机械密封在泵类旋转设备中应用广泛，其运行状态直接影响设备的密封性能和使用寿命。在实际工况中，机械密封长期承受不同程度的振动作用，由此引起的端面磨损加剧、弹性元件疲劳损伤等问题，往往是密封提前失效的重要原因。

　　振动对机械密封的影响，目前可依据统计数据和动力学理论进行分析，但还难以精确量化各类振源的具体作用程度。因此，系统梳理振动的成因并采取针对性的预防措施，对保障密封稳定运行至关重要。

　　一、机械密封振动的两种类型

　　1. 强迫振动

　　强迫振动通常由以下因素引起：摩擦副接合面与旋转轴线不垂直、轴产生轴向振动，以及密封端面波度过大等。这类振动属于外部激励引发的被动响应。

　　2. 自激振动

　　自激振动由摩擦副间隙内流体膜失稳引起，实际工况中常见的情形是间隙内液体汽化。例如，某减压高温精馏底循环泵的机械密封，输送介质温度随精馏釜温度和真空度升高，摩擦副上的液膜极易汽化，由此产生自激振动并伴随强烈噪声，摩擦副润滑状况随之恶化。后经改造，采用背靠背双端面机械密封并自带高沸点正压封液系统，问题得到解决。

　　此外，密封缝隙内流体由层流向紊流过渡、或由亚音速流向超音速流过渡时，也可能引发轴向自激振动。

　　二、引起振动的主要原因

　　1. 泵自身结构引起的振动

　　离心泵由轴、轴承、叶轮及驱动装置等部件构成，其中任一环节异常都可能成为振源，包括：泵轴振动、转子不平衡、驱动轴不同心、轴承缺陷、叶片及轴上部件松动等。通过振动监测装置测得的频率特征，可对振源类型进行判别。

　　需要重点关注共振问题。机械密封的振动频率范围跨度很大，低时低于泵转速，高时可达每秒数千次。若激励频率与密封弹性元件的固有频率重合，将造成摩擦副磨损加快或弹性元件疲劳损伤。针对这一问题，设计和选型阶段应注意以下几点：

　　(1)保证可预测的共振频率不与激励频率重合，设计的临界转速不能与工作转速相距过近;

　　(2)转子应充分平衡，操作温度下的安装误差应降至zui低，避免密封弹性装置产生位移;

　　(3)弹性元件本身可承受大部分振动载荷，辅助密封如楔形环、O形圈、膨胀石墨等也具有一定减振效果;

　　(4)金属波纹管型机械密封需特别注意避免轴向共振，异常振动会加剧波纹管疲劳断裂，例如泵轴轴承轴向游隙调整不当即可能引发此类问题;

　　(5)密封环采用硬质材料时，条件允许情况下一般优先选用密度相对较低的碳化硅、陶瓷等材料，以降低共振风险。

　　2. 工况波动引起的振动

　　泵运行过程中，转子及机械密封会受到液力振动的影响。当流量偏离zui佳效率点时，叶轮入口处液体产生波动，叶轮入口及扩压管处流体压头增大;当介质汽蚀余量不足时，气蚀现象会使密封激振更为明显。此外，泵内介质自循环也会对入口流动形成干扰。

　　此类振动的振幅和频率具有随机性。在系统设计阶段，应使泵尽量在zui佳效率状态下运行，并保证泵具有足够的气蚀余量，防止介质在密封端面附近汽蚀而产生激振。

　　3. 温度及压力变化引起的振动

　　泵运行过程中温度发生变化时，各部件产生热变形，泵体相对于驱动装置发生偏移，进而引起机械密封振动。由于转子比壳体对温度变化更为敏感，当运行温度波动时，密封除承受部件错位引起的振动外，还需承受低频大振幅振动。

　　压力变化同样不可忽视。密封腔内压力波动时，作用在密封端面上的载荷随之变化，产生突变载荷并引发振动。由于机械密封一侧固定于壳体、另一侧固定于转轴，其结构必须具备吸收两类不同振动的能力。

　　4. 制造安装原因引起的振动

　　密封端面粗糙度过大时，端面贴合性难以保证，密封稳定性受到影响。对于O形圈、楔形环等滑动辅助密封件，端面载荷沿圆周方向分布不均是常见问题，应防止未受载一侧发生泄漏、受载一侧过度磨损，泄漏会将流体杂质带入端面液膜，加速端面磨损。

　　在密封件加工环节，一般无法通过机械方法完全平衡。设计时应尽量减少不平衡因素，例如单弹簧结构本身即存在不平衡，在制造精度较低的动环或动力传递存在脉冲波动的情况下，不平衡问题更为突出。

　　对于内装式机械密封，泵送介质自循环产生的冲击力是引起振动的常见原因。为减轻其影响，可采用以下措施：自循环流体采用切向入口;通过密封腔内衬套配合间隙控制循环流量;或将密封腔吸入管与排出管反接形成逆循环。其中逆循环方式常用于立式泵，可同时解决密封腔上部排气问题，在卧式泵设计中同样能显著改善密封效果，但这一措施在实际中常被忽视。

　　三、结语

　　由于目前很难定量地确定各种振源对密封性能的影响，也没有这方面的统一标准。而密封既是泵的主要部件、又受到泵系统的制约，因此，在分析各密封装置时，应考虑整个系统而不是单纯地把密封件看作安装在轴上的一个部件，尽可能避免各类因素引起的振动，对延长机械密封使用寿命、保障装置长周期稳定运行具有重要意义。

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