機(jī)械密封的密封失效原因及分析

機(jī)械密封的密封失效原因及分析

泵用機(jī)械密封種類繁多，型號(hào)各異，但泄漏點(diǎn)主要有五處：軸套與軸間的密封；動(dòng)環(huán)與軸套間的密封；動(dòng)、靜環(huán)間密封；對(duì)靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封；密封端蓋與泵體間的密封。

一、安裝靜試時(shí)泄漏

機(jī)械密封安裝調(diào)試好后，一般要進(jìn)行靜試，觀察泄漏量。如泄漏量較小，多為動(dòng)環(huán)或靜環(huán)密封圈存在問(wèn)題；泄漏量較大時(shí)，則表明動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間存在問(wèn)題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎(chǔ)上，再手動(dòng)盤車觀察，若泄漏量無(wú)明顯變化則靜、動(dòng)環(huán)密封圈有問(wèn)題；如盤車時(shí)泄漏量有明顯變化則可斷定是動(dòng)、靜環(huán)摩擦副存在問(wèn)題；如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射，則動(dòng)環(huán)密封圈存在問(wèn)題居多，泄漏介質(zhì)向四周噴射或從水冷卻孔中漏出，則多為靜環(huán)密封圈失效。此外，泄漏通道也可同時(shí)存在，但一般有主次區(qū)別，只要觀察細(xì)致，熟悉結(jié)構(gòu)，一定能正確判斷。

二、試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的泄漏

泵用機(jī)械密封經(jīng)過(guò)靜試后，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，會(huì)抑制介質(zhì)的泄漏。因此，試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械密封泄漏在排除軸間及端蓋密封失效后，基本上都是由于動(dòng)、靜環(huán)摩擦副受破壞所致。

    引起摩擦副密封失效的因素主要有：

    1、操作中，因抽空、氣蝕、憋壓等異常現(xiàn)象，引起較大的軸向力，使動(dòng)、靜環(huán)接觸面分離；

    2、對(duì)安裝機(jī)械密封時(shí)壓縮量過(guò)大，導(dǎo)致摩擦副端面嚴(yán)重磨損、擦傷；

    3、動(dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊，彈簧無(wú)法調(diào)整動(dòng)環(huán)的軸向浮動(dòng)量；

    4、靜環(huán)密封圈過(guò)松，當(dāng)動(dòng)環(huán)軸向浮動(dòng)時(shí)，靜環(huán)脫離靜環(huán)座；

    5、工作介質(zhì)中有顆粒狀物質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)人摩擦副，探傷動(dòng)、靜環(huán)密封端面；

    6、設(shè)計(jì)選型有誤，密封端面比壓偏低或密封材質(zhì)冷縮性較大等。上述現(xiàn)象在試運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，有時(shí)可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整靜環(huán)座等予以消除，但多數(shù)需要重新拆裝，更換密封。

    由于兩密封端面失去潤(rùn)滑膜而造成的失效：

    1、因端面密封載荷的存在，在密封腔缺乏液體時(shí)啟動(dòng)泵而發(fā)生干摩擦；

    2、介質(zhì)的低于飽和蒸汽壓力，使得端面液膜發(fā)生閃蒸，喪失潤(rùn)滑；

    3、如介質(zhì)為易揮發(fā)性產(chǎn)品，在機(jī)械密封冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢或阻塞時(shí)，由于端面摩擦及旋轉(zhuǎn)元件攪拌液體產(chǎn)生熱量而使介質(zhì)的飽和蒸汽壓上升，也造成介質(zhì)壓力低于其飽和蒸汽壓的狀況。

    由于腐蝕而引起的機(jī)械密封失效：

    1、密封面點(diǎn)蝕，甚至穿透。

    2、由于碳化鎢環(huán)與不銹鋼座等焊接，使用中不銹鋼座易產(chǎn)生晶間腐蝕；

    3、焊接金屬波紋管、彈簧等在應(yīng)力與介質(zhì)腐蝕的共同作用下易發(fā)生破裂。

    由于高溫效應(yīng)而產(chǎn)生的機(jī)械密封失效：

    1、熱裂是高溫油泵，如油渣泵、回?zé)捰捅?、常減壓塔底泵等最常見(jiàn)的失效現(xiàn)象。在密封面處由于干摩擦、冷卻水突然中斷，雜質(zhì)進(jìn)入密封面、抽空等情況下，都會(huì)導(dǎo)致環(huán)面出現(xiàn)徑向裂紋；

    2、石墨炭化是使用碳—石墨環(huán)時(shí)密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨環(huán)一旦超過(guò)許用溫度（一般在-105～250℃）時(shí)，其表面會(huì)析出樹脂，摩擦面附近樹脂會(huì)發(fā)生炭化，當(dāng)有粘結(jié)劑時(shí)，會(huì)發(fā)泡軟化，使密封面泄漏增加，密封失效；

    3、輔助密封件（如氟橡膠、乙丙橡膠、全橡膠）在超過(guò)許用溫度后，將會(huì)迅速老化、龜裂、變硬失彈?，F(xiàn)在所使用的柔性石墨耐高溫、耐腐蝕性較好，但其回彈性差。而且易脆裂，安裝時(shí)容易損壞。

    由于密封端面的磨損而造成的密封失效：

    1、摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系數(shù)大、端面比壓（包括彈簧比壓）過(guò)大等,都會(huì)縮短機(jī)械密封的使用壽命。對(duì)常用的材料，按耐磨性排列的次序?yàn)椋禾蓟?mdash;碳石墨、硬質(zhì)合金—碳石墨、陶瓷—碳石墨、噴涂陶瓷——碳石墨、氮化硅陶瓷——碳石墨、高速鋼——碳石墨、堆焊硬質(zhì)合金——碳石墨。

    2、對(duì)于含有固體顆粒介質(zhì)，密封面進(jìn)入固體顆粒是導(dǎo)致使密封失效的主要原因。固體顆粒進(jìn)入摩擦副端面起研磨劑作用，使密封發(fā)生劇烈磨損而失效。密封面合理的間隙，以及機(jī)械密封的平衡程度，還有密封端面液膜的閃蒸等都是造成端面打開(kāi)而使固體顆粒進(jìn)入的主要原因。

    3、機(jī)械密封的平衡程度β也影響著密封的磨損。一般情況下，平衡程度β=75%左右最適宜。β75%，磨損量雖然降低，但泄漏增加，密封面打開(kāi)的可能性增大。對(duì)于高負(fù)荷（高PV值）的機(jī)械密封，由于端面摩擦熱較大，β一般取65%～70%為宜，對(duì)低沸點(diǎn)的烴類介質(zhì)等，由于溫度對(duì)介質(zhì)氣化較敏感，為減少摩擦熱的影響，β取80%～85%為好。

    因安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)或設(shè)備本身所產(chǎn)生的誤差而造成機(jī)械密封泄漏：

    1、由于安裝不良，造成機(jī)械密封泄漏。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

    （1）動(dòng)、靜環(huán)接觸表面不平，安裝時(shí)碰傷、損壞；

    （2）動(dòng)、靜環(huán)密封圈尺寸有誤、損壞或未被壓緊；

    （3）動(dòng)、靜環(huán)表面有異物；

    （4）動(dòng)、靜環(huán)V型密封圈方向裝反，或安裝時(shí)反邊；

    （5）軸套處泄漏，密封圈未裝或壓緊力不夠；

    （6）彈簧力不均勻，單彈簧不垂直，多彈簧長(zhǎng)短不一；

    （7）密封腔端面與軸垂直度不夠；

    （8）軸套上密封圈活動(dòng)處有腐蝕點(diǎn)。

    2、設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中，機(jī)械密封發(fā)生泄漏的原因主要有：

    （1）泵葉輪軸向竄動(dòng)量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)軸發(fā)生周期性振動(dòng)及工藝操作不穩(wěn)定，密封腔內(nèi)壓力經(jīng)常變化等均會(huì)導(dǎo)致密封周期性泄漏；

    （2）摩擦副損傷或變形而不能跑合引起泄漏；

    （3）密封圈材料選擇不當(dāng)，溶脹失彈；

    （4）大彈簧轉(zhuǎn)向不對(duì)；

    （5）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)太大；

    （6）動(dòng)、靜環(huán)與軸套間形成水垢使彈簧失彈而不能補(bǔ)償密封面的磨損；

    （7）密封環(huán)發(fā)生龜裂等。

    （8）泵在停一段時(shí)間后再啟動(dòng)時(shí)發(fā)生泄漏，這主要是因?yàn)槟Σ粮备浇橘|(zhì)的凝固、結(jié)晶，摩擦副上有水垢、彈簧腐蝕、阻塞而失彈。

（9）泵軸擾度太大。

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