，采用采用腔体（介质入口）母液内冲洗冷却；机械密封的动、静环均采用碳化硅；螺杆间距为0.07mm时的螺杆泵可以满足生产的要求。
参考文献
［1］机械设计手册(3)[M].2版.机械工业出版社,2000.6.
关键词：机械密封；故障；表现；处理
一、机械密封工作原理
机械密封是由动环、静环、密封圈、弹簧座以及传动座等组合而成，实物和结构分别如图1、图2所示。动环与静环在垂直泵轴的光滑平直的表面相互贴合，并做相对转动而构成了密封装置。通过弹簧座等弹性元件与介质压力在静环和动环端面产生适当的压紧力。在动环和静环端面间形成极薄的液体膜从而达到密封的目的。而弹簧座则起到补偿的作用，当静环与动环长时间工作后会产生一定的磨损，若端面磨损后不及时预紧将导致密封失效，这时可通过弹簧座自动调节的功能达到补偿作用。安装机械密封时应保证动环在装配后能够在泵轴上自由地伸缩。
二、机械密封的故障表现及原因
（一）干摩擦故障。机械密封动环与静环运转时因密封腔内没有液体介质，导致机械密封动环与静环间发生干摩擦。表现为静环出现严重的磨损与凹槽，而硬环表面则有明显的擦亮痕迹，或产生热裂和变色。密封圈则因机械密封高速运转发热后没有液体介质及时冷却导致过早老化。
（二）颗粒磨损故障。对于排污用泵一般采用了双端面机械密封装置，因工作介质中经常有磨削性固体颗粒存在，电泵高速运行时，机械密封动、静环模块端面时常与磨削性颗粒碰撞。机械密封长时间被固体颗粒冲击后因密封面磨损严重导致机械密封故障失效。
（三）机械密封介质泄漏的故障原因。1、在静压试验时，泄漏的机械密封可能由于安装时不细心，导致密封的端面被碰伤，发生损坏，或者清理不净，存在颗粒状的杂质，或者因为定位螺钉的松动或者压盖松动，机器设备的精度不高，导致密封面贴合度不高，都可能导致介质的泄漏。如果轴套泄露，那么是轴套的密封圈在装配时没有被压紧，或者压缩量欠缺，损坏周期性，阵发性泄漏的机械密封转子组件的周期性振动太大，都可能导致泄漏机械密封面产生一定比压，如此才可以发挥密封作用。这就需要机械密封弹簧有一定压缩量，从而给密封的端面一个有力的推力，在旋转起来时能够使密封面发生密封所要求比压。为保证这个比压，在机械密封中，要求泵轴不可以发生太大窜量，通常要确保在0.25mm以内。不过在实际的设计中，因为设计不合理，常常泵轴出现很大窜量，导致机械密封使用非常不利；3、机械密封经常性泄漏。机械密封的经常性泄漏原因存在很多方面的因素。第一方面，因为密封端面的缺陷造成的经常性泄漏；第二方面，辅助密封圈造成经常性泄漏；第三方面，弹簧的缺陷造成泄漏；其他方面还包括转子的振动造成的泄漏，紧定、传动以及止推的零件质量不好或发生松动造成的泄漏，机械密封的辅助机构造成的泄漏，因为介质问题造成经常性的泄漏等。
三、故障处理对策
（一）干摩擦故障处理。在泵说明书或警告标志上明显说明没有工作介质时杜绝电泵空转。电泵设计时最好加装浮子开关，通过液位开关控制电泵运行，从而确保电泵在没有液体介质时能自动停机，有效避免了机械密封干摩擦损坏。
（二）颗粒磨损故障处理。在选择机械密封规格时可选用耐磨材质作为动环、静环模块端面，如碳化硅、碳化钨等硬质合金材料；改善循环条件，如采用外部洁净冲洗或旋液分离器等；对工作环境较恶劣的工作场所，可在机械密封外加装骨架式油封与碳化硅轴套组合成的减压防砂装置。该装置的使用在有效降低机械密封端面压力的同时可阻止磨削性固体颗粒对机械密封的损害。实践证明加装减压防砂装置后机械密封寿命大大提高。
（三）机械密封泄漏的处理。机械密封泄漏是受到多种因素影响造成的，我们应当根据具体问题进行具体的处理。为最大限度地减少泄漏，在安装机械密封时，需要严格地根据技术要求装配，同时还应当注意以下几点事项：1、装配工作要保证光洁机械密封工器具、零部件、楷拭材料、油的干净，保证动静环密封端面整洁，可以用柔软纱布进行楷拭；2、修整倒角、倒圆轴以及密封端盖等过程中，倒角应当修整的光滑，端盖和轴有关的圆角应当砂光擦亮；3、在装配辅助密封圈过程中，橡胶辅助密封圈不可以用煤油、汽油浸泡和洗涤，避免起胀大发生变形，过早地老化。
四、日常维护
首先，在启动前检查装置正常，保证密封液压力、液位在操作范围中，密封良好。其次，避免泵抽空密封端面干摩擦。第三，检查辅助装置工作的运行：一是密封液液面位置；二是排放泄漏液；三是检查冲洗管、冷却水管等，避免出现堵塞，防止停水导致的冷却，保证冲洗效果。第四，避免机器振动、发热等影响密封效果。在日常生产中应规范操作，加强管理，对故障做总结分析，是保证和提高密封效率及寿命的必要措施。
参考文献：
[1]陈汇龙，吴强波，左木子，徐成，胡吉，李述林.机械密封端面液膜空化的研究进展[J].排灌机械工程学报，2015.
【关键词】 磨煤机 故障分析 分析改造
1 ZGM95G中速辊式磨煤机的工作原理
ZGM95G磨煤机是一种中速辊盘式磨煤机，其碾磨部分是由转动的磨盘和三个沿磨盘滚动的固定且可自转的磨辊组成，通过磨辊进行碾磨。三个磨辊沿圆周方向均布于磨盘滚道上，碾磨力则由液压加载系统产生，通过静定的三点系统，碾磨力均匀作用至三个磨辊上，这个力是经磨盘、磨辊、压架、拉杆、传动盘、齿轮箱、液压缸后通过底板传至基础。 原煤的碾磨和干燥同时进行，一次风通过喷嘴环均匀进入磨环周围，将经过碾磨从磨环上切向甩出的煤粉混合物烘干并输送至磨煤机上部的分离器，在分离器中分离，粗粉被分离出来返回磨盘重磨，合格的细粉被一次风带出分离器。ZGM95G型磨煤机采用鼠笼型异步电动机驱动。通过立式伞齿轮行星齿轮减速机传递力矩。减速机还同时承受因上部重量和碾磨加载力所造成的垂直负荷。为减速机配套的油站用来过滤、冷却减速机内的齿轮油，以确保减速机内部件的良好状态。
配置高压油泵站通过加载油缸既可对磨煤机施行加载又可使磨辊升降实现磨煤机空车启动。
2故障名称：磨煤机传动盘漏风漏渣
蒲洲发电有限公司制粉系统ZGM95G磨煤机的机座密封采用了机械密封和密封风正压密封相结合的形式，下部与传动盘的动静结合处采用了炭精密封环。这两处机械密封包成了密封风室。由密封风机提供密封风，通常密封风的压力高于一次风压力2KPa以上，以保证一次风不进入密封风室，从而形成磨煤机运行时的密封效果。但在磨煤机实际运行过程中，部分磨煤机出现了炭精环磨损过快、密封不严、漏风漏粉现象，磨煤机传动盘如出现漏风漏渣缺陷时，极大影响现场文明生产，排除缺陷需要时间长，耗时耗力，影响磨煤机的利用率。
3原因分析
（1）原结构内密封由传动盘本体和挡渣罩经机械加工形成的一道垂直的动静密封，密封间隙2mm。密封效果不可靠.一旦出现磨煤机石子煤高过密封口位置时（堵磨），密封口马上被破坏，渣石很容易进入密封室，粉尘和碎块在腔体内堆积，侵入到炭精环和传动盘轴颈处的动静接触位置，加据了炭精环的磨损，从而造成了密封不严，粉尘外泄现象，将炭精环损坏，严重时造成传动盘的拉伤。（2）ZGM95G磨煤机机座采用机械密封的位置有两处，其一是挡渣环与传动盘止口处的间隙密封，其二是炭精环与传动盘轴颈处的动静密封。这两处机械密封包成了一个空腔，这就是密封风室。密封风室内通有密封风，通常密封风的压力高于一次风压力2KPa以上.该密封装置在使用一段时间后，原密封间隙2.0mm，由于一次风和密封风的流动，造成密封间隙吹损过大，造成了密封风大量内泄，风压无法建立，形不成密封腔体，粉尘和碎块通过这个扩大了的间隙进入到密封风室，再通过炭精环密封产生煤粉泄漏。
根据以上分析，结合现场维护检修经验，对中速磨煤机的炭精环漏风漏渣故障判断：因磨煤机传动盘密封结构原因，无法保障机械密封间隙达到2.0mm，磨损超标后，传动盘密封风室中的密封风压无法保持，一次风携带粉尘、煤粉进入风室，传动盘密封失效。所以必须对传动盘密封结构进行改进。
4对策
（1）将原有的机座密封和炭精环密封装置整体取下，用气割方式取下底盘，用角磨机将中架体底部打磨平整。将改造的迷宫式动静内密封装置吊入，调整好间隙。作用：迷宫式密封结构大大延长了传动盘机械密封面，可以防止短时间内石子煤排放量增多，进入密封风室故障。
（2）外密封改变了原炭精密封结构：由外密封壳体内三圈炭精密封环密封，确保灰渣不会进入炭精密封壳体内。炭精密封环采用高级浸锑石墨材料，紧贴于传动轴外圆面，与传动盘转动，运行后不会对主轴造成磨损。且随着炭精密封环的磨损，在弹簧作用下可自修复与传动轴形成的间隙，保证炭精密封环与主轴间始终零间隙。作用：确保密封风的外漏量大大减少，有效防止密封风泄。
5效果对比
磨煤机运行中传动盘漏灰减少，大大减少磨煤机非停，提高了设备利用率，有效运行小时提高约10%，通过表1看到缺陷统计大幅度下降，下半年下降58.8%。四季度缺陷仅占 8%，去除磨煤机磨盘异音等缺陷， 磨煤机传动盘漏风漏渣缺陷大大下降。
6应注意的几个问题
（1）从磨煤机下部更换炭精环时，一定要将残存在密封室内的渣石清理干净。（2）应确保磨煤机运行时不出现淹磨现象，出现了淹磨现象，任何形式的密封结构都将被严重损坏，造成密封失效。（3）当磨煤机渣量较大、且磨煤机振动较大时，应立即停运给煤机，就地手动提升磨辊，就地连续排渣，石子煤量正常后，磨煤机再投入运行。（4）磨煤机正常运行时，炭精环处于浮动状态并紧箍于传动盘上，当个别炭精环因卡涩不动（出现局部密封风外泄）时，可在外部用榔头轻击外密封法兰壳体，恢复炭精环的活动，既可保障传动盘密封效果。
Abstract: In the commissioning period of Ling Ao Nuclear Power Station Phase 2，Unit 1 Motor Driven Feed water Pump system (L3APA), the failure of pump mechanical seal common-mode is frequent, and brings a security risk to the unit operation. The article analyzed the main factors that could lead to mechanical seal failure, and pointed out that the root causes are lack of flushing water flow and uneven seal cavity flow, and we can eliminate the common mode failures through enhancing efficiency of the pump ring, reducing flushing water circuit resistance, adding flushing water distribution ring, and other measures.
关键词：机械密封；端面温度；冲洗水流量；流场特性
Key words: mechanical seals；face temperature；flushing water flow；flow field
中图分类号：TH3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）08-0051-03
0引言
L3APA配置了3台Clyde union公司供应的85B1/RS型给水泵。给水泵为卧式、单级、双吸离心泵，驱动端和非驱动端安装有John Crane公司生产的机械密封。调试运行期间，给水泵机械密封频繁出现温度高、泄漏量超标、漏黑水等共模故障。本文以L3APA-B列给水泵（以下称“L3APA202PO”）为例，计算分析机械密封共模故障原因，并提出处理措施。
1L3APA给水泵机械密封及冲洗水回路介绍
1.1 机械密封结构介绍L3APA给水泵机械密封采用PLAN 23冲洗方案。它由一套动、静环密封组件组成，动环密封面依靠弹簧压力和密封腔室内的流体压力紧紧压在静环密封面上，但是两者又不完全接触，它们之间存有一层具有功能的液膜。冷却水套类似于一个“热屏”，被安装在密封腔室内侧，用来冷却进入密封腔室的高温给水，防止机械密封部件损坏。设置在轴套的泵效轮随着水泵运行而高速旋转，提供足够的能量保证冲洗水在回路中不间断循环。
1.2 设计参数机械密封设计参数见表1。
2故障介绍
在调试运行期间，机械密封运行参数见表2。
解体机械密封，检查发现各O环状态完好，但密封副端面异常磨损，且存在过热痕迹，见图1。
运行参数和检查情况表明机械密封主要存在以下异常现象：①温度高。有关资料表明[1]，机械密封正常运行时，密封腔室出水温度应?燮60℃。②泄漏量超标。根据John Crane公司设计标准，机械密封正常泄漏量应当?燮0.25L/h。③漏黑水。经过检测，黑水中的黑色物质是碳粉，系密封副端面异常磨损所致。
3故障原因分析
可能导致机械密封故障的主要因素有以下四个：密封副端面比压pc、密封副端面线速度Vc、热量平衡性能和密封腔内流场特性。下面对这四个因素逐一进行分析计算。
3.1 密封副端面比压pc计算分析
pc的计算式如下：Pc=Psp+（B-Km）Ps；
Psp为弹簧比压，单位MPa；B为面积比；Km为膜压系数，对于内装式密封，取0.5；Ps为密封腔压力，单位MPa。
求解结果为：Pc=0.204+（0.710-0.5）×4.56=1.1616（MPa）
密封副端面比压pc符合机械密封设计规范[2]。
3.2 密封副端面线速度Vc计算分析
Vc的计算式如下：Vc=πn（d1+d2）/120
n为水泵转速，单位r/min；d1为密封副端面内径，单位mm；d2为密封副端面外径，单位mm；
求解结果为：Vc=3.14×4905×（0.168+0.156）/120=41.58（m/s）
密封副端面线速度Vc符合机械密封设计规范[2]。
3.3 热量平衡性能计算分析给水泵机械密封为接触式，不仅密封副端面会产生摩擦热，而且旋转部件与冲洗水搅拌也会产生搅拌热。此外，泵内介质也会带来一定的介质热。这些热量都会影响到机械密封热量平衡性能。若产生的热量不能被及时带走，将使密封副端面温度过高，从而导致机械密封出现故障。本文从热量平衡方程、冲洗水流量、端面温度、端面膜相等方面来计算分析机械密封热量平衡性能。
3.3.1 热量平衡方程建立机械密封的热量平衡方程如下：
QF+QA+QB+Qmi=Q1+Q2+Q3+Q4+Qmo；
QF为密封副端面摩擦热；QA为旋转部件与冲洗水搅拌产生的搅拌热；QB为辅助部件的振动和摩擦产生的热量；Qmi为泵内介质带来的热量；Q1为旋转部件传递给冲洗水的热量；Q2为密封副传递给冲洗水的热量；Q3为通过转子散除的热量；Q4为泄漏流体带走的热量；Qmo为冲洗水及密封介质带走的热量。
给水泵机械密封，属于无泄漏密封，则Q4=0。在正常运行时可以忽略辅助部件的振动和摩擦热，即QB=0。由于搅拌热QA不易确定，通常将端面摩擦热考虑合适的摩擦系数来确定。空气的对流换热系数低，故散热量Q2及Q3较小，可以忽略不计。假设冲洗水及密封介质带来的热量Qmi等于传出的热量Qmo。于是机械密封的热量平衡方程可简化为：
QF=fpgVcAf=Q1=QxρCΔtx（1）
f为摩擦系数，为了有充分的安全裕量，此处取0.3；pg为比载荷，单位N/cm2；Af为密封副端面面积，单位cm2；Qx为冲洗水流量，单位L/min；C为冲洗水的比热，单位J/（kg.K）；ρ为冲洗水的密度，单位kg/L；Δtx密封腔室内部温差，根据经验，取2℃。
3.3.2 冲洗水要求流量计算由式（1）求解出冲洗水要求流量：
Qx=fpgVcAf /ρCΔtx=f（psp+Bps）VcAf /ρCΔtx
=0.3×（0.204+0.71×4.56）×41.58×30.5×102/（0.89×4396×2）
=16.73L/min
从表2可以看出，L3APA202PO-NDE机械密封冲洗水流量实测值为5.86L/min，远小于通过本文计算得到的要求值。冲洗水流量不足，带走热量较少。机械密封热量平衡性能变差，密封副端面温度升高。
3.3.3 端面温度计算利用迈尔提供的估算公式可以对机械密封端面温度进行计算。迈尔提供的估算公式为：
T=T0+（2）
T为机械密封端面温度，单位℃；T0为介质温度，取104.4℃；f为摩擦系数，取0.05；b为密封副端面宽度，取0.006m；Cw为散热系数，取0.6；λa为动环导热系数，取16W/（m•K）；λb静环导热系数，取150W/（m•K）；式（2）求解结果为：
T=104.4+=249.9（℃）
给水泵机械密封动环和静环材质分别为浸镝石墨和碳化硅，工作温度限分别为350℃和427℃。通过本文计算得知，密封副端面温度没有超过动环和静环材质要求的最高温限。尽管如此，由于冲洗水流量不足，密封副端面得不到充分冷却，温度已高达249.9℃。高温可能破坏密封副端面液膜，使得膜相稳定性变差。
3.3.4 端面膜相判断判断密封副端面膜相的指标见表3。
从3.1节得知，密封副端面比压为1.1616MPa，查询水蒸气饱和曲线，此压力对应下的饱和水温度tb=186.5℃。从3.3.3节得知tF =249.9℃，可见tF?叟tb，密封副端面处于似气相密封。处于此相态密封下，密封副端面间的摩擦系数较大，较易磨损，工作不稳定。对于给水泵机械密封，只允许它工作在全液相密封下。
3.3.5 热量平衡性能分析由于给水泵机械密封冲洗水流量不足，产生的热量不能被及时带走。因此密封副端面温度升高，液膜遭到破坏，端面膜相呈现出似气相的异常现象。进而密封失稳，泄漏量超标，密封副端面异常磨损。
3.4 密封腔内流场特性计算分析密封腔内的流场特性直接影响着密封副端面的和冷却效果。利用计算流体力学（CFD）进行密封腔内流场特性计算，计算结果见图2[3]。
从图2可以看出，冲洗水进入密封腔后大部分流至密封副端面，且形成小型漩涡流动。随着冲洗水不断注入，密封副产生的热量由冲洗水带出密封腔室，从而降低端面温度。但冲洗水进入密封腔室后，并非完全均匀分布，在圆圈标记部分出现死区，流动不畅，无法将热量及时带走。造成该区域密封副端面温度升高，异常磨损。
4处理措施
从3.3.5节和3.4节可知，引起机械密封共模故障的根本原因是冲洗水流量不足和密封腔内流场不均匀。围绕上述两个根本原因，采取了增加泵效轮出水孔个数、扩大冲洗水管道直径、更换容量更大的冷却器和增设冲洗水分配环等处理措施。
4.1 增大冲洗水流量机械密封冲洗水在整个回路内部封闭循环。泵效轮性能和冲洗水回路阻力是影响冲洗水流量的关键因素，而冲洗水回路阻力则由冲洗水管道阻力和冷却器阻力构成。
4.1.1 提升泵效轮性能泵效轮工作原理为：冲洗水通过与轴套连为一体的泵效轮粘性驱动，沿着圆周方向高速旋转，获取能量，然后被离心力甩向泵效轮外侧，经泵效轮外侧开设的8个直径为6mm的出水孔进入冲洗水出口管。水被甩出去后，泵效轮内侧形成真空，密封腔内的冲洗水在压差作用下就会再次进入泵效轮腔室。如此就形成了泵效轮连续不断的送水和吸水过程。
泵效轮性能主要由以下五个参数组成：流量、扬程、功率、效率、转速。为了简化处理工作，主要考虑增大泵效轮扬程和流量。
泵效轮扬程近似计算公式为：
H=k1×（3）
H为泵效轮扬程，单位m；k1为修正系数，水力损失越小，该系数越大；r为泵效轮半径，单位m；ω为角速度，与水泵转速有关，单位rad/s；g为重力加速度，单位N/kg。
从式（3）可以看出，影响泵效轮扬程的主要因素是水力损失和水泵转速。从现场实际情况出发，不考虑改变水泵转速，只考虑通过减小水力损失来提高泵效轮扬程。水力损失发生在泵效轮入口、出口、流道壁面等处。分析泵效轮结构，发现出水孔总面积较小，产生较多损失，对扬程减小有较大贡献。为此，可以采取扩大出水孔直径或者增加出水孔个数的方法来降低水力损失，从而提高扬程。
泵效轮流量近似计算公式为：Q=k2×Arω（4）
Q泵效轮流量，单位m3/h；k2为修正系数，水力损失越小，该系数越大；A为出水孔总面积，单位m2；r为泵效轮半径，单位m；ω为角速度，与水泵转速有关，单位rad/s。
从式（4）可以看出，影响泵效轮流量的主要因素是水力损失、出水孔总面积和水泵转速。从现场实际情况出发，不考虑改变水泵转速，只考虑通过减小水力损失和增大出水孔总面积来提高泵效轮流量。通过对式（3）的分析已经得知，减小水力损失可以采用扩大出水孔直径或者增加出水孔个数的方法。此举正好也是增大出水孔总面积的有效措施。
处理措施：将泵效轮出水孔由8个增多至16个，但未改变出水孔直径。通过实施上述措施，有效地提升了泵效轮性能，对增大冲洗水流量有正面贡献。
4.1.2 降低冲洗水回路管道阻力机械密封冲洗水回路管道阻力计算公式为：
hw=×Q2（5）
式中：hw为管道阻力，单位m；λ为沿程阻力系数，水力损失越小，该系数越大；L为管道长度，单位m；d为管道直径，单位m；∑ξ为局部阻力系数之和；g为重力加速度，单位N/kg；Q为管道流量，单位m3/h。从式（5）可以看出，冲洗水管道阻力与管道直径成高阶反比关系，因此，减小冲洗水回路管道阻力最有效和最简单的方法是增大管道直径。
处理措施：对冲洗水回路管道进行改造，将管道直径从″扩大至″，但不包含与密封腔室直接连接的部分管段。通过实施上述措施，有效降低了机械密封冲洗水回路管道阻力，对增大冲洗水流量有正面贡献。
4.1.3 增大冷却器容量冷却器被用来冷却机械密封冲洗水。由于冲洗水在冷却器管侧流程复杂，水力损失较大，因此减小冲洗水在冷却器中的阻力对增大冲洗水流量有正面贡献。
处理措施：更换容量更大的冷却器。新旧冷却器参数见表4。
4.1.4 初步计算分析[4]为了探究4.1.1节、4.1.2节和4.1.3节中处理措施的效果，本文从理论上初步计算分析处理前后冲洗水流量变化趋势。出于简化计算的目的，假设如下条件：①冲洗水滤网无堵塞。②整个冲洗水回路管道直径均为″。
上述两个假设条件对计算精度有一定影响，但不会影响对处理前后冲洗水流量变化趋势的判断。初步计算结果见图3。
将图3中A、B两点参数取出进行对比，见表5。
初步计算分析表明：处理后，冲洗水扬程近似不变，但流量增大。因此，4.1.1节、4.1.2节和4.1.3节中处理措施能有效增大冲洗水流量。
4.2 改善密封腔内流场特性通过3.4节分析得知密封腔内流场不均匀，需要采取一定措施改善冲洗水在密封腔内的流场特性。
处理措施：在密封腔内增设冲洗水分配环，见图4。
分配环沿圆周方向均匀分布了6个直径为8mm的小孔。冲洗水从进口管进入分配环外侧，然后通过6个小孔均匀到达密封副端面。通过实施上述措施，有效改善了冲洗水在密封腔内的流场特性，对解决机械密封共模故障有正面贡献。
5结束语
在岭澳核电站二期1号机组小修期间，实施了本文提出的处理措施。处理前和处理后的机械密封运行参数见表6。
自2010年10月上旬处理工作结束，至2010年12月下旬本文截稿，机械密封仅发生过一次O环密封失效事件，未出现温度高、泄漏量超标、漏黑水等共模故障。处理后，冲洗水流量仍然略低于本文通过计算得到的要求流量，但是考虑到计算时选取了充分的安全裕量，因此当前参数能否满足机械密封长时间运行需要，待进一步验证。
参考文献：
[1]顾永泉.机械密封实用技术[M].机械工业出版社,2001.
[2]徐祥发.机械密封手册[M].东南大学出版社,1990.
