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機封故障分析及處理
作者:凱發平台 | 發布時間:2018-06-18

機封故障
機械密封的故障大體上都是由異常的泄漏、異常的磨損、異常的扭矩等現象出現後才被人們所知道。造成故障的原因大致有如下四方麵:
1、機械密封的設計選型不對;
2、機械密封質量不好;
3、使用或安裝機械密封的機器本身精度達不到要求;
4、機器運行操作錯誤。
二、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)密封麵打開
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。
當密封麵一打開,介質中的固體微粒在液體壓力的作用下進入密封麵,密封麵閉合後,這些固體微粒就嵌入軟環(通常是右墨環)的麵上,這實際成了一個“砂輪”會損壞硬環表麵。
由於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,而使密封麵打開,並且密封麵的滯後閉合,就使固體微粒進入密封麵中。
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,都會使密封麵打開。
(2)、過熱
因密封麵上會產生熱,故橡膠圈使用溫度應低於設計規範。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,但因密封麵產生的熱較高,所以橡膠圈有繼續硫化的危險,終會失去彈性而泄漏。(冷區考慮冷脆)
密封麵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麵被凝結。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,合金麵的開裂,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,對於安裝機械密封是很必要的,軸(軸套)必須有合適的表麵粗糙度和正確的尺寸,但製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。
密封失效原因分析
密封麵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。
對於質量較差的石墨環(動環)來講,其內部氣孔較多,這是因為在製造過程中,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,而使密封麵在密封停用時粘住。
密封麵內圓柱麵上的傷痕很可能是外麵的雜物進入密封麵或安裝不當造成的。密封麵上的環形溝槽,多數是固體微粒沉積於密封麵而引起的。
石墨環(動環)的裂紋是由於傳動件的振動,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)表麵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,都會引起密封麵的過渡磨損。
在檢查硬環表麵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。
由於鍍層材料與基體材料二者線脹速率不同,所以溫度升高時,環表麵會出現裂紋,司太立特合金尤為嚴重。在較高的塗層材料中,鈷基碳化鎢不如鎳基塗層。而對密封麵進行冷卻,能有效地防止熱裂,殘留在密封麵上的固體微粒經常損壞表麵,如磨削時砂輪上的砂粒就會損傷硬環表麵,導致密封麵打開或在密封麵之間生成結晶物,而在重新研磨石墨環後,研磨料就會嵌入石墨環表麵。
橡膠圈的失效與使用方式有關,通常高壓是使壓製成型的○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,所以丁晴橡膠製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製品硬化、裂紋的主要原因。
安裝時橡膠製件被割傷和表麵有刻痕,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製件。
這裏,對於密封麵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:磨痕比兩個密封麵的極小寬度還要窄,這說明密封超壓,壓力或溫度使密封麵變形。
(3)、無磨痕:
說明密封麵不粘合。檢查彈簧等補償機構是否打滑或受阻礙。
(4)、密封麵無磨痕但有亮點。
密封麵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,或泵表麵粗糙均能形成亮點。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。
這種症狀的出現說明:密封可能一開車就發生泄漏。
(5)、密封麵有切邊:
這是由於密封麵分得太開,而在合攏時斷裂。閃蒸(氣化)是較普遍的密封麵分開的原因,特別是在熱水係統或流體中有凝液時,水從液體膨脹成蒸氣,可使密封麵分開。(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,不要使用不鏽鋼彈簧,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,不要用硬化後的材料來做,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,如密封麵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。
金屬套外圓表麵的磨痕,可能是從密封側進入套內的固體微粒造成的,它幹擾密封的隨動能力。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,不鏽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,但下麵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,而密封麵的泄漏往往是增加或減小。密封麵泄漏後,使表麵不平,但有時也會磨合到原狀。(有時不要急於檢修,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麵內,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鬆脫,也可能是因低溫使O型環失去彈性,而導致泄漏。
(4)、衝洗壓力發生波動會引起密封失效,衝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衝洗中的殘留物在泵啟動前或停車後衝幹淨,如使用淬冷的方法來控製溫度,一定要維持密封腔的壓力。
(5)、如果在冷卻隔套上沉澱一層水垢,凱發平台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,往往是冷卻麵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。
如果機械密封的零件出現故障,就需要更換零件或是提高零件的機械加工精度,提高機械密封本身的加工精度和泵體其他部件的加工精度對機械密封的效果非常有利。為了提高密封效果,對動靜環的摩擦麵的光潔度和不平度要求較高。動靜環的摩擦麵的寬度不大,一般在2~7毫米之間。
3.1機械密封振動、發熱的處理
如果是動靜環與密封腔的間隙太小,就要增大密封腔內徑或減小轉動外徑,至少保證0.75mm的間隙。如果是摩擦副配對不當,就要更改動靜環材料,使其耐溫,耐腐蝕。這樣就會減少機械密封的振動和發熱。
3.2機械密封泄漏的處理
機械密封的泄漏是由於多種原因引起,凱發平台要具體問題具體處理。為了極大限度的減少泄漏量,安裝機械密封時一定要嚴格按照技術要求進行裝配,同時還要注意以下事項。
(1)裝配要幹淨光潔。機械密封的零部件、工器具、潤滑油、揩拭材料要十分幹淨。動靜環的密封端麵要用柔軟的紗布揩拭。
(2)修整倒角倒圓。軸、密封端蓋等倒角要修整光滑,軸和端蓋的有關圓角要砂光擦亮。
(3)裝配輔助密封圈時,橡膠輔助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗滌,以免脹大變形,過早老化。動靜環組裝完後,用手按動補償環,檢查是否到位,是否靈活;彈性開口環是否定位可靠。動環安裝後,必須保證它在軸上軸向移動靈活。
3.3泵軸竄量大的處理
合理地設計軸向力的平衡裝置,消除軸向竄量。為了滿足這一要求,對於多級離心泵,設計方案是:平衡盤加軸向止推軸承,由平衡盤平衡軸向力,由軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位。
3.4增加輔助衝洗係統
密封腔中密封介質含有顆粒、雜質,必須進行衝洗,否則會因結晶的析出,顆粒、雜質的沉積,使機械密封的彈簧失靈,如果顆粒進入摩擦副,會導致機械密封的迅速破壞。因此機械密封的輔助衝洗係統是非常重要的,它可以有效地保護密封麵,起到冷卻、潤滑、衝走雜物等作用。
3.5泵振動的處理措施
在泵產品的製造裝配過程中,嚴格按標準和操作規程去執行,消除振動源。泵、電機、底座、現場管路等輔助設備在現場安裝時,要嚴格把關,消除振動源。
以上簡單研究了機械密封在旋轉設備上的應用和出現故障後,以後再遇到機械密封的故障問題,首先要考慮機械密封本身的影響因素,然後還要考慮機械密封外部的一些影響因素。比如:在分析機械密封的質量事故的原因時,要考慮到泵的其它零部件對機械密封運行的影響,采取措施不斷提高機械密封的效果。

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