一般說來,旋轉軸密封是流體機械的薄弱環節,它的失效是造成設備維修的主要原因。
根據幾家煉油廠、化工廠泵用機械密封的統計資料表明,大約有47%的泵維修歸因于機械密封;泵在運行半年后,就有40%~50%的機械密封失效。雖然這僅是幾個廠的使用情況,但可以說明密封是易損件的這一特點。
機械密封在機、泵中是精密的部件。由于其工作條件惡劣與隨機失效性,工作壽命較低。因此,工廠在工藝流程中主循環泵通常要設置雙管線,切換閥門開啟備用泵,并且有相當數量庫存機械密封備件。
引起密封過早失效的因素很多,諸如:密封設計和制造中的問題,選型或安裝不當,以及設備本身存在問題等。因此,應針對具體情況,分析失效原因,采取相應措施。
第一節 泄漏失效分析
泄漏是機械密封失效的主要表現形式。在實際工作中,重要的是從泄漏現象分析機械密封產生泄漏的原因。外裝式機械密封易于查明,而內裝式機械密封,僅能觀察到泄漏是來自非補償靜止環的外周或內周,這就給分析工作帶來一定的困難。
首先對機械密封的泄漏通道進行一般性分析。
普通單端面內裝式機械密封的典型泄漏通道如圖12-1所示有7處,分別為:
1)摩擦副端面之間(泄漏點1);
2)補償環輔助密封圈處(泄漏點2);
3)非補償環輔助密封圈處(泄漏點3);
4)機體與壓蓋結合端面間(泄漏點4);
5)軸套與轉軸之間(泄漏點5);
6)碳石墨環有滲漏孔隙以及從鑲嵌件配合面處都可能成為泄漏通道(6、7)。
圖12-1 機械密封的泄漏通道
以下對各點的具體情況進行分析。
一、摩擦副端面之間泄漏
1.端面不平 端面平面度、粗糙度未達到要求,或在使用前受到了損傷,因而產生泄漏。這時應重新研磨拋光或更換密封環。
2.端面間存在異物 污物未被清除,裝配時未清洗。此時需清除端面污物重新裝配。
3.安裝不正確
(1)安裝尺寸未達到安裝工作尺寸的要求,必須仔細閱讀安裝說明書及附圖,重新調整安裝尺寸。
(2)非補償環安裝傾斜,若為壓蓋安裝偏斜應重新安裝。同時檢查密封環端面與壓蓋端面各點的距離是否一致,防轉銷是否進入密封環的凹槽中,防轉銷是否頂到凹槽底部。總裝時壓蓋螺釘要均勻鎖緊。
(3)端面變形,碳石墨環彈性模量低,易變形。一般說來,碳石墨環端面變形原因是:
1)合成像膠O形圈在介質中溶脹,體積增大,碳石墨環受力偶作用而使端面變形。對此,應更換O形圈材料或調整O型圈過盈量及硬度。
2)壓蓋內夾雜金屬污垢,局部受阻。對此,須請除污垢,清洗壓蓋。
3)端面分離,彈簧阻塞,如因溫度變化引起介質結晶、積垢,造成端面不能很好地貼合。彈簧被腐蝕而喪失強度也會產生同樣的結果。對于因腐蝕而產生的泄漏,一般需要改用合適的材料,避免阻塞應改變密封的結構或采用彈簧外置式機械密封,從而可避免彈簧被阻塞與腐蝕。造成端面分離的情況還有:端面接觸閉合壓力不足,這是因為軸(或軸套,下同)與密封圈之間摩擦阻力過大使閉合力減小。阻力增加是因為橡膠O形圈溶脹后引起密封環卡滯;軸可能因點腐蝕或電隅腐蝕而使表面失去光滑,從而增加摩擦力。當密封圈的壓縮量過大,當軸竄動時,補償環隨軸竄動致使密封端面不閉合。補償環組件與軸的間過小,高溫工況下,用線膨脹系數不同的材料組合在一起使用時,補償環組件容易產生卡滯故障。對此,必須校核因溫升引起的間隙的減小量,軸必須具有合適的粗糙度。
二、補償環輔助密封圈處的泄漏
(1)輔助密封圈質量問題,如橡膠密封圈截面尺寸超差,壓縮率不符合要求,表面質量問題:模具錯位、開模縮裂、修邊過量、流痕、凹凸缺陷、飛邊過大等。對此,需用合格品替換。
(2)密封圈安裝時受到損傷,如聚四氟乙烯V形圈安裝時唇口被割傷,橡膠制件表面有劃痕,都是密封失效的常見原因。出現這種情況,多半是軸端未倒角或殘留毛刺不清潔所致。因此,要注意清除毛刺和保持清潔。軸上的健槽也會損傷密封圈,為此,安裝前應仔細檢查棱邊有無毛刺并使用專用工具進行安裝,避免密封圈受到損傷。
(3)軸表面有缺陷或有腐蝕、麻點、凹坑。對此,應更換新軸或軸材料,推薦在密封圈接觸部位的軸表面噴涂陶瓷。
(4)密封圈 的材質與介質不相容。對此,應重新選用適宜的密封圈材料。
(5)軸的尺寸公差、粗糙度未達到要求。對此,應修整尺寸公差及粗糙度或用合格品替換。
三、非補償環密封圈處的泄漏
(1)靜環壓蓋尺寸公差不符合設計要求。對此,應更換合格品。
(2)安裝錯誤,如聚四氟乙烯V形圈方向裝反,安裝時,其凹面應對向壓力高的介質端,否則會出現泄漏。
(3)密封圈的質量不良,應用合格品替換。
(4)密封圈的材質與介質不相容,應選用適宜材料的密封圈。
四、密封箱體與靜環壓蓋結合面之間的泄漏
(1)密封箱體與靜環壓蓋配合端面有缺陷,如凹坑、刻痕等。需整修,作為應急措施,可涂布液態密封膠。
(2)螺栓力小,壓縮墊片時不能把接觸面不平的凹坑填滿。需加大螺栓力,或用較軟的墊片。螺栓力必須大于內部介質壓力。因為內壓總是使得靜環壓蓋與密封箱體端面趨于分離。用聚四氟乙烯平墊片時,以厚度小于1mm為宜。
(3)墊片或密封圈受到損傷。應更換墊片或密封圈。
(4)安裝時不清潔。異物進入其間。應清除異物。受損傷的密封墊片、密封圈應更換。
(5)靜環壓蓋變形,這是因為靜環壓蓋剛度不夠而產生的變形。應更換有足夠剛度的靜環壓蓋。
(6)螺栓受力不均勻,靜環壓蓋單邊鎖緊。應重新調整螺栓力。
五、軸套與軸之間的泄漏
Y型泵、F型泵、IH、IS泵等一般都設計有保護性軸套。許多軸套不伸出密封腔,所以軸套與軸之間的泄漏通道常被人們所忽略,且往往誤認為是機械密封泄漏,從而延誤了采取措施的時機,或造成頻繁的拆裝而找不出毛病所在。一般可以用泄漏量的變化加以鑒別。軸套處的泄漏量通常是穩定的,而從其它通道泄漏出的泄漏量往往是不穩定的(從端面處的泄漏,有時經過磨合泄漏量會逐漸減小)。
軸套與軸之間的泄漏,一般是由于安裝不當,密封圈或墊片不符合要求或損傷而造成的。
六、密封件本身具有滲透性
碳石墨制品由于含有孔隙容易滲漏。這種滲漏不外乎是浸漬與固化未達到要求,或者是碳石墨材料浸漬處理后加工切削余量過大,超過浸漬深度使微孔重新形成泄漏通道。為確保密封件不滲漏,經機械加工的成品應再進行一次浸漬處理。如果從密封件處產生大量泄漏,這表明密封件可能已破裂。在這種情況下,應查詢操作條件以判明是過載引起的破壞,還是安裝不當所致。
在高壓工況下,燒結制品,如陶瓷、填充聚四氟乙烯密封件也有可能滲漏,在使用前必須確認是否符合使用要求。
高溫、高壓或氣相介質,對熱鑲裝的密封環來說,介質易于從鑲裝配合面泄漏。在這種情況下,推薦用整體結構。cartex集裝式機械密封!
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