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機(jī)械密封失效原因與故障分析

作者:杰一 來源: 日期:2017-05-10 23:59:10 人氣:262 評論:0

機(jī)械密封失效原因與故障分析

     機(jī)械密封是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成防止流體泄露的裝置。機(jī)械密封在石油和化工企業(yè)使用非常廣泛,由于其密封性好,性能穩(wěn)定,泄漏量少,摩擦功耗低,使用周期長,對軸(或軸套)磨損很小,能滿足多種工況要求等特點(diǎn)而被廣泛使用。但是其密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使用條件苛刻,價(jià)格高及維修技術(shù)高等特點(diǎn),特別是機(jī)械密封工藝條件溫度、壓力等工藝參數(shù)的影響直接關(guān)系到設(shè)備機(jī)械密封的性能和使用壽命,因此,找出機(jī)械密封失效原因及改進(jìn)措施是保證企業(yè)安全生產(chǎn),提高設(shè)備使用壽命的重要任務(wù)。做如下分析。

    1 機(jī)械密封失效時(shí)長見的現(xiàn)象

  1.1 工作時(shí)發(fā)生尖叫

  這是因?yàn)槊芊舛嗣鏉櫥Ч患?/span>,應(yīng)安裝旁路沖洗管路,加大管徑和相應(yīng)的節(jié)流裝置的尺寸。

  1.2 密封在工作時(shí)發(fā)生爆鳴

  原因是密封介質(zhì)汽化或閃蒸,應(yīng)在允許范圍內(nèi)提高密封腔壓力,改進(jìn)密封設(shè)計(jì),降低介質(zhì)

  溫差,安裝旁路沖洗管路,加大管徑和相應(yīng)的節(jié)流元件;加強(qiáng)密封端面的冷卻,檢查密封平衡設(shè)計(jì),精確測量密封腔內(nèi)的壓力,溫度及介質(zhì)壓力。

  1.3 石磨粉聚集在密封面外側(cè)

  原因是密封面潤滑不良,密封端面間的液膜汽化或閃蒸,產(chǎn)生殘留物質(zhì),造成石墨環(huán)磨損,應(yīng)改善潤滑狀態(tài),防汽化。

  1.4 密封泄露

  由于密封介質(zhì)汽化或閃蒸密封端面, 應(yīng)先判斷泄漏源,斷面密封問題可能出在端面不平、裂紋、破碎或爆破,發(fā)生熱變形或機(jī)械變形;密封零件結(jié)構(gòu)不合理或強(qiáng)度不夠產(chǎn)生變形;因材料及加工原因產(chǎn)生的殘余變形;安裝時(shí)零件受力不均等,應(yīng)檢查安裝尺寸是否正確,密封和材質(zhì)是否適于使用工況,密封墊是否壓緊,是否螺栓力矩太大造成密封座變形,是否有安裝損傷,必要時(shí)予以更換;檢查填料腔裝配面和其他有關(guān)元件對軸線的垂直度,管道及設(shè)備安裝誤差"輔助密封安裝時(shí)可能被壓傷或擦傷;介質(zhì)從軸套間隙中漏出,0型圈老化;密封壓縮屈服變形,化學(xué)腐蝕"檢查密封槽和導(dǎo)角是否正常,起動設(shè)備前應(yīng)將密封端面重新研磨以保證密封面的光滑平整。

  2 機(jī)械密封失效的原因分析

  2.1 腐蝕失效

  (1)表面腐蝕。

  機(jī)械密封件會因腐蝕介質(zhì)的侵蝕而導(dǎo)致表面腐蝕,嚴(yán)重時(shí)會造成腐蝕穿透。

  (2)點(diǎn)腐蝕。

彈簧套常出現(xiàn)大面積或區(qū)域性的點(diǎn)蝕,有的導(dǎo)致穿孔。此類局部腐蝕對密封的使用雖未造成嚴(yán)重后果,但大修時(shí)也應(yīng)更換.      

(3)晶間腐蝕

  碳化鎢環(huán)不銹鋼環(huán)座以銅焊連接,使用中不銹鋼座易發(fā)生晶間腐蝕,為克服敏化的影響,不銹鋼應(yīng)進(jìn)行固溶處理。圖2所示為帶波紋管的動環(huán)采用有填充劑的聚四氟乙烯,靜環(huán)為陶瓷,此裝置對大部分腐蝕介質(zhì)都適用。

TU2.jpg

   (4)應(yīng)力腐蝕破裂

  在應(yīng)力和介質(zhì)腐蝕的共同作用下,金屬焊接管道、軸承、彈簧等會發(fā)生破裂現(xiàn)象。

        (5)間隙腐蝕。因介質(zhì)濃度之差而導(dǎo)致縫隙泄露而長生腐蝕。

  (6)電化學(xué)腐蝕。密封中使用的金屬因工作環(huán)境的介質(zhì)而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致密封失效。  

        2.2 高溫失效

  當(dāng)密封腔內(nèi)的溫度高達(dá)150℃時(shí),機(jī)械密封可能出現(xiàn)一些問題:1.配對使用的密封環(huán)摩擦副發(fā)生熱變形和熱裂是材料發(fā)生腐蝕和磨損加快,發(fā)生失效。2.密封圈在超出須用溫度時(shí)會發(fā)生高溫老化、變硬、龜裂等現(xiàn)象是之失效。3.對與碳-石墨形式的密封環(huán)可能造成炭化從而產(chǎn)生泄露密封失效。4.對于有彈簧的裝置可能使其高溫失彈。5.運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的摩擦熱使局部發(fā)生溫度變化,如果沒有合理的沖洗冷卻控制會使機(jī)密件發(fā)生失效。

  2.3 摩擦失效

  摩擦副使用的材料耐磨性差、摩擦系數(shù)大、端面比壓過大,當(dāng)密封面進(jìn)入固體顆粒雜質(zhì)時(shí)使摩擦面磨損,端面間液膜難以形成和維持,造成密封失效。

  2.4 壓力造成失效

  (1)高壓和壓力波動造成機(jī)械密封失效

  密封腔內(nèi)壓力超過須用壓力時(shí),會時(shí)密封端面比壓過大,液膜難以形成,端面磨損嚴(yán)重,發(fā)熱量過多。還會使密封零件變形。高壓條件下的機(jī)密應(yīng)采取方法使端面受力合理,減少變形;加強(qiáng)冷卻和潤滑措施;使用平衡型機(jī)密和較小的載荷系數(shù);采用多端面密封結(jié)構(gòu)等。

  工作壓力的波動會影響密封零件的彈性變形量,影響密封效果。當(dāng)壓力變化幅度較大時(shí)會產(chǎn)生很明顯的泄露量。應(yīng)選用WCWC摩擦副等措施降低壓力波動的影響。

  (2)真空狀態(tài)造成失效

  真空會引起密封干摩擦、漏氣等現(xiàn)象。.實(shí)踐證明,半濕摩擦?xí)r,摩擦系數(shù)通常是百分之幾,而半干摩擦和干摩擦?xí)r則為十分之幾. 3〕即干摩擦釋放的熱量為潤滑時(shí)的十幾倍甚至更多,從而加劇了密封件的磨損.由于表面受到損壞,表面溫度升高,加上材料機(jī)械性能的變化,使磨損劇烈程增大,磨損速度增快,造成密封環(huán)熱裂或燒損,最終導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作.為解決此問題,應(yīng)采用雙端面繼續(xù)密封,注入封液保證潤滑和提高密封性能,變氣相密封為液相密封。

  2.5 密封形式或密封材料與密封工況不相適應(yīng)造成失效

  若密封材料選擇不當(dāng),則密封很容易因腐蝕、高壓、高速或過熱而損壞。機(jī)械密封用于腐蝕性介質(zhì)時(shí),因密封件經(jīng)受化學(xué)和電化學(xué)腐蝕,其摩擦副應(yīng)選擇既耐腐蝕又耐磨的材料,在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中,可選用聚四氟乙烯波紋管,用于高壓介質(zhì)中時(shí),一般選用雙端面平衡型結(jié)構(gòu)或多端面串聯(lián)式密封裝置用于高溫下時(shí),零件應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性熱處理,且各零件應(yīng)盡量選用膨脹系數(shù)近似材料,高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備用的機(jī)械密封,應(yīng)盡量減少轉(zhuǎn)動零件.

  2.6 安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)失效分析

  由于安裝不良造成機(jī)械密封的泄露有以下幾個(gè)方面的原因

  (1)動、靜環(huán)接觸表面不平,安裝時(shí)碰傷或損壞。

  (2)動、靜環(huán)密封圈尺寸有誤、損壞或未被壓緊。

  (3)動、靜環(huán)表面有異物夾入。

  (4)動、靜環(huán)V形密封圈方向裝反或安裝時(shí)反邊。

  (5)密封腔端面與軸垂直不夠。

  (6)靜環(huán)壓緊不均勻。

  (7)緊固螺釘未擰緊,彈簧座后退。

  (8)軸套處泄露,密封圈未裝或壓緊力不夠,軸套上密封圈活動處有腐蝕點(diǎn)。

  綜上所述,引起機(jī)械密封失效的原因很多,某公司共有84臺運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備采用機(jī)械密封,19982000年引起機(jī)械密封失效的各中原因的出現(xiàn)頻率見下表:

  表1 機(jī)械密封失效原因統(tǒng)計(jì)

 

失效分析 

 

/a

 

 

失效原因

 

 

/a

 

 

 沖洗中斷

 

 

2

 

 

工藝變化

 

 

3

 

 

油封帶水

 

 

5

 

 

密封損壞

 

 

9

 

 

操作不當(dāng)

 

 

10

 

 

安裝不當(dāng)

 

 

12

 

 

設(shè)計(jì)不合理

 

 

2

 

 

冷卻水結(jié)垢

 

 

11

  3 其他原因造成的失效

  密封件本身由于設(shè)計(jì)、工藝、制造、選材、安裝或選型配對不正確等缺陷造成機(jī)械密封點(diǎn)泄露失效,比如密封端面制造不平,安裝密封件時(shí)沒有對稱,導(dǎo)致存在密封間隙而泄露;密封沖洗系統(tǒng)存在問題,導(dǎo)致密封腔溫度過高使機(jī)械密封失效;密封輔助系統(tǒng)選擇不當(dāng),工藝條件苛刻,環(huán)境差等因素均可能導(dǎo)致密封失效。

  4 預(yù)防機(jī)械密封失效的措施

  (1)密封結(jié)構(gòu)的選擇

  密封結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)以結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性高、安裝與維修容易為佳。使用機(jī)械密封時(shí)應(yīng)該對密封的選用參數(shù)、結(jié)構(gòu)、形式、材料、標(biāo)準(zhǔn)及其特點(diǎn)加以了解,選擇質(zhì)量可靠的機(jī)械密封裝置。

  (2)機(jī)械密封設(shè)備的選擇

  當(dāng)機(jī)械密封設(shè)備輸送的是腐蝕性高及高溫介質(zhì),要考慮密封設(shè)備的耐腐蝕、高強(qiáng)度、硬度和較小的熱膨脹系數(shù)。

  (3)工藝條件的改善

  對于高溫、高壓介質(zhì),采用耐高溫、導(dǎo)熱好的摩擦副材料,在設(shè)備管理工作中,應(yīng)合理利用現(xiàn)場條件,優(yōu)化機(jī)械密封的工藝條件,提高密封性能和使用壽命,降低設(shè)備維護(hù)和維修費(fèi)用。

  (4)輔助措施的實(shí)施

  冷卻、潤滑、沖洗等輔助措施應(yīng)根據(jù)機(jī)械密封環(huán)境的需要加以完善,保證機(jī)械密封的穩(wěn)定性和可靠性。

  (5)安裝、維修管理的高效性

  機(jī)械密封零部件的安裝質(zhì)量直接影響密封效果,安裝前要仔細(xì)檢查各個(gè)部件的完好性和規(guī)范性,正確安裝和調(diào)試,之后要試運(yùn)行,如果發(fā)現(xiàn)問題一定要及時(shí)處理,以免后患。另外,合理的使用和維護(hù)也非常重要,操作人員一定要遵守操作規(guī)范,培訓(xùn)后上崗,實(shí)行責(zé)任制保證設(shè)備的正常運(yùn)行的可靠性、安全性。

  5 結(jié)語

  以上總結(jié)了機(jī)械密封在使用過程中比較常見的失效原因,其實(shí)機(jī)械密封失效的原因很多,也很復(fù)雜。機(jī)械密封是較為精密的部件,可是泄露點(diǎn)多,對于零件的加工精度和安裝、維修質(zhì)量都有很高的要求。機(jī)械密封失效在生產(chǎn)實(shí)際中有各種因素造成的,因此,正確分析失效的原因,并非容易。首先要找到密封失效點(diǎn),然后采取具體的措施進(jìn)行改進(jìn)。

  選用合理的機(jī)械密封以提高安裝質(zhì)量和減少運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的振動,加強(qiáng)工藝管理以確保工藝指標(biāo)的穩(wěn)定,防止壓力、溫度等條件的變化過大是提高機(jī)械密封可靠性的有效方法,保證機(jī)械密封系統(tǒng)的正確應(yīng)用,使機(jī)械密封長期有效的運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)用新材料的開發(fā)和計(jì)算機(jī)技術(shù),進(jìn)行機(jī)械密封失效地方的計(jì)算機(jī)建模,利用有限元知識分析失效點(diǎn)及機(jī)械密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化,借鑒國外機(jī)械密封技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),提高機(jī)械密封穩(wěn)定性、長期性,節(jié)約能耗,提高經(jīng)濟(jì)效益。

 

    標(biāo)簽:機(jī)械密封 機(jī)械密封原理 機(jī)械密封型號
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