摘 要：研究机械密封失效的机理，提出密封效能延长的对策。将机械密封失效的成因划分为化学损坏、热损坏和机械损坏，规划密封效能延长的整体控制方案，尤其从外冲洗、内冲洗和循环冲洗三个方面着重介绍其中的温度控制策略。做好机械密封失效成因的分析，有针对性地采取相应措施延长密封寿命，是满足机械正常使用、取得良好實践成效的有力保障。
关键词：机械密封；失效机理；效能；温度控制；密封寿命
中图分类号：TB42 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2017） 03-199-03
工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.03.056
引言
在不断进步的密封技术中，机械密封凭借其泄漏量少、性能可靠、功耗低及使用寿命长等优良特性，被广泛应用于化工、石油等诸多行业中[1-6]。机械密封失效机理的分析，可为密封效能的延长提供对策，是一直以来的研究热点。
1 机械密封失效机理
机械密封失效成因包括化学损坏、热损坏和机械损坏，分别体现为腐蚀、过热和磨损。
1.1 化学损坏——腐蚀
图1所示为典型的腐蚀示意图。由此可知腐蚀主要体现为三个方面：
（1）表面腐蚀。这主要是由密封材料选择不合适造成的，需按照实际情况选择耐腐蚀性较高的材料取而代之。表面腐蚀属于一种均匀性腐蚀，会导致密封件失去固有的强度，同时还会降低其硬度。
（2）点蚀。由于金属材料表面的剧烈腐蚀会形成点状物，故而得名。相比表面腐蚀，点蚀的威胁性更大，一般在铜或镍含量较多的金属材料上出现。
（3）晶间腐蚀。是指在金属晶界面上出现的剧烈腐蚀现象。虽然这种腐蚀发生概率较小，但能够直接腐蚀金属深处。奥氏体的不锈钢材料一般在450～850℃时出现晶间腐蚀。一个有效的防止手段是对材料进行钝化处理。
1.2 热损坏——过热
过热会导致三大问题：
（1）热裂。过大的热应力导致密封环表面存在径向裂纹，加剧机械密封环的磨损，进而对整个密封系统的泄漏量产生影响。
（2）泡疤。主要出现于热油泵碳石墨表面，体现为疤块或凹坑。通过浸锑或浸铜的材料可以做好泡疤的防范。当然，外部辅助措施也可改善散热。
（3）咬合破裂。高温环境下，如果存在干摩擦的现象，那么在很短时间内即会导致密封的端面过热，出现熔滴，最终发生咬合破裂。高温环境下，最好选择浸渍金属石墨法防止咬合破裂。图2所示为咬合破裂的三种情形。
1.3 机械损坏——磨损
图3为磨损的典型示意图。磨损主要体现为：
（1）摩擦磨损。当固体颗粒进入密封端面后，会增大摩擦副软材料的磨损。同时，轴、轴套以及传动销位置的机械磨损也属于摩擦磨损。
（2）冲刷磨损。密封的流体会造成密封原件的冲刷磨损。尤其在高速度、高压差的重负荷密封中更是如此。
（3）开裂。脆性材料极易开裂。若材料所承受的扭矩过大，或存在销钉的冲撞，也会造成开裂。
2 机械密封效能延长策略
为了延长机械密封效能，应首先进行工艺性检查。主要包括四大原则：
（1）检查密封腔压力，观察其是否处于静态压力及动态压力的密封限制范围内。
（2）检查密封材料，确定其是否满足规定操作温度。
（3）对整个密封系统的温度和压力、介质的粘度和密度进行检查，同时确保旋转件转速控制在允许范围内。
（4）检查管道布置方案，确认其是否能够满足工况的具体要求。
下文主要对整体系统控制进行概述，并着重介绍其中的温度控制。
2.1 整体系统控制
机械密封系统包含了诸多基本组件，如压力罐和增压罐，有利于工作系统以及相应仪表和管件的环境改善。这些构件是在不同的密封环节中使用的，具体作用如下：
（1）大量数据显示，在实际工作中，这一系统可以增强安全性能，增大密封寿命，在大部分密封应用中发挥了重要作用。
（2）系统拥有液体的清洁功能以及杂质的去除功能。通过网式过滤器以及旋液分离器，可将内部的杂质完全去除。
（3）双端面机械密封方法可改善系统环境的流体介质，利用本身的自润滑功能将原本难以实现密封的洁净液封介质替换掉。
（4）具备调节密封的作用，降低密封件变形的可能性。
2.2 温度控制
温度控制的一个重要机制是冲洗，是指在高压侧直接注入或排出冷却液体，直接冷却系统，避免端面出现液膜气汽化的问题。冲洗方式主要包含内冲洗、外冲洗及循环冲洗三种。
内冲洗主要是利用系统主机压差或密封腔内泵效装置压差，确保主机中的密封介质可以通过封腔形成闭合回路，改善密封条件。由于内冲洗的重点在于选择主机的密封介质，所以通常在介质温度偏低或杂质含量偏少的工作场合中使用。
外冲洗主要是通过密封腔中外来冲洗液的注入而实现的，如图5所示。外冲洗需要选择洁净的、能够与密封介质相互融合的液体。一般来说，耐高温、耐腐蚀性强和含有固体颗粒的液体较为适合。然而，外来冲洗液应保证本身固有的洁净性，不得有任何微小颗粒物质的存在，同时还要保持较为理想的自润滑状态，也不可在工作过程中出现汽化现象。一般而言，冲洗压力要高于腔内压力10～20 N。
循环冲洗主要是利用高低压两端的压差，发挥循环轮装置的热虹吸效应。循环冲洗主要是通过腔体之内的泵效装置，确保内部形成闭合回路，进而利用本身的密封旋转轴作为动力。具体实现方法是在密封腔内部安装一个叶轮，将密封液输送到另一个冷却器之中，然后再送入密封腔。
3 结束语
做好机械密封失效原因的分析，有针对性地采取相应措施延长密封寿命，方可满足机械正常使用条件，最终取得良好的实践成效。
参考文献
[1] 赵昕. 机械密封失效的原因及其改进策略[J]. 机械研究与应用， 2011（1）： 104-106.
[2] 王晓青. 机械密封失效的影响因素与影响机制研究[J]. 石油化工设备， 2011， 40（5）： 24-28.
[3] 孙三朵. 机械密封失效原因分析探讨[J]. 中小企业管理与科技， 2011（30）： 302-303.
[4] 刘刚. 机械制造智能化发展趋势探析[J]. 工业技术创新， 2017， 4（1）： 171-173.
[5] 王庆龙， 李文军. 机械设备管理与维修技术的现状与措施[J]. 工业技术创新， 2016， 3（6）： 1264-1267.
[6] 李明明， 白志红. 机械加工工艺技术误差分析与控制[J]. 工业技术创新， 2016， 3（5）： 1013-1015.
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