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    機械密封失效的原因及分析

    編輯:浙江力克機械密封有限公司   時間:2014/06/20   字號:
    摘要:機械密封失效的原因及分析

    密封失效的原因及分析

    1、密封失效主要有下述三種原因:
    (1)、密封面打開
    在修理機械密封時,85%的密封失效不是因磨損造成,而是在磨損前就已泄漏了。
    當密封面一打開,介質中的固體微粒在液體壓力的作用下進入密封面,密封面閉合后,這些固體微粒就嵌入軟環(通常是右墨環)的面上,這實際成了一個“砂輪”會損壞硬環表面。
    由于動環或橡膠圈緊固在軸(軸套)上,當軸串動時,動環不能及時貼合,而使密封面打開,并且密封面的滯后閉合,就使固體微粒進入密封面中。
    同時軸(軸套)和滑動部件之間也存在有固體微粒,影響橡膠圈或動環的滑動(相對動密封點,常見故障)。另外,介質也會在橡膠圈與軸(軸套)磨擦部位產生結晶物,在彈簧處也會存有固體物質,都會使密封面打開。
    (2)、過熱
    因密封面上會產生熱,故橡膠圈使用溫度應低于設計規范。氟橡膠和聚四氟乙烯的使用溫度為216℃,丁晴橡膠的使用溫度為162℃,雖然它們都能承受較高的溫度,但因密封面產生的熱較高,所以橡膠圈有繼續硫化的危險,最終失去彈性而泄漏。(冷區考慮冷脆)
    密封面之間還會因熱引起介質的結晶,如結碳,造成滑動部件被粘住和密封面被凝結。而且有些聚合物因過熱而焦化,有些流體因過熱而失去潤滑等甚至閃火。
    過熱除能改變介質的狀況外,還會加劇它的腐蝕速率。引起金屬零件的變形,合金面的開裂,以及某些鍍層裂縫,設計應選用平衡型機械密封,以降低比壓防止過熱。
    (3)、超差
    正確的裝配公差,對于安裝機械密封是很必要的,軸(軸套)必須有合適的表面粗糙度和正確的尺寸,但制造者很少提供公差數據,這些數據對安裝來講都是很關鍵的。(依靠經驗和常識)
    機械密封的尺寸精度及形位公差必須符合圖紙要求,超差將會導致密封提前失效。
    2、密封失效原因分析
    密封面本身也會提供密封失效的跡象,如振動時,在傳動零件上就會有磨損的痕跡,如痕跡不明顯,則一般是裝配不當造成的。
    對于質量較差的石墨環(動環)來講,其內部氣孔較多,這是因為在制造過程中,聚集在石墨內部的氣體膨脹將碳微粒吹出的所致,因此這種低質的石墨環在密封啟用中,其碳微粒很容易脫落,而使密封面在密封停用時粘住。
    密封面內圓柱面上的傷痕很可能是外面的雜物進入密封面或安裝不當造成的。密封面上的環形溝槽,多數是固體微粒沉積于密封面而引起的。
    石墨環(動環)的裂紋是由于傳動件的振動,橡膠圈的漲大以及石墨環本身的內應力造成的,而結焦則是因高溫所致,這在煉油廠的高溫熱油介質中是常見的。
    發煙硫酸、硝酸、氫氟酸、次綠酸鈉、王水、過氫氧化物等對石墨有侵蝕作用的幾種強氧化劑,其腐蝕作用隨溫度增加而加劇。
    通常硬環(靜環)表面的過熱會引起密封環的嚴重磨損,如無冷卻的立式泵。在高溫、高壓下、彈簧壓縮過大,軸串動也會過大的情況下,都會引起密封面的過渡磨損,
    在檢查硬環表面時有四種跡象要注意:
    a、陶瓷環破裂;b、熱裂;c、刻痕;d、鍍層的脫落。
    陶瓷環裝配過緊是破裂的主要原因,裝配不當者也是一個較常見的原因。
    由于鍍層材料與基體材料二者線脹速率不同,所以溫度升高時,環表面會出現裂紋,司太立特合金尤為嚴重。在較高級的涂層材料中,鈷基碳化鎢不如鎳基涂層。而對密封面進行冷卻,能有效地防止熱裂,殘留在密封面上的固體微粒經常損壞表面,如磨削時砂輪上的砂粒就會損傷硬環表面,導致密封面打開或在密封面之間生成結晶物,而在重新研磨石墨環后,研磨料就會嵌入石墨環表面。
    橡膠圈的失效與使用方式有關,通常高壓是使壓制成型的○型圈失效的一個原因,當發現○型變成矩形或環變硬時,就需要調整壓縮量,否則會發熱。所以有必要了解一種合成橡膠的使用溫度。合成橡膠圈溶脹大多半是因化學侵蝕造成的,它們都具有一些各自的特點,如氟橡膠耐較高溫度,而乙烯、丙烯○型圈在石油潤滑油中使用會脹大,臭氧對丁晴橡膠有侵蝕作用,所以丁晴橡膠制品不要裝在電動機內,因此高溫及化學腐蝕通常是造成橡膠制品硬化、裂紋的主要原因。
    安裝時橡膠制件被割傷和表面有刻痕,也是密封失效常見的原因。而軸上的舊固定螺釘、鍵槽、花鍵軸,鋒利的軸肩等跡象都會損傷橡膠制件。
    這里,對于密封面磨損痕跡尚需補充以下幾點,檢查磨損痕跡,可以幫助分析故障。
    (1)、磨損變寬:表明機泵發生了嚴重的不對中。其原因是:
    a、軸承損壞;
    b、軸振動或軸變形;
    c、軸彎曲;
    d、泵汽蝕產生振動;
    e、聯軸器未對中;
    f、管子嚴重變形;
    g、密封靜環傾斜。
    (2)、磨痕變窄:磨痕比兩個密封面的最小寬度還要窄,這說明密封超壓,壓力或溫度使密封面變形。
    (3)、無磨痕:
    說明密封面不粘合。檢查彈簧等補償機構是否打滑或受阻礙。
    (4)、密封面無磨痕但有亮點。
    密封面翹曲會出現有亮點而無磨痕。壓力太高,壓蓋螺拴未擰好或未夾好,或泵表面粗糙均能形成亮點。當采用兩個螺拴的壓蓋時,其剛度不夠,變形也是形成亮點的一個原因。
    這種癥狀的出現說明:密封可能一開車就發生泄漏。
    (5)、密封面有切邊:
    這是由于密封面分得太開,而在合攏時斷裂。閃蒸(氣化)是較普遍的密封面分開的原因,特別是在熱水系統或流體中有凝液時,水從液體膨脹成蒸氣,可使密封面分開。(冷介質氣化也同樣會造成)
    密封的金屬零件,如彈簧、固定螺釘,傳動件及金屬套都可能成為密封失效的根源。受交變應力作用的彈簧受腐蝕是它的首要問題,因為金屬在應力作用下會迅速腐蝕,不繡鋼彈簧易受氯化物的應力腐蝕,且世界上存在許多的氯化物,所以有國外部門建議,不要使用不銹鋼彈簧,而推薦使用耐蝕性較高的哈斯特合金鋼的彈簧。另外,裝配不當造成彈簧疲勞是失效的又一原因。
    機械密封使用的固定螺釘,不要用硬化后的材料來做,因熱處理會降低金屬的耐蝕能力,而未經熱處理的較軟的固定螺釘能緊固在軸上。
    振動、偏斜、不同心會使傳動件磨損,如密封面啟動時有粘住的現象時,傳動件會彎曲甚至損壞,而磨擦作用產生的熱常常加劇腐蝕。
    金屬套外圓表面的磨痕,可能是從密封側進入套內的固體微粒造成的,它干擾密封的隨動能力。也可能是偏斜,不同心的原因造成的。
    金屬在溫升過程中要改變顏色,不銹鋼在使用時應注意下列溫度時的顏色。
    淡黃色————溫度為700~800℉(約370~432℃)
    棕 色————溫度為900~1000℉(約486~540℃)
    蘭 色————溫度為1100℉(約590℃)
    黑 色————溫度為1200℉(約648℃)
    當密封失效不符合上述任何一種時,檢修就比較困難,但下面幾種情況的泄漏可供參考:
    (1)、泵軸套泄漏
    許多軸套不伸出密封箱,因此要判斷泄漏的來源是很困難的。軸套的泄漏通常是穩定的,而密封面的泄漏往往是增加或減小。密封面泄漏后,使表面不平,但有時也會磨合到原狀。(有時不要急于檢修,可觀察一段時間再說)
    (2)、如密封周圍是潮濕的,而且看不出漏。這在起動時泵運轉產生的離心力使泄漏的液體回到密封面內,起一道屏障的作用。而從泵上的法蘭或接頭泄漏的液體滴入填料箱內。
    (3)、熱膨脹能使鑲接在金屬部件內的石墨環松脫,也可能是因低溫使O型環失去彈性,而導致泄漏。
    (4)、沖洗壓力發生波動會引起密封失效,沖洗壓力必須比密封腔壓力高一些,啟用裝在泵前的電磁閥和延時開關可保證沖洗中的殘留物在泵啟動前或停車后沖干凈,如使用淬冷的方法來控制溫度,一定要維持密封腔的壓力。
    (5)、如果在冷卻隔套上沉淀一層水垢,我們可在密封腔底部裝一個石墨襯套,利用它的熱屏障作用來解決這些問題。
    (6)、熱交換器的泄漏,往往是冷卻面上的積垢阻礙了熱的傳遞,冷卻器內的流體流速就加快,或者熱交換器的方向裝反了。

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