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    机械密封密封失效的原因及分析

    机械密封密封失效主要有下述三种原因:

    (1)、密封面打开

    在修理机械密封时,85%的密封失效不是因磨损造成,而是在磨损前就已泄漏了。

    当密封面一打开,介质中的固体微粒在液体压力的作用下进入密封面,密封面闭合后,这些固体微粒就嵌入软环(通常是右墨环)的面上,这实际成了一个“砂轮”会损坏硬环表面。

    由于动环或橡胶圈紧固在轴(轴套)上,当轴串动时,动环不能及时贴合,而使密封面打开,并且密封面的滞后闭合,就使固体微粒进入密封面中。

    同时轴(轴套)和滑动部件之间也存在有固体微粒,影响橡胶圈或动环的滑动(相对动密封点,常见故障)。另外,介质也会在橡胶圈与轴(轴套)磨擦部位产生结晶物,在弹簧处也会存有固体物质,都会使密封面打开。

    (2)、过热

    因密封面上会产生热,故橡胶圈使用温度应低于设计规范。氟橡胶和聚四氟乙烯的使用温度为216℃,丁晴橡胶的使用温度为162℃,虽然它们都能承受较高的温度,但因密封面产生的热较高,所以橡胶圈有继续硫化的危险,最终失去弹性而泄漏。(冷区考虑冷脆)

    密封面之间还会因热引起介质的结晶,如结碳,造成滑动部件被粘住和密封面被凝结。而且有些聚合物因过热而焦化,有些流体因过热而失去润滑等甚至闪火。

    过热除能改变介质的状况外,还会加剧它的腐蚀速率。引起金属零件的变形,合金面的开裂,以及某些镀层裂缝,设计应选用平衡型机械密封,以降低比压防止过热。

    (3)、超差

    正确的装配公差,对于安装机械密封是很必要的,轴(轴套)必须有合适的表面粗糙度和正确的尺寸,但制造者很少提供公差数据,这些数据对安装来讲都是很关键的。(依靠经验和常识)

    机械密封的尺寸精度及形位公差必须符合图纸要求,超差将会导致密封提前失效。



    机械密封密封失效的原因分析

    密封面本身也会提供密封失效的迹象,如振动时,在传动零件上就会有磨损的痕迹,如痕迹不明显,则一般是装配不当造成的。

    对于质量较差的石墨环(动环)来讲,其内部气孔较多,这是因为在制造过程中,聚集在石墨内部的气体膨胀将碳微粒吹出的所致,因此这种低质的石墨环在密封启用中,其碳微粒很容易脱落,而使密封面在密封停用时粘住。

    密封面内圆柱面上的伤痕很可能是外面的杂物进入密封面或安装不当造成的。密封面上的环形沟槽,多数是固体微粒沉积于密封面而引起的。

    石墨环(动环)的裂纹是由于传动件的振动,橡胶圈的涨大以及石墨环本身的内应力造成的,而结焦则是因高温所致,这在炼油厂的高温热油介质中是常见的。

    发烟硫酸、硝酸、氢氟酸、次绿酸钠、王水、过氢氧化物等对石墨有侵蚀作用的几种强氧化剂,其腐蚀作用随温度增加而加剧。

    通常硬环(静环)表面的过热会引起密封环的严重磨损,如无冷却的立式泵。在高温、高压下、弹簧压缩过大,轴串动也会过大的情况下,都会引起密封面的过渡磨损,

    在检查硬环表面时有四种迹象要注意:

    a、陶瓷环破裂;b、热裂;c、刻痕;d、镀层的脱落。

    陶瓷环装配过紧是破裂的主要原因,装配不当者也是一个较常见的原因。

    由于镀层材料与基体材料二者线胀速率不同,所以温度升高时,环表面会出现裂纹,司太立特合金尤为严重。在较高级的涂层材料中,钴基碳化钨不如镍基涂层。而对密封面进行冷却,能有效地防止热裂,残留在密封面上的固体微粒经常损坏表面,如磨削时砂轮上的砂粒就会损伤硬环表面,导致密封面打开或在密封面之间生成结晶物,而在重新研磨石墨环后,研磨料就会嵌入石墨环表面。

    橡胶圈的失效与使用方式有关,通常高压是使压制成型的○型圈失效的一个原因,当发现○型变成矩形或环变硬时,就需要调整压缩量,否则会发热。所以有必要了解一种合成橡胶的使用温度。合成橡胶圈溶胀大多半是因化学侵蚀造成的,它们都具有一些各自的特点,如氟橡胶耐较高温度,而乙烯、丙烯○型圈在石油润滑油中使用会胀大,臭氧对丁晴橡胶有侵蚀作用,所以丁晴橡胶制品不要装在电动机内,因此高温及化学腐蚀通常是造成橡胶制品硬化、裂纹的主要原因。

    安装时橡胶制件被割伤和表面有刻痕,也是密封失效常见的原因。而轴上的旧固定螺钉、键槽、花键轴,锋利的轴肩等迹象都会损伤橡胶制件。

    这里,对于密封面磨损痕迹尚需补充以下几点,检查磨损痕迹,可以帮助分析故障。

    (1)、磨损变宽:表明机泵发生了严重的不对中。其原因是:

    a、轴承损坏;

    b、轴振动或轴变形;

    c、轴弯曲;

    d、泵汽蚀产生振动;

    e、联轴器未对中;

    f、管子严重变形;

    g、密封静环倾斜。

    (2)、磨痕变窄:磨痕比两个密封面的最小宽度还要窄,这说明密封超压,压力或温度使密封面变形。

    (3)、无磨痕:

    说明密封面不粘合。检查弹簧等补偿机构是否打滑或受阻碍。

    (4)、密封面无磨痕但有亮点。

    密封面翘曲会出现有亮点而无磨痕。压力太高,压盖螺拴未拧好或未夹好,或泵表面粗糙均能形成亮点。当采用两个螺拴的压盖时,其刚度不够,变形也是形成亮点的一个原因。

    这种症状的出现说明:密封可能一开车就发生泄漏。

    (5)、密封面有切边:

    这是由于密封面分得太开,而在合拢时断裂。闪蒸(气化)是较普遍的密封面分开的原因,特别是在热水系统或流体中有凝液时,水从液体膨胀成蒸气,可使密封面分开。(冷介质气化也同样会造成)

    密封的金属零件,如弹簧、固定螺钉,传动件及金属套都可能成为密封失效的根源。受交变应力作用的弹簧受腐蚀是它的首要问题,因为金属在应力作用下会迅速腐蚀,不绣钢弹簧易受氯化物的应力腐蚀,且世界上存在许多的氯化物,所以有国外部门建议,不要使用不锈钢弹簧,而推荐使用耐蚀性较高的哈斯特合金钢的弹簧。另外,装配不当造成弹簧疲劳是失效的又一原因。

    机械密封使用的固定螺钉,不要用硬化后的材料来做,因热处理会降低金属的耐蚀能力,而未经热处理的较软的固定螺钉能紧固在轴上。

    振动、偏斜、不同心会使传动件磨损,如密封面启动时有粘住的现象时,传动件会弯曲甚至损坏,而磨擦作用产生的热常常加剧腐蚀。

    金属套外圆表面的磨痕,可能是从密封侧进入套内的固体微粒造成的,它干扰密封的随动能力。也可能是偏斜,不同心的原因造成的。

    金属在温升过程中要改变颜色,不锈钢在使用时应注意下列温度时的颜色。

    淡黄色————温度为700~800℉(约370~432℃)

    棕 色————温度为900~1000℉(约486~540℃)

    兰 色————温度为1100℉(约590℃)

    黑 色————温度为1200℉(约648℃)

    当密封失效不符合上述任何一种时,检修就比较困难,但下面几种情况的泄漏可供参考:

    (1)、泵轴套泄漏

    许多轴套不伸出密封箱,因此要判断泄漏的来源是很困难的。轴套的泄漏通常是稳定的,而密封面的泄漏往往是增加或减小。密封面泄漏后,使表面不平,但有时也会磨合到原状。(有时不要急于检修,可观察一段时间再说)

    (2)、如密封周围是潮湿的,而且看不出漏。这在起动时泵运转产生的离心力使泄漏的液体回到密封面内,起一道屏障的作用。而从泵上的法兰或接头泄漏的液体滴入填料箱内。

    (3)、热膨胀能使镶接在金属部件内的石墨环松脱,也可能是因低温使O型环失去弹性,而导致泄漏。

    (4)、冲洗压力发生波动会引起密封失效,冲洗压力必须比密封腔压力高一些,启用装在泵前的电磁阀和延时开关可保证冲洗中的残留物在泵启动前或停车后冲干净,如使用淬冷的方法来控制温度,一定要维持密封腔的压力。

    (5)、如果在冷却隔套上沉淀一层水垢,我们可在密封腔底部装一个石墨衬套,利用它的热屏障作用来解决这些问题。

    (6)、热交换器的泄漏,往往是冷却面上的积垢阻碍了热的传递,冷却器内的流体流速就加快,或者热交换器的方向装反了。

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