機(jī)械密封（端面密封）是一種用來(lái)解決旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)體之間密封的裝置。它是由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，利用流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力（或磁力）的作用及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體泄漏的裝置，常用于泵、壓縮機(jī)、反應(yīng)攪拌釜等旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，也用于齒輪箱、船舶尾軸等密封。因此，機(jī)械密封是一種通用的軸封裝置。

機(jī)械密封結(jié)構(gòu)多種多樣，最常用的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)是端面密封。端面密封的靜環(huán)、動(dòng)環(huán)組成一對(duì)摩擦副，摩擦副的作用是防止介質(zhì)泄漏。它要求靜環(huán)、動(dòng)環(huán)，具有良好的耐磨性，動(dòng)環(huán)可以在軸向靈活的移動(dòng)，自動(dòng)補(bǔ)償密封面磨損，使之與靜環(huán)良好的貼合；靜環(huán)具有浮動(dòng)性，起緩沖作用。為此，密封面要求有良好的加工質(zhì)量，保證密封副有良好的貼合性能。構(gòu)成機(jī)械密封的基本元件有靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、動(dòng)環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈軸套密封圈等。

彈性元件（彈簧、波紋管）主要起預(yù)緊、補(bǔ)償和緩沖的作用，要求始終保持足夠的彈性來(lái)克服輔助密封和傳動(dòng)件的摩擦和動(dòng)環(huán)等的慣性，保證端面密封副良好的貼合和動(dòng)環(huán)的追隨性，材料要求耐腐蝕、耐疲勞。

輔助密封（O形圈、V形圈、U形圈、楔形圈和異形圈等）它主要起靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的密封作用，同時(shí)也起到浮動(dòng)和緩沖作用。要求靜環(huán)的密封元件能保證靜環(huán)與壓蓋之間的密封性，靜環(huán)有一定的浮動(dòng)性；動(dòng)環(huán)的密封元件能保證動(dòng)環(huán)與軸或軸套之間的密封性和動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性。材料要求耐熱等。

機(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)可靠，泄漏量可以限制到很少，只要主密封面的表面粗糙度和平直度能保證達(dá)到要求，材料耐磨性好，機(jī)械密封可以達(dá)到很少的泄漏量，甚至肉眼看不見(jiàn)泄漏。

（2）壽命長(zhǎng)。在機(jī)械密封中，主要磨損部分是密封摩擦副端面，因?yàn)槊芊舛嗣娴哪p量在正常工作條件下不大，一般可以連續(xù)使用1～2年，特殊場(chǎng)合下也有用到5～10年。

（3）運(yùn)轉(zhuǎn)中無(wú)需調(diào)整。由于機(jī)械密封靠彈簧力和流體壓力使摩擦副貼合，在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)保持接觸，裝配后就不用像普通軟填料那樣需調(diào)整壓緊。

（4）具有耐振性。在轉(zhuǎn)速為3000r/min下最大振幅不超過(guò)0.05mm使用PV值不斷提高。

（5）功率損失小。填料密封是靠盤(pán)根的壓緊在軸上或軸套上起作用的。填料密封與軸直接摩擦，填料壓的越緊摩擦力就越大、消耗功率也就越大。而機(jī)械密封的摩擦是處于半液摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)非常的小，機(jī)械密封的功率損失是填料密封的10%～50%。

（6）波紋管密封軸或軸套不受磨損，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對(duì)殼體的偏斜不敏感。

（7）適用范圍廣。當(dāng)介質(zhì)易燃、易爆、有毒、有害時(shí)，采用機(jī)械密封可保證密封。它還適用于高溫、低溫、高壓、真空各種轉(zhuǎn)速及腐蝕介質(zhì)的設(shè)備密封。

缺點(diǎn)

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，拆裝不便，要求一定的安裝技術(shù)等，特別是干氣密封的安裝要求更高。而且密封技術(shù)發(fā)展的很快，新技術(shù)不斷出現(xiàn)給我們維修帶來(lái)了新的課題。

機(jī)械密封的失效實(shí)例中，以摩擦副、輔助密封圈引起的失效所占比例最高，最典型的實(shí)例如下：

01端面不平

在鈉光燈下用平晶檢測(cè)密封面，平面度誤差為2.7μm（見(jiàn)圖一）。密封面這種局部平面誤差是由于研磨拋光不良引起的。在這種情況下，密封的泄漏較嚴(yán)重。

02粘著磨損

由于密封過(guò)熱過(guò)載，從而使軟質(zhì)材料碎片移附到硬質(zhì)材料表面，成團(tuán)的微粒十分頻繁地形成，然后又崩落，因而產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損（見(jiàn)圖二）。

03熱變形

密封面上有對(duì)稱(chēng)不連續(xù)的亮帶，這是由于熱變形引起的（見(jiàn)圖三）。有時(shí)，這種狀態(tài)觀察不出來(lái)，只有在端面上涂以紅丹粉，通過(guò)與平面輕輕研磨才能發(fā)現(xiàn)。出現(xiàn)這種情況，主要是由于不規(guī)則的冷卻，引起密封面的熱應(yīng)力變形。

04熱裂紋

密封面上產(chǎn)生的細(xì)裂紋有三種：A）徑向裂紋；B）徑向裂紋帶有水泡或疤痕；C）表面龜裂（見(jiàn)圖四）。

陶瓷或硬質(zhì)合金環(huán)密封面尤其容易產(chǎn)生這種損傷。這種裂紋象切削刀刮削碳石墨環(huán)或其它材料的密封面一樣，會(huì)很快使對(duì)磨的軟環(huán)凸臺(tái)消失完。產(chǎn)生熱裂最普遍的原因是：缺乏適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和冷卻措施，密封面液膜汽化蒸發(fā)，PV值高等。

05端面偏斜

表征為密封面磨損不均勻，造成密封面中凸或中凹，在介質(zhì)變壓力工況下，表現(xiàn)為密封性能不穩(wěn)定；能使密封面摩擦轉(zhuǎn)矩增大，并產(chǎn)生大量的摩擦熱（見(jiàn)圖五）。產(chǎn)生端面偏斜的原因有：工作壓力超過(guò)許用值，或液力平衡選取不當(dāng)?shù)取?/span>

06磨粒磨損

磨粒磨損通常是由于嵌入軟環(huán)內(nèi)或附夾在端面間的顆粒所引起的（見(jiàn)圖六）。后者比前者引起的磨損小。前者磨損往往出現(xiàn)在硬環(huán)端面上，呈圓周溝槽且同心分布。圖中的碳化鎢硬質(zhì)合金的磨損痕跡即位一例。

07流體的浸蝕和氣蝕

密封件的內(nèi)外圓表面、背端面出現(xiàn)凹坑麻點(diǎn)，這是因高速流體長(zhǎng)期沖擊的結(jié)果（見(jiàn)圖七）。就流體浸蝕來(lái)說(shuō)，破壞是由于小滴液強(qiáng)烈的壓縮脈沖傳到材料表面引起周?chē)娣e強(qiáng)大的剪切變形，這種變形反復(fù)進(jìn)行，就能引起疲勞破壞型麻點(diǎn)。氣蝕是由于流體流動(dòng)連續(xù)性被破壞，在高速運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)的表面接觸中形成的蒸汽泡或氣泡的破滅所引起的沖擊而產(chǎn)生的。

08密封環(huán)的機(jī)械變形與熱變形

09橡膠O型圈的擠出損壞

由于壓力作用及介質(zhì)的侵蝕，使O型橡膠圈變軟，而擠入小間隙中，又由于應(yīng)力集中使密封圈出現(xiàn)斷裂或剝落（見(jiàn)圖九）。

10橡膠O型圈永久變形

由于高溫、壓縮率過(guò)大或過(guò)載等使橡膠O型圈變成方形（見(jiàn)圖十）。

11橡膠O型圈溶漲

由于橡膠與介質(zhì)的不溶性，O型圈發(fā)生溶漲而變軟、發(fā)粘、起皮、破裂（見(jiàn)圖十一）。

12橡膠O型圈老化

橡膠老化表現(xiàn)為變硬，通常是由于儲(chǔ)存期過(guò)長(zhǎng)，接觸陽(yáng)光、臭氧或是受熱老化變硬，因而失去彈性（見(jiàn)圖十二）。

13橡膠O型圈表面產(chǎn)生裂紋

橡膠O型圈長(zhǎng)期處于拉伸狀態(tài)下，在空氣中放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，表面接觸油污，或受臭氧影響，都可產(chǎn)生表面龜裂（見(jiàn)圖十三）。

14橡膠O型圈擠裂啃傷

由于座孔和軸端未倒角，或殘留毛刺，O型圈裝入時(shí)被啃傷劃破（見(jiàn)圖十四）。

15O型圈內(nèi)周被磨損

當(dāng)軸表面粗糙，軸竄動(dòng)，軸與密封件不垂直而偏斜、振動(dòng)，支座偏歪時(shí)，補(bǔ)償環(huán)O型圈與軸間產(chǎn)生微量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使橡膠O型圈磨損（見(jiàn)圖十五）。

16O型圈處被阻塞

在密封介質(zhì)的一側(cè)，由于固體物料比率高或纖維物料多，補(bǔ)償環(huán)作浮動(dòng)調(diào)整時(shí)，固體物或雜質(zhì)進(jìn)入期間，產(chǎn)生阻塞，補(bǔ)償環(huán)不能作軸向滑移和浮動(dòng)調(diào)整；在大氣一側(cè)，由于液膜蒸發(fā)、冷凝沉積、分離蒸餾，引起濃縮物的堆積、也能阻塞O型圈正常滑移和調(diào)整，從而使密封端面不能接觸而產(chǎn)生泄漏（見(jiàn)圖十六）。

17O型圈扭曲

橡膠O型圈的扭曲現(xiàn)象大多發(fā)生在密封距形安裝槽的結(jié)構(gòu)上，當(dāng)O型圈的斷面粗細(xì)不勻，或組合軸孔表面不光潔以及壓縮率過(guò)大時(shí)，都會(huì)引起O型圈扭曲（見(jiàn)圖十七）。

18焊接波紋管破裂

這種現(xiàn)象大部分發(fā)生在波紋管兩端的內(nèi)焊縫處。這是因?yàn)閮?nèi)焊縫承受較大的拉力，并且兩端焊縫因振動(dòng)波的傳播使其工作條件更加惡劣；應(yīng)力集中對(duì)焊頭疲勞強(qiáng)度影響很大。從焊縫橫斷面來(lái)看，大多數(shù)裂紋產(chǎn)生在熔合線附件，這主要是由于焊縫根部的應(yīng)力集中。如焊接熱對(duì)片材冷作硬化的消除，使接縫區(qū)母材軟化而產(chǎn)生應(yīng)變。波紋管與前后端焊接的環(huán)座壁厚不等，其薄弱環(huán)節(jié)就在外徑邊緣上。使用中應(yīng)力主要作用在該處而產(chǎn)生裂紋。

不同的焊頭造成不同應(yīng)力集中和不同的破裂特征。圖十八為波紋管焊頭的情況。a、b、c焊頭可以形成光滑的焊接，a為不對(duì)稱(chēng)焊頭，這種焊頭往往沿焊縫較小一側(cè)破裂；b焊頭太小強(qiáng)度不足，在交變應(yīng)力下常常沿焊頭中間開(kāi)裂；c焊頭是過(guò)分加強(qiáng)的焊頭，也容易造成較大的應(yīng)力集中。適合的焊頭應(yīng)三倍于波片的厚度。

19壓蓋變形使墊片損壞產(chǎn)生泄漏

壓蓋的剛性較差，將會(huì)出現(xiàn)圖十九所示的情況，即靜密封墊片損壞而產(chǎn)生泄漏。

上述典型失效案例可以看出，故障分析是解決密封泄漏和損壞的一種非常有效的方法。這種方法簡(jiǎn)單易行，而且很容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的焦點(diǎn)，并針對(duì)性地加以解決。任何一種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械密封都有其優(yōu)點(diǎn)，但也不可避免地存在一些局限，只能通過(guò)舉一反三，掌握其原理，從多方面出發(fā)考慮，綜合分析故障原因，再針對(duì)不同設(shè)備、不同工況，分別加以分析，選擇最佳的配套方案，來(lái)解決機(jī)械密封的現(xiàn)場(chǎng)故障。