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机械密封因为泄漏量少、摩擦功耗低、密封可靠、使用周期长等优点，能够满足多种工况需求而被广泛的应用于泵、压缩机、反应釜等机械设备中。性能良好的机械密封能够为生产装置的长周期性安全平稳运行提高物质保障。在机械的运行过程中，受内外部因素的影响，很容易产生机械密封故障，严重的还会导致重大安全事故。因此，必须重视机械密封的故障问题，从根源上分析产生故障的原因，并以此提出改善措施，这样才能既延长机械密封的寿命，又节约资源。
机械密封，或者称为端面密封，是一种限制工作流体沿转轴泄露的、无填料的轴封装置。机械密封由至少一对垂直于旋转轴线的端面在液体压力或者补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封的主要作用是将容易泄露的轴向密封改为难以泄露的端面密封，这也是机械密封的设计总原理。
机械密封一般由四部件组成：①主要部件是动环和静环。动环凭借密封室中的液体压力紧压在静环端面上，并随泵轴一起旋转。动环和静环紧密贴合形成密封面，防止介质泄露。②压紧元件。压紧元件主要是弹簧、推环、波纹管等，压紧元件能够产生压力，可以保证泵在任何状态下都保持端面贴合，防止介质外漏或者杂质进入密封端面。③密封元件。密封元件是指密封圈等。密封元件的作用主要是密封动环与轴之间的缝隙、静环与压盖之间的缝隙，同时能够缓冲压紧元件对泵的振动、冲击。④传送件。弹箕座及键或各种螺钉。
机械密封主要有弹簧式机械密封和焊接金属波纹管机械密封两种，弹簧式机械密封一直是机械密封的主流，然而，由于弹簧式机械密封存在着不可避免的缺陷，而随着微束弧等离子焊接工艺技术的发展，焊接金属波纹管机械密封极好的浮动性的优点日益凸显，显示出比弹簧式机械密封更为优良的性能，有逐步取代弹簧式机械密封的趋势。
机械密封在运行中是与其他零部件一起组合起来共同运作的，机械密封的正常运行不仅与其本身的性能有关系，而且与外部环境息息相关。然而，我们必须首先保证机械密封本身的部件性能、密封装置和安装技术的要求，这是机械密封能够运行的基础。
首先，机械密封对元件的要求必须得到保证。机械密封的最主要部件是密封环，即动环和静环，它们决定了机械密封的使用性能和寿命。密封环必须具备足够的强度、刚度、硬度和耐腐蚀性，在高温高压和滑动速度等不良工作环境下能保证不损坏、变形尽量小，在工作条件波动的情况下仍能保持密封性；密封环应具备较高的导热系数和较小的热膨胀吸收，在承受高热时不至于开裂，能够耐得住高热冲击；密封环应具备较小的摩擦系数和良好的自性，密封环的材料和密封流体还要具有良好的浸润性；在发生短时间干摩擦时不至于损伤密封端面；密封环要简单、对称并尽可能选择整体型结构或组合式，尽量避免用密封端面喷涂式结构。
其次，机械密封的安装要符合要求。在安装过程中避免出现偏差，遵循安装顺序，要先安装紧压盖，在联轴器上找正后再进行，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，上紧后还要检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙，四周要均匀，用塞尺检查各点允差不大于0.01毫米：其次弹簧压缩量要按规定进行，不能过大或过小，过大会增加端面比压，加速端面磨损，过小会造成比压不足而不能起到密封作用。一般要求误差2.00毫米；动环安装后，将动环压向弹簧后应能立即自动弹回来。
再次，拆卸机械密封时，严禁用手锤和扁铲，以免损伤密封元件。若结垢导致拆卸不下时，应清洗干净后再进行拆卸：在泵两端都采用机械密封的情况下，拆卸时应主要互相照顾，防止顾此失彼：对于运行过时的机械密封，如果压盖松动，密封发生移动，那么接触面的密封性已经有极大可能遭到破坏，这种情况下动环和静环必须更换，不能重新上紧机械使用。
机械密封故障是机械密封运行中不可避免的问题。主要故障表现为振动、发热、磨损，最终出现介质泄漏。根据机械密封的结构和工作原理，结合生产实践分析，导致机械密封故障的因素主要有温度、压力、被密封介质等。
3.1高温导致机械密封故障。当密封室内的温度超过一定的数值时，端面摩擦产生的热就不能够排出，这时密封端面的温度过高，产生干摩擦，密封环摩擦副环会因为干摩擦发生热变形和热裂。检修失效的密封环时，经常会发现有贯穿整个径向端面的裂纹和微沟，尤其是导热系数低的材料制作的摩擦副环更容易发生端面热裂。端面热裂产生的主要原因是密封端面的回转过程产生大量的摩擦热致使端面凹凸不平从而加速了磨损。热裂大多是径向的，加大了泄漏面积，改变了端面间的眼里分布，致使机械密封丧失了严密性，导致端面泄漏增加。
3.2压力过大致使机械密封发生故障。影响机械密封的压力主要是密封室内介质的压力。当密封室内的压力超过一定数值时。会导致密封端面压力过大，液膜难以形成，密封端面会因此产生严重的磨损，发热量加大，进而导致机械密封故障。
3.3密封室内介质引起的机械密封故障。被密封的介质对机械密封的影响很大，如含杂质、颗粒的介质进入密封室，会划伤密封面或者破坏液膜的连续性，使密封磨损严重，直接威胁机械密封的寿命。如果介质内的杂质在密封环、补偿环内沉淀，则会影响补偿环的浮动性，若杂质沉积在弹簧上，则会影响弹簧弹性，使弹簧失去作用。
3.4两密封端面失去膜而造成的机械密封故障。膜的丧失会导致端面的抗摩擦性和抗热性极度下降，出现端面裂纹，产生机械密封故障。导致膜丧失的主要原因有：端面密封载荷的存在导致密封室内缺乏液体，启动机械时发生干摩擦；密封室内介质低于饱和蒸汽压力，使端面液膜发生闪蒸，丧失；密封室内的介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢时，端面摩擦和旋转元件的搅拌液体产生热量导致介质的饱和蒸汽压上升，造成介质压力低于饱和蒸汽压的状况。
3.5 腐蚀引起的机械密封故障。腐蚀是威胁机械密封的一大不可忽视因素。腐蚀会使机械密封的零部件损坏，产生严重的机械密封事故。主要表现为：密封端面出现点蚀，甚至穿透；碳化钨环和不锈钢座等焊接，使用中不锈钢易产生晶间腐蚀；焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂。
3.6其他因素导致的机械密封故障。在机械密封使用过程中，存在机械密封在设计、安装质量等不符合要求的地方，这些都是导
根据我国现阶段机械密封的使用现状，针对机械密封的结构和工作原理，在具体分析机械密封故障出现原因的基础上，本文认为，要对机械密封故障进行改善，首先要从机械密封设计上进行根本改善，然后针对出现的问题，采取具体措施解决。具体改善策略如下：
4.1探索新形式，从根本上改善机械密封设计。焊接金属波纹管机械密封具有代替弹簧式机械密封的趋势说明，机械密封能够通过改善设计，采取新的形式，避免故障的出现。随着各种工艺技术的不断成熟，我们有信心能够找到更加优良的机械密封设计方案，从而改善甚至完全避免现阶段机械密封出现的各种故障。机械密封新形式的形成，一方面依赖于不断进步的高科技和各种工艺技术，另一方面需要机械设计人员不断的探索，创新思想观念，改变思维方式，以新的角度和新的方法去设计机械密封。
4.2具体问题具体分析，根据故障寻求改善策略。对于机械密封故障的改善，应着手于故障本身，落实到具体故障改善策略上。
对于高温引起的机械密封故障，应采取冲洗措施以降低密封室温度，防止杂质的沉积，保证密封环不被固体颗粒磨损；安装冷却装置，保证密封室内的热能够及时传导出去，尽可能降低温度；选用耐高温的密封材料，建议使用聚四氟乙烯等有机材料；保持端面温度在介质汽化温度以下；有装配关系的地方应选取热膨胀系数相近的材料。
对于压力过大引起的机械密封故障，应尽量使密封端面受力合理，减少变形，减少端面宽度：采用高强度材料，尽量减少摩擦磨损：采用平衡性机械密封；选用可靠的传动方式，如键、销等连接方式。
对于介质引起的机械密封故障，应采取以下措施预防：保持两端面宽度相等，减少杂质在密封端面、补偿环等处的停留机会：采用高耐磨材料；定期内冲洗，避免杂质沉积；在机械密封进门口设置过滤器或者旋液分离器，防止杂质进入密封室内；采用波纹管结构防止泄漏颗粒在辅助密封圈处聚积，影响补偿环轴向浮动。
对于缺乏而导致的机械密封故障，一方面应保证密封室内有液体存在，避免产生干摩擦：另一方面密封室内介质不能低于饱和蒸汽压力，避免闪蒸现象的出现。此外，尽量不选用易挥发的介质。
对于腐蚀造成的机械密封故障，选用耐腐蚀的材料：定期对机械密封的零部件进行维护保养：注意机械密封装置的放置环境，尽量不放置于腐蚀性的环境中：对于焊接部位应着重进行保养，一旦出现腐蚀立刻进行修正；防止介质和外力共同腐蚀机械密封零部件。
在机械密封的设计、安装、拆卸过程中，一定要注意符合要求规范，不要违规操作，防止机械密封故障的发生。
机械密封对于现代工业的作用越来越重要。只有在了解机械密封结构和工作原理的基础上，才能针对其出现的故障采取改善策略。这样才能保证机械密封的使用效果和正常运转，保证生产活动的顺利进行。
机械密封作为现今一种常用的轴封方式，已在化工行业中广泛使用。从使用范围上分类，机械密封可分为泵用机械密封、釜用机械密封、压缩机用机械密封等。由于机械密封所处的设备环境不同，使其在设计、安装、使用、维护中的特点也不尽相同。这里主要以重庆天原化工有限公司硅氯化物分厂氯化反应釜机械密封为例，谈一下反应釜用机械密封的特点和容易遇到的问题。
设备在生产现场运行过程中机械密封出现了泄漏，操作人员对故障设备的运行情况都进行了详细的记录。真实详尽的现场记录为故障分析提供了可靠的依据。
氯化反应釜容积为7 500L，介质氯气、醋酸、醋酐等，釜内压力为0.96MPa，温度为105℃，搅拌轴轴径为φ180mm，转速为45r/min。所用机械密封为背对背双端面机械密封（结构见图1），注入常温去离子水作为封液，压力为1.2MPa。
机械密封使用初期密封性能良好，约使用250h后外侧密封出现泄漏，泄漏物为密封水。起初为滴漏，约300h后泄漏量超过0.25L/min，无法满足正常使用。且在此过程中发现冷却水储罐中的液位损失大于外侧密封的泄露量，由此判定，内侧密封液同样出现了泄漏现象。
在对机械密封进行拆解检查后，发现以下几个不正常受损现象。外侧密封的石墨环端面有明显磨损痕迹，且密封面外圆部分磨损较为严重（如图2）；外侧密封的硬质合金环端面的磨损痕迹宽度略大于石墨环短面磨损痕迹的宽度；内侧密封的静环移位并被卡死，未进入设计的安装位置（如图3）；密封腔内出现釜内物料痕迹。此外，内侧密封面没有明显的磨损痕迹；0形圈弹性良好，没有出现明显的变形和划伤。
通过对设备故障现场的了解并结合查阅了相关技术资料，加上自身多年积累的工作经验及与机械密封生产厂家的技术人员进行沟通交流，我们基本分析出了该机械密封的受损过程和原因。
作为机械密封结构中的辅助密封件（如橡胶0形圈、四氟V形圈等），如果在设计、生产中有缺陷，或在安装使用中出现破损，也会造成机械密封的泄漏。从对该机械密封橡胶0形圈的压缩量的再次复核，及分析0形圈的使用情况，可以排除从0形圈处泄漏的可能。也就是说，该机械密封所使用的0形圈，设计、选材、制作都是满足使用要求的。
从端面磨损情况来分析，内侧密封端面没有明显磨损痕迹，这在使用不足300小时的情况下属于正常现象。而外侧密封端面磨损痕迹明显，磨损量大于正常范围，应是端面比压过大造成的。从机械密封结构上看，该机械密封属于背对背双端面结构，且内外两侧的机械密封完全相同。在实际使用过程中，外侧密封介于密封腔和大气之间，所承受的压力为密封腔的绝对压力（1.2MPa）；内侧机封介于反应釜腔体和密封腔之间，所承受的压力为反应釜腔体和密封腔之间的相对压力（1.2-0.96=0.24MPa）。由此可以看出，外侧密封所承受的压力远大于内侧，如使用相同的机械密封，外侧密封的端面比压也会远大于内侧，这就解释了外侧密封端面过度磨损的原因。
1）从外侧石墨环的磨损痕迹来看，其与硬质合金环实际贴合的部分仅占环宽的1/2左右，且集中在环外侧。这就使外侧密封端面的有效贴合宽度比设计宽度缩小了一半，造成外侧密封的端面比压高于设计数值，也是密封端面过度磨损的另一个原因。这样的现象，是由于端面变形造成的，而造成变形的原因主要是石墨环外圆一侧接触的是高压密封水，内侧接触的是常压大气，在压力作用下，厚度较小的端面位置会受压变形，形成“倒喇叭口状”，使石墨环端面只有外侧部分与硬质合金环接触（如图4）。内侧密封由于其内外的压差较小，所以不易出现这种情况;
2）从外侧硬质合金环的磨损痕迹来看，其磨损痕迹略宽与石墨环的磨损痕迹。而硬质合金环为动环，与搅拌轴相连，这种现象证明搅拌轴在旋转过程中出现了径向摆动。机械密封的使用技术要求对轴的径向跳动范围上限为0.06mm，从磨损痕迹来看，该机械密封的径向跳动明显超出了这个范围。过度的径向跳动，会造成机械密封端面磨损不均匀，端面磨损加剧，补偿环无法及时补偿等一系列问题。
从外侧密封泄漏量和密封水储罐液位损失的对比可以看出，内侧密封也同样出现了泄漏现象，有一部分密封水泄漏到了反应釜内。拆解机械密封时，发现了两个与内侧密封相关的问题，一是内侧密封静环错位；二是密封腔内出现了反应釜内的介质。从理论上说，密封腔的压力高于釜内压力，釜内介质是不会进入密封腔的。实际情况是，密封腔内压力由接入密封水储罐的高压氮气提供，压力比较稳定，而釜内由于在不断进行化学反应，其压力随时会出现波动，无法始终控制在设计范围以内。从机械密封结构分析，如果釜内压力在瞬间达到一定数值，釜内压力将推动内侧静环，使其脱离安装位置，同时釜内介质也会进入密封腔。当釜内压力降低时，内侧静环在机械密封弹簧和密封腔内压力的共同作用下，会向着原安装位置移动，但由于静环安装位置的配合间隙较小，如果静环的移动稍有不均匀，很容易由于偏斜而被卡死。静环被卡死后，始终处于偏斜位置，密封端面无法有效贴合，机械密封也就丧失了密封效果。
基于对机械密封的故障分析，针对造成密封泄漏的各个原因，我们对该机械密封进行了以下几处改造，以使其达到应有的使用效果。
原机械密封内外两侧的设计参数相同，平衡系数为0.81，弹簧比压为0.18MPa。按照这个设计参数计算，外侧密封的端面比压为0.55MPa，内侧密封的端面比压为0.26MPa。
从数据上看，外侧密封端面比压偏高。对外侧密封的平衡直径及密封端面有效结合面尺寸进行修改后，平衡系数调整为0.68，则密封的端面比压为0.4MPa，这样可以有效缓解外侧密封端面过度磨损的问题。
通过对内侧密封参数的核算发现，当釜内压力高于密封腔压力0.6 MPa，即达到1.8 MPa时，釜内压力将大于密封腔压力与机械密封弹簧力的合力，内侧密封的静环可能发生移位。通过增加弹簧数量，将内侧密封的弹簧比压提高到0.28MPa，这样，釜内压力需高于密封腔压力1MPa，即达到2.2MPa时，釜内压力才能与密封腔压力与机械密封弹簧力的合力相等，降低了内测静环由于釜内压力瞬间升高而发生移位的可能性。同时，改变了弹簧比压之后，在正常工作情况下，内侧密封的端面比压为0.35MPa，仍在合理范围以内。
对于该机械密封，由于外侧静环受压较大，容易变形，需选择更合理的结构和材质以提高环的强度。原密封采用的是金属座镶嵌浸树脂石墨，这种结构本身存在镶嵌应力，端面易变形，较高的压力更加剧了环的变形量。所以考虑改用整体石墨环，整体环不存在内部应力，而且内部材质强度也基本一致，在受压的情况下变形量较小。同时，将原石墨环接触面台阶高度3mm改为1.5mm，缩短了最薄位置的尺寸，同时根部倒圆（如图5），进一步提升端面的抗变形强度。在材质选取上，选用强度更高的浸金属石墨。以上几项措施，基本解决了外侧石墨环端面变形的问题。
反应釜搅拌轴径向跳动过大，主要是由于轴承老化。经检查，轴承已有明显磨损，无法达到正常的使用要求。更换轴承后，搅拌轴径向跳动能够控制在规定范围以内。
虽然在设计参数上已对内侧密封进行了调整，内侧密封抗釜内压力的能力明显提高，但釜内化学反应过程难以预计，仍不排除能瞬间产生高压，使内侧静环移位的可能。在实际使用过程中，如果釜内瞬间压力升高，有少量介质进入密封腔，待压力降低后，机械密封各部件能回归原位，密封仍能正常使用，否则密封将失效。因此，在此次改造时，考虑用挡板限制静环的位置（如图6）。经改造，内侧静环背部受压时无法向外运动，当压力过高时，动环可能向外运动，密封面可能瞬间打开，但由于动环是可以在轴上浮动的补偿环，压力下降后能马上回到原位，不会对机械密封的继续使用造成影响。
经改造，该机械密封已正常工作6 000h，泄漏量微小，远低于国家关于釜用机械密封泄漏量15mL/h的标准，达到机械密封 8 000h的工作要求应不存在问题。
通过对该机械密封进行故障分析和技术改造的过程，可以反映釜用机械密封的几个特点。
釜用机械密封轴径一般较大（如该机械密封的轴径达到180mm），所使用的密封环尺寸也较大。密封环尺寸偏大则造成环的强度降低，因此在设计和选材时应考虑密封环的抗变形能力。
对于该机械密封所采用的双端面结构，应考虑到内外两侧所承受的压力差距很大，应采用不同的设计参数，使内外两侧的密封端面比压值都处在合理范围以内。
反应釜由于内部进行化学反应，反应过程中，釜内压力不稳定，有可能产生瞬间高压。在机械密封设计时，应尽可能提高机械密封抗反向压力的能力，并对一些可能会由于反压而产生移位的零件（如静环）加以限位。
在拆解机械密封进行故障分析时，对其他关键部位，如辅助密封圈，冷却管路等也应详细观察。
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常用的冶金工业泵用机械密封的腐蚀，按腐蚀的过程分为化学腐蚀和电化学腐蚀;按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区域分布来分，主要有全面腐蚀和局部腐蚀。
化学腐蚀是由于金属与腐蚀性介质发生化学作用而产生的破坏，从而引起金属化学腐蚀的介质不能导电，进而在腐蚀过程中无电流发生。冶金工业泵用机械密封的化学腐蚀主要体现在密封元件非电解质溶液中的腐蚀。电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的破坏，在腐蚀过程中有电流产生，引发电化学腐蚀的介质都能导电。电化学腐蚀与化学腐蚀的不同点在于腐蚀过程有电流产生。电化学腐蚀一般可分为大气腐蚀、在电解质溶液中的腐蚀和土壤腐蚀三种情况。电解质溶液腐蚀是化工用泵机械密封腐蚀的主要腐蚀形式。
全面腐蚀，即零件所接触的介质表现产生均匀腐蚀，整个金属的表面腐蚀。全面腐蚀有各处腐蚀程度相同的均匀腐蚀，也有不同腐蚀区域程度不同的非均匀腐蚀。全面腐蚀的特征是零件的重量减轻，甚至会全部腐蚀，因而失去原有机械强度，降低材料的硬度。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。如机械密封用1Cr18Ni9Ti不锈钢制作的多弹簧，用于稀硫酸介质时就会出现这种情况。局部腐蚀，即腐蚀主要集中在金属表面的某些区域，可以简单地用零件上的蚀斑、蚀孔来加以判明。尽管此种腐蚀的腐蚀量不大，但是由于其局部腐蚀速度很快，可造成机械密封的严重破坏。局部腐蚀使零件表面层变得松软多孔，易于脱落，失去耐磨硬度。究其原因，局部腐蚀是多相合金中的某一相或单相固溶体的某一元素，被介质选择性溶解的腐蚀形态。例如钴基硬质合金用于高温强碱中时，粘结相金属钴易被腐蚀，硬质相碳化钨骨架失去强度，在机械力的作用下产生晶粒剥落，又如，反应烧结碳化硅，因游离硅被腐蚀而表面呈现斑点。
应力腐蚀是金属材料在承受应力状态下且处于腐蚀介质环境中所产生的腐蚀现象，其腐蚀机理是阳极溶解，不论是在外部载荷或残余应力作用下，腐蚀都会加剧。在泵用机械密封中容易产生应力腐蚀的材料是奥氏体不锈钢、铜合金等。应力腐蚀的过程一般是在金属表面上形成选择性的腐蚀沟槽，再继续产生局部腐蚀，最后在应力的作用下，腐蚀不断向深处发展，从沟槽底部产生裂纹，同时不断向深处发展，由于裂纹尖端处的应力很高，因此腐蚀裂纹扩展速度很快。例如典型的实例是内装单端而单弹簧非平衡型机械密封，它靠传动套传动。传动套的材料一般为1Cr18Ni9Ti，当用于洗涤水泵上时，传动套的传动耳环最容易出现应力腐蚀裂纹，使耳环损坏。为此，将其凹形耳环改为实心凸环，即可防止这种应力腐蚀的发生。
机械密封件与流体介质间的高速运动，致使接触面上发生细微的凹凸不平。当流体为腐蚀性介质时，将加快密封接触表面的化学反应，这种反应的结果在接触面形成一种致密的氧化层时，能抑制腐蚀的进程，这是有利的一面。如果所形成的氧化层被破坏，即出现腐蚀。磨损和腐蚀交替作用而造成机械密封材料的破坏即为磨蚀。通常情况磨蚀对机械密封的非主要元件如弹簧座、推环、环座等所带来的危害，虽然不致于迅速地反映出密封性能的变化，但却是摩擦副失效的主要形态之一，尤其在密封端面，由于摩擦使腐蚀生成物被破坏，此种现象周期性循环所产生的磨蚀，其磨蚀速度约为无摩擦作用表面的腐蚀率的10～50倍。为此，在强腐蚀性介质中，摩擦副应采用耐腐蚀性能好的材料，如采用高纯氧化铝陶瓷，聚四氟乙烯或不含游离硅的热压烧结碳化硅等。
当泵输送介质处于金属与金属或非金属元件之间，存在很小的缝隙时，由于介质长期滞留在缝隙内，会引起缝隙内金属的腐蚀加速，这种腐蚀形态即为间隙腐蚀。间隙腐蚀是局部腐蚀的一种形式，例如机械密封弹簧座与轴之间，补偿环辅助密封圈与轴之间(当然此处还存在着微动磨损)出现的沟槽或蚀点即是典型的例子。其原因是由于缝内介质处于滞留状态，使得参加腐蚀反应的物质难以向缝内补充，而缝内的腐蚀产物又难以向外扩散，于是造成缝内介质随着腐蚀的进行，在组成的浓度、PH值等方面越来越和整体介质产生很大差异，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，其结果便导致缝内金属表面发生强烈的局部腐蚀。间隙腐蚀对机械密封性能的危害很大，密封圈与对隅轴处产生沟槽，将导致补偿环不能作轴向位移，失去追随性，使密封端面分离而泄漏。对于间隙腐蚀，通常可以通过正常选材和合理的结构设计予以减轻。如选用具有良好的抗间隙腐蚀性能的材料;在结构设计上应尽可能避免形成缝隙和积液死区，或者采用自冲洗方式进行循环，使密封腔内的介质处于不断更换和流动状态，防止介质组分浓度的变化。对于长期停用的机泵，应将泵内积液及时排空等等。在结构上要完成消除间隙是不可能的，为减缓间隙腐蚀，一般采用保持性的轴套，在其密封圈安装部位喷涂耐腐蚀材料等措施加以防止。
电化学腐蚀实质是金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。产生电化学腐蚀的必要条件是:阳极、阴极、电介质、电流回路，除去或改变其中任何一个条件即可阻止或减缓腐蚀的进行。实际上，机械密封的各种腐蚀形式，大都同电化学腐蚀有关。对于机械密封摩擦副来说，经常会受到电化学腐蚀的危害，因为摩擦副组对常用不同种材料，当它们处于电解质溶液中，由于材料本身固有的腐蚀电位不同，接触时应会出现不同材料之间的电偶效应，即一种材料的腐蚀会受到促进，而另一种材料的腐蚀会受到抑制。例如铜与镍铬钢组对，用于氧化性介质中时，镍铬钢发生电离分解，盐水、海水、稀盐酸、稀硫酸等都是典型的电解质溶液，密封件在这种的介质中极易于产生电化学腐蚀。电化学防腐最佳途径是选择电位相近的材料或陶瓷与填充玻璃纤维聚四氟乙烯组对。
提高冶金工业泵用机械密封抗腐蚀性能，总体上是解决材料和结构两大问题。因此，为了确保“安全、稳顺、长期、满意、优质”地生产，必须正确选择密封材料及合理进行结构设计。
在材质选择上，密封材料主要是根据被密封介质的性质、工况和用途来选择的，密封材料凡是与输送介质相接触的零件，原则上要求比输送该介质用泵的过流部件的材质提高一级。由于密封件尺寸比机泵其他零件小，而且加工、装配更精密，通常要选用比机泵更耐腐蚀的材料。同时根据所输送介质的类别合理选择材质搭配。如摩擦副组对材料为硬对硬，能适应于各种结晶性强腐蚀流体;由耐腐蚀硬质合金组对，能适用于强碱盐介质环境;选用氮化硅与碳化硅组对，则适用于强酸，尤其是有结晶的盐酸介质环境。在选材时注意的是，对于直接与介质接触的密封件，虽然可参阅有关腐蚀手册中的数据选择适宜的材料，但这些数据未必与机械密封系统中的使用条件相符，因为它们大多是静态条件下测得的腐蚀数据，而工艺中输送的介质存在杂质或呈二次化合物。经验表明，压力、温度和滑动速度都能使腐蚀加速，密封件的腐蚀率随温升事指数规律增加，因此还应综合考虑冶金工业泵工作的工艺条件进行选材。
当输送强腐蚀流体时，从结构上可设法与腐蚀介质接触，可采用外装式波纹管结构、弹簧不与介质接触的内装式密封、或双端面密封结构和引入阻塞流体来保护，可以最大限度地减轻腐蚀对密封件的影响，因为它不直接接触工艺流体介质或与介质相接触的零件数最少，这也是在强腐蚀条件下，选择密封结构所要遵循的一条最重要的原则。对于毒性高，腐蚀性强的介质，可以引入隔离液进行保持，隔离流体起到安全屏障的功能。
采用防护层的方法来防止机械密封金属腐蚀是日前应用较多的一种方法，常用的保护层有金属保护层、化学保护层、非金属保护层三种。金属保护层是用具有阴极或阳极保护作用的金属或合金，通过电镀、喷镀、化学镀、热镀和渗镀等方法，在需要防护的密封金属零件表面形成金属保护层(膜)来隔离金属与输送介质的接触，或利用电化学的保护作用使金属得到保护，从而防止了腐蚀。
船舶上需要使用不同类型的泵来输送介质如水、燃油、滑油等等，其中以离心泵最为常见。它具有造价低廉、结构简单、紧凑、排量大而均匀、能运送甚至含有固体颗粒的液体等诸多优点。机械密封是一种依靠弹性元件和介质压力压紧动、静环端面从而达到密封的部件，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，所以有必要对离心泵的机械密封泄漏进行分析改进，以降低泵的故障率。
目前，大多数离心泵使用的都是机械密封，是靠一对相对运动的环的端面相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用。机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副，动环随泵轴旋转并在弹簧压力作用下紧紧地压在静环上作相对运动。这样，在动环和静环之间就形成了运动密封。一般要保持动静环之间液膜的厚度适宜，太厚泄漏量增加，太薄会发生干摩擦损坏密封面。另外，压紧元件产生压力，可使泵在不运转状态下，也保持端面贴合，保证密封介质不外漏，并防止杂质进入密封端面。密封元件（密封圈）起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用，同时还能吸收不利于运动密封面的冲击振动。
（1）主要动密封元件：动环和静环。动环与静环卡在轴套上，同泵轴一起旋转，静环固定在压盖内，用防转销来防止它转动。密封是靠动环与静环的端面相对运动贴合。
一般机械密封有4个可能泄漏点：（1）动环与静环之间，动环与静环之间存在运动间隙，液膜的厚度将影响它的泄漏量；（2）动环与轴套之间，动环可以沿轴向窜动；（3）静环与压盖之间，属于静密封点；（4）泵盖与压盖之间，也属于静密封点。
静密封主要是指静环与压盖和泵盖与压盖之间的泄漏。原则上讲他们之间的间隙越小，则泄漏量越小。
静密封点泄漏多数是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸不合适或本身有伤、老化变质等，特别要注意输送的介质对密封圈的腐蚀与加速老化。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，静密封基本上是可以满足密封要求的。
动密封泄漏主要指动环与静环和动环与轴套之间的泄漏，理论上影响动密封效果的主要有以下几方面：
（1）输送介质方面：泵输送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）泵轴方面：一般来说，轴愈粗则密封面愈宽，对垂直偏差也愈敏感，故愈易泄漏；轴在运转中愈易摆振，则愈易泄漏；转速愈高愈易泄漏。泵轴的轴向窜量过大，轴向力偏大，扰度偏大，对动密封效果将产生影响。机械密封又称端面密封，是一种旋转轴向的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封面之间要受力均匀。若泵轴向窜量大，造成密封端面距离增加，影响泄漏量；若轴向力偏大，使动环与静环压得过紧，加剧磨损；扰度偏大，使密封面之间的受力不均匀，导致密封效果不好发生泄漏。
根据机械密封泄漏分析可以看出，静密封泄漏主要由密封圈的材料决定，随着工艺水平的发展，会得到明显的改善；动密封的泄漏点主要还是集中在动、静环的两端面的相对运动产生摩擦，所以考虑从动静环设计着手来改善密封泄漏。
在机械密封组件中，一般动环部分的质量比静环部分大，故运转起来旋转动量大。泵在起停时或电力不稳定时，动静环端面之间的液膜还没有很好的建立起来，容易造成端面的干摩擦，损坏密封组件。通过减少动环的质量并适当增加静环的质量，降低了旋转惯性质量，减小动静环端面间摩擦造成的危害，从而提高了整个机封组件的稳定性和可靠性。
动静环两端面间的接触摩擦是造成机械密封失效的主要原因，而可以通过改善它们间的端面来降低摩擦。接触式密封的接触端面经常在一起摩擦，造成摩擦副端面温度过高，出现闪蒸现象，端面间同时存在气液两种状态，使摩擦副密封状态失稳，导致泄漏，尤其是在开停机或供电不稳时，更容易加剧摩擦。所以尽量使端面之间形成一层稳定的液膜，可以通过在动环端面开一系列的小螺旋槽，使端面之间形成稳定的液膜，这与减少旋转惯性的方法也是相对应的。注意安装时，应使螺旋槽的旋向与泵工作轴的转向相同。
利用波纹管代替弹簧，除了更好地保持弹簧弹性和耐腐蚀性外，还有一点就是它直接与动环接合，不用辅助密封圈，减少了一个泄漏点。或在结构上采取弹簧保护措施，使弹簧不与海水接触。
高密度聚乙烯装置的低压溶剂回收压缩机K-5001为立式四列往复式迷宫型压缩机，规格为ZW-71.43/0.23~16，由XXX设计院设计， XXX压缩机制造厂制造，属于国产攻关的第一台压缩机。此设备为装置的核心设备，一旦压缩机停机，提供反应环境的溶剂异丁烷物资将不能正常回收，将导致整个装置停车，更严重的将影响上游装置的停车，直接影响装置乃至公司的经济效益。
图1为此压缩机机械密封结构图，与其他机械密封类似，都是由动环、静环、弹簧、弹簧座、紧定螺钉、防转销、传动销组成的，从图上可以看出，机械密封泄漏的途径主要有六处；
泄漏一：垫片（序号7）作为机身与静环（序号1）之间的密封，此处密封为静密封，发生泄漏的可能性较小，垫片材质、尺寸满足要求，正常安装即可；
泄漏二：动环（序号2）与静环（序号1）之间：此处密封为动密封，发生泄漏的可能性最大。动、静环摩擦副是一对相对加工精度要求较高的产品，设备运行时，动静环之间形成油膜，摩擦副表面出现的任何微小的变化都会导致机械密封的泄漏；
泄漏三：O型圈（序号4）与曲轴之间，此O型圈防止油沿轴向泄漏。一旦O型圈出现故障，油将沿着轴向外泄漏，其中两次导致机械密封的泄漏都是由于此处的O 型圈发生断裂造成的，第一次O型圈备件采用瞬干胶粘结，长时间在油的浸泡作用下，瞬干胶溶解导致O型圈断裂，第二次新加工制作的O型圈不能满足耐油要求，最终变形断裂。
机械密封工作时，由密封流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一个微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以，获得长期密封效果。
高密度聚乙烯装置在2010年9月22日停车检修过程中，发生了五次机械密封泄漏现象。
第一次，在启动回收压缩机数小时后，机械密封大量泄漏，打开检查，发现机械密封动环断裂，检修人员更换新机械密封。
第二次，压缩机启动几分钟后，机械密封又发生了泄漏。打开检查，发现机械密封外侧动环和静环均发生断裂。
第三次，在厂家技术人员指导下，进行第二套机械密封的安装。在压缩机启动几分钟后，机械密封就发生泄漏，打开检查，发现外侧动环和静环断裂，外侧轴瓦局部发生脱落。此次对轴瓦进行了更换，并且对机械密封系统进行了改造，从供油总管与机械密封腔内增加管线，保证机械密封腔内供油充足，重新更换了机械密封。启动压缩机，运行正常，装置按照程序开车。
第四次，在压缩机正常运行两个星期后，机械密封发生泄漏，打开检查发现O型圈断裂（此O型圈为安装前粘接），机械密封动静环只是发生了偏磨，并无断裂破损现象，重新更换新的机械密封和O型圈，启动压缩机，正常运行。
第五次，压缩机运行一星期后，机械密封发生了泄漏，打开检查发现机械密封动静环完好，但新加工的O型圈严重变形并且断裂，发现此种O型圈不满足耐油的要求。更换原厂新O型圈，压缩机运行正常。
1）备件质量，元件制造精度不能满足要求，从第一套机械密封来看，圆柱销加工粗糙，不能保证动环在弹簧力的作用下及时补偿变形量，虽然在安装前对其进行了打磨，但是其精度不能保证。第四次更换的O型圈不是整体加工，而是粘接的，造成机械密封在更换不久就发生O型圈在粘结处断裂；
2）设计缺陷，在压缩机机械密封设计过程中，也存在问题，此机械密封为双端面机械密封，外侧的动静环在长周期运行过程中，机组内部不能为其提供充足的，也是导致机械密封损坏的原因；
3）工艺条件，密封圈加工未考虑工艺条件，厂家制造的静密封O型圈在加工过程中未考虑现场实际工况，造成了机械密封的泄漏。
1）从设备本身讲，首先，对原厂采购的机械密封备件严格把关，将上述不足之处反馈给机械密封制造厂家，以便对其进行改进；其次，对设备进行改进，从供油总管上向外侧动静环腔内加引油管，连续向动静环摩擦副供油，给摩擦副提供冲洗、冷却和的条件，并且将轴承座的回油孔减小，保证密封腔内有一定的压力。此外，厂家在加工过程中必须按照现场实际工况加工备件；
2）从工艺操作方面讲，在启动前按照启动步骤对设备进行盘车，设备运行过程中，尽量减小生产的波动，设备振动越小对机械密封长周期运行越有利；
3）从现场安装方面讲，首先检查机械密封各组件是否齐全；其次，密封表面粗糙度达到设计要求；第三，保证轴套表面光滑；第四，保证机械密封的压缩量；最后每次尽量更换静密封圈[1]。
通过以上分析，我们了解了机械密封失效的原因。通过改进，压缩机恢复了正常运行。在以后的工作中，多总结经验以保证设备的正常运行。
污水处理工程是环境保护的重要项目,而污水泵作为污水处理工程的主要配套设备被广泛应用于城市排污、矿山、冶金、电力以及石化等污水处理作业,发展前景广阔。污水泵产品除了要求技术性能好之外,密封是污水泵的关键,必须可靠性高,污水泵无故障运行时间长。污水泵在工作中,密封一旦失效,外部介质或油室中的油便会进入电机腔,引起潜水电机缺相、短路、漏电、烧坏电机,甚至影响人身安全。因此,为了进一步提高污水泵使用的安全性、运行可靠性以及提高污水泵无故障运行时间,有必要对污水泵通常使用的机械密封进行结构分析,实行改进。
目前,污水泵产品常用的密封形式有两种:填料密封和机械密封。填料密封,如图1所示,是最古老的一种密封结构,发源于工业革命之前的传统密封装置,有着100年的材料工艺、润滑剂系统和制造方法,并保持持续进步,目前很多的应用场合。经分析,该软填料密封结构存在如下缺陷:
1.密封介质含有的杂质严重影响密封性能。杂质进入软填料密封内部,进一步增大了填料密封和轴套之间的摩擦、磨损。虽然材料耐磨性较好,但是使用效果仍然不佳,泄漏频繁。另外由于没有采用封液对填料密封进行润滑冷却,也加剧了填料与轴套之间的磨损。
2.工作状态不稳定需频繁调整和更换填料。由于软填料自身具有的粘弹特性,在工作状态下会出现明显的应力松弛。为保持其正常的密封功能,需不断地通过压紧压盖来增大填料与轴的径向接触力,同时也增大了软填料与轴的磨损,因此不得不经常更换(或添加)填料,维修工作量和费用大大增加。
3.磨损严重致使能耗量大。根据软填料密封的工作机理,填料密封与轴(或轴套)之间必须保持较大的径向接触压力以维持密封,因此填料和轴(或轴套)的摩擦、磨损都很严重,在密封很快失去工作能力的同时,造成相当大的能耗浪费。
机械密封具有摩擦功率损失小、寿命长、不泄漏等诸多优点,目前已在水泵上广泛应用。要把填料密封结构的水泵改造成机械密封结构需从设计、结构和加工几方面考虑。
文献讨论了污水泵工况时软填料密封的失效原因,并提出了改进的方案,有一定的借签和实用价值;机械密封亦称端面密封,其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的作用下,依赖辅助密封的配合与另一端保持贴合,并相对滑动,从而防止流体泄漏。
污水泵中常用的机械密封结构有两种形式:一种方案是在潜水污水泵的油室里安装一套双端面机械密封(见图2);另一种方案是在污水泵油室里设置一套单端面机械密封,而另一套设置在泵腔,使用在所抽送的污水介质中。
1—轴套;2—动环辅助密封圈;3—动环;4—密封垫片;5—静环;6—静环辅助密封圈图机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副,动环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,可使泵在不运转状态下,也保持端面贴合,保证密封介质不外漏,并防止杂质进入密封端面。图2所示为双端面机械密封,水泵侧与电机侧两道密封端面都是靠弹性构件-弹簧和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表面上产生适当的压紧力,使这两个密封端面紧密贴合,端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。其中水泵侧密封端面与电机侧密封端面结合处B,是密封点,防止所抽介质进入油腔,防止油腔内的油进入电机腔;6为静环与压盖端面之间密封点, A处是动环与轴配合面之间的密封点,C是箱体间的密封。
图2中,A、B、C所示结构机械密封最容易出现泄露现象,由于使用介质的复杂性,易使抱轴橡胶老化,一旦出现老化就直接影响弹簧传动而使得密封失效,同时,两端面密封都得靠同一个弹簧产生压力,若其中一边端面接触失效,整套密封也就失效。因此,这种机械密封一直存在失效快、返修率高的不足之处,直接影响到泵使用寿命。
机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件,它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的,同时通过其基本原理可以看出,机械密封的正常运行是有条件的,例如:泵轴的窜量不能太大,否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压;机械密封处的泵轴不能有太大的挠度,否则端面比压会不均匀等等。只有满足类似这样的外部条件,再加上良好的机械密封自身性能,才能达到理想的密封效果。
污水泵填料筒的径向尺寸和轴向尺寸较小,影响了机械密封的安装。在满足强度的情况下,将填料筒的内径相应地扩大;若有轴套,可将轴套的外径相应地缩小或将轴套拆除。
(1)确定传动套或弹簧座在轴套上的位置。如图3所示。为了防止传动套或弹簧座同填料内套端面碰,把安装机械密封的起点尺寸定为[H-K=5~15mm]。
(2)确定轴套总长度。轴套的总长度一般比原来的总长度稍稍长一点。因为考虑到轴套尾端部分要伸出密封压盖5~10mm左右,以利于安装方便。尺寸根据设计的密封压盖厚度而定。
1.填料箱平面 2.填料箱壳体 3.填料内套 4.轴套 5.轴 6.密封圈 E.内套端面 H.填料箱深度 L.套筒长度
(4)轴套与轴的密封。轴套与的形圈轴的密封可采用聚四氟乙烯车制成直径为3mm的O形圈来进行密封。安装机械密封的轴套,要求具有良好的抗腐蚀性和耐磨性,对于放置动环密封圈的轴套表面要求镀铬处理,表面粗糙度为0.8。
(5)密封压盖结构尺寸的确定。机械密封的静环装在压盖上。压盖上安装静环的各种配合尺寸均按静环的几何尺寸进行设计,结构可参照机械密封有关资料。
(1)安装机械密封部位的轴或套。轴或套的径向跳动0.04~0.06mm;表面粗糙度不低于0.8,轴或套外径尺寸公差为h7;密封轴套端部必须做倒角并修光滑。
(2)密封压盖。密封压盖应有足够的厚度,防止在液体压力作用下产生变形;密封压盖固定螺栓不少于3个;与静环密封圈接触部位的表面粗糙度不低1.6,其接触面对轴中心线mm;安装静环密封圈的端部必须做倒角并修光滑。
(3)转子。瞬时轴向窜动量不超过±0.15mm;轴向游动量不超过±0.1mm轴振动量不超过±0.05mm。
(4)密封腔。密封腔与密封压盖配合的止口跳动允差为0.04~0.08mm;密封腔与密封压盖配合的端面跳动允差为 0.06~0.08mm。
将图2中C处密封面是机械密封最容易发生泄露处,而锥面机械密封特别适合于含有固体悬浊物的泵送设备,因此将C处改为锥面密封,如图4所示。静环材料为填充聚四氟乙烯,动环材料为不锈钢,锥面喷涂碳化钨。其主要特点为:
在设计中注意G与接触母线T的关系,当锥面机械密封的静环磨损后,接触母线长度T不断增加,使得载荷系数G不断减小。图5所示为接触母线长度T与载荷系数G的关系曲线,运转过程中,静环磨损和G值降低所造成的卸载,使密封比压pc降低。由此而产生泄漏时,必须通过调节弹簧压缩量(弹簧加载)来维持足够的密封比压。
机械密封在运转中,弹簧一般不再进行调整。弹簧在锥面机械密封中起着补偿密封环磨损卸载和G值降低卸载双重作用,设计中正确确定弹簧比压是保证密封性能和使用寿命的重要一环。
改造后的密封结构,密封可靠,泵在运转中基本不漏,调节维护方便。提高了密封性能,延长了运行周期,节省了检修费用。经过上述改造之后的污水泵运行良好,延长了设备的连续运行时间。
[3]田应雄,徐德东.关于液下污水泵轴封结构的改造[J].通用机械, 2008.73-74.开云APP 开云官网入口开云APP 开云官网入口开云APP 开云官网入口
