机械密封可控性研究及其工程应用问题的探讨

摘要：机械密封是新世纪全球各国工业生产中不容忽视的重要问题之一，尤其是在石油化工生产领域，它的地位更为突出，作用更加明显，是备受业内人士关注和重视的问题。然而在普通的机械密封工作中，一般在工作中都只是设计点的稳定、正常运行，而很少关注其他条件下的密封问题，使得在工作中因为密封控制不佳而造成了严重的工作缺陷，甚至是引发严重的经济损失和环境污染。本文从理论和实践两个方面分析了机械密封可靠性研究的可信性，结合其中存在问题探讨了其未来研究方向。

关键词：机械密封；可靠性；石油化工企业；工作寿命

离心泵、搅拌机、压缩机等旋转机械在工作的过程中大都采用了机械密封装置。近年来，因为机械结构、材料的不断改善，机械加工、装备精度也得到了极大的提高，这不仅增强了其密封性，同时显著的增长了故障出现的间隔时期，提高了结构应用的可靠性。然而在机械密封泄漏装置的应用中，这些问题不仅是机械故障之一，更是引发企业安全事故的主要原因之一。为此这里我们有必要对机械密封可控性进行研究，以保证机械使用效率和工作寿命。

一、机械密封可控性分析

在普通的机械密封控制和管理工作中，一般都只是针对机械的稳定运行条件而言的，而当工作条件或者是工作环境发生变化的时候，经常会因为生产值以及工作稳定性不佳而导致密封断面出现开裂，大大的缩短了机械的使用寿命，甚至是出现泄漏以及密封失效隐患。这些问题的出现不仅使得整个企业停产而引发经济损失，甚至是造成严重的环境污染，这些经济损失往往都是密封本身装置价格的几倍、几十倍甚至是上百倍。特别是对于石油化工企业而言，一旦出现机械密封时效，其所引发的环境问题极为严峻，由此造成的经济损失不可估量。可见，在目前的社会发展中做好机械密封可控性分析是多么的重要。

1、机械密封的理论研究

机械密封在设计的过程中，最为关键的内容便是如何获取低泄露的同时减少密封构件表面出现的摩擦损失，提高构件的使用寿命和效率。根据当前的理论性进行分析，其在工作的过程中主要可以从泄漏量和磨损率两个方面进行研究和分析，从而保证工作的正常开展，

2、机械密封的实践分析

机械密封泄露是最为常见的机械故障之一，尤其是在石油化工企业的生产和工作中，它一旦出现，其所造成的负面影响极为突出。就过去生产工作中所采用的离心泵、压缩机、搅拌机等机械进行分析而言，由于受到材料、结构的变化要求，使得机械加工量、装备精确度都得到了极大转变，这不仅增强了其密封性，而且有效的缓解了故障问题，提高了结构的稳定性。但是就过去工作而言，因为机械密封管理控制不科学、机械保养不完善而引发的机械密封不佳问题时有发生，这就需要我们在工作中做好机械密封可控性实践管理。

二、机械密封可控性研究

机械密封可控性研究的工作目的不仅仅在于提高机械密封的可靠性和工作寿命，同时对于整个机械设备的运行可靠性和耐久性也有着重要的意义。在工作中，为了降低泄露量，人们有意识的提高机械密封的断面比压，同时减少断面结构的磨损率，从而减少结构摩擦阻力，降低因为摩擦而造成的密封性不佳。经过过去长期的工作实践分析总结得出，工作人员通过获取可靠性好、耐久性高的工作寿命，从而提高机械密封装置的标准量和端面的比压范围，这为日后密封装置的检测提供了科学可靠的理论依据。

在机械密封可控性研究过程中，许多学者把机械密封的端面温度作为反馈参数，而把端面比压或膜厚作为控制参数。T.G.Doust和A.I.Parmar的研究表明，机械密封的端面温度是影响其密封性能的重要因素。端面磨损的结果使得端面温度升高，温度的升高速度反映了机械密封端面的磨损水平。

三、工程应用以及其中存在问题分析

在目前的工作实践中，通过对机械密封装置的可控性进行分析得出，反馈信号可谓是最为关键的内容，它主要包含了端面温度、端面膜厚度、端面摩擦系数以及泄露量，为此在控制的过程中需要针对这几方面的内容进行研究，从而保证整个工作的顺利进行。

1、端面温度

在工作中，采用端面温度作为可控机械密封装置的管理系统以及反馈信号是最为常见的，它不仅是因为密封箱内介质温度变化处于恒定状态，同时端面温度的变动也与摩擦系数密切相关。

2、端面膜厚度

尽管端面膜厚是影响机械密封性能和寿命的重要参数，但要在工业装置上采用端面膜厚作为反馈信号参数，还有待于更深入的研究。通常使用涡流传感器测量端面膜厚。由于工作过程中机械密封的膜厚很薄，处于10-7～10-5 m的数量级，而装置设备运转时引起的机械密封振动幅值至少也处于膜厚数量级，甚至还远远大于这个数量级，因此，即使涡流传感器的精度很高，也会因为噪声过大而淹没实际膜厚信号。

3、反馈执行机构

反馈执行机构是可控机械密封正常可靠运行的保证。执行元件通常有压电晶片、电磁铁、调节阀和液压缸等。以压电晶片制作的执行元件，其特点是在其两端加上电压，使晶体本身产生膨胀。建立一个端面温度和输入晶体两端的电压关系以及膨胀率和压力之间的关系，是实现控制功能的关键。压电元件在介质中的绝缘性能要求是其工业化推广的主要障碍。电磁铁作执行元件，其特点是以通电线圈代替弹簧提供闭合力。由于温度的输出和线圈的输入都是电压量，因而可以方便地控制机械密封端面比压或膜厚，安装要求也不高。

四、研究方向

随着密封技术、制造技术、计算机技术的发展以及工业化生产的需求，机械密封可控性研究应该更多地考虑控制系统设计的先进性、传感器设计制造安装的现实性和执行机构的可操作性。

1、机械密封控制系统工业化结构

生产装置上应用的机械密封控制系统，一般要求：安装方便，快捷；具有一定耐压力波动能力；稳定的工作性能；较高的可靠度：价格低廉。

2、关键技术

工业装置用机械密封控制系统的实施，关键技术之一是小量程大孔径转矩传感器的设计制造，另一关键技术是稳定可靠的执行机构的设计制造与安装。传感器材料选择的合理与否对传感性能有着重大的影响。传感器的稳定性是工业装置用机械密封控制系统正常运行的基础。执行机构的灵敏度与精度是机械密封控制系统正常运行的保证。

五、结束语

理论分析表明，调节机械密封端面比压，可以改变动静环表面接近量与端面间液膜厚度，实现对机械密封装置控制的主要手段，也是促进石油化工企业可持续发展的关键。

参考文献

[1] 孙见君，魏龙，朱洪生. 弹簧比压可控振动可测型机械密封试验装置[J]. 石油机械. 2002（02）

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[3] 黄传清，陈英杰. 表面粗糙层对两圆柱体接触的影响[J]. 力学与实践. 1997（04）

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