薛德軍

（黑龍江省趙光農(nóng)場，黑龍江 北安 164021）

1 引言

流體密封技術(shù)對于大多數(shù)工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域都有著重要意義，并一直是各方面專家所關(guān)注的問題，其中機械密封技術(shù)是最主要的動密封形式之一。機械密封的平均壽命為8～13個月，某些情況下甚至可以達到3～5 年。然而，即使在實行嚴格質(zhì)量保證的工業(yè)部門，如原子能工業(yè)，由于原因不明的“早期失效”和偶然性損壞事故仍時有發(fā)生。針對某一特定過程獲得所期望的密封壽命的一般規(guī)律是十分困難的。

研究密封的使用壽命，重要的是不僅要考慮泵（和密封）的一次性投資，還要考慮由于密封失效而帶來的經(jīng)濟損失：產(chǎn)品損失；備用設(shè)備的投資；由于流體泄漏帶來的對人、環(huán)境及設(shè)備（包括毗鄰密封的軸承）的損害；更換密封所需的工時及部件，包括備件的庫存等。

據(jù)報道，密封的使用壽命極限可能相差很大，在化學(xué)腐蝕工況下僅為幾天，而在烯烴應(yīng)用中能有效運行20 年以上。

2 機械密封的可靠性

除前述不同工況條件會使密封壽命有很大差異外，相同的密封在相同使用條件下的使用壽命也會顯著不同。這與滾動軸承所做的試驗相似，因此在討論密封的可靠性時，應(yīng)用統(tǒng)計概念比較恰當(dāng)。

以下兩個統(tǒng)計值已用于機械密封：

（1）L10壽命

當(dāng)一個零件抽樣數(shù)組中失效數(shù)目達到10%時的運轉(zhuǎn)時間為L10使用壽命，與用韋伯失效分析方法有緊密關(guān)系。

（2）平均工作壽命（MTBF）

式中，L1、L2-單個密封的工作壽命。

注意：數(shù)組是一個統(tǒng)計學(xué)概念，是指標(biāo)定值相同的部件在相同運行條件下得到的數(shù)值。

失效分析可用韋伯分析法，它可以用來確定失效時間分布。通過分析，韋伯系數(shù)β′的取值可按不同的失效時間分布類型選用下列值：早期壽命失效（早期失效）β′=0.5；中期失效（隨機發(fā)生失效）β′=1.0，磨損失效β′＞3.4。

圖1 是一組由29個甲醇泵的抽樣數(shù)據(jù)而得的機械密封失效韋伯曲線。其中，0.8 表示處于早期失效和中期隨機失效的混合狀態(tài)。這種典型的機械密封遵循早期失效和中期隨機失效的模式，而不是磨損失效模式。L10壽命可由韋伯曲線中直接得到，為46 天（1100h）。應(yīng)注意，上述分析中包括仍在正常使用的密封的數(shù)據(jù)（如有些密封在工作5 年（40000h）后仍在正常使用）。

圖1 甲醇泵密封失效的韋伯曲線

與流程泵內(nèi)滾動軸承的最低預(yù)定壽命25000h 相比，L10壽命太短了。如此低的數(shù)值意味著壽命分布的范圍太廣，由此可見，MTBF 與L10壽命相比在應(yīng)用方面更具有統(tǒng)計意義。

韋伯統(tǒng)計分析與MBTF的實用性在于它們可以用來相互比較，尤其在改變了設(shè)計或運行條件，并且已經(jīng)達到延長壽命的預(yù)期效果的情況下，以上兩種分析方法更有使用價值。

圖2 硝酸循環(huán)泵密封失效的韋伯曲線

圖2 是硝酸循環(huán)泵的密封失效韋伯曲線，這種泵的運行條件比較惡劣，應(yīng)注意，盡管韋伯系數(shù)僅有很小的改變，在一些性能指標(biāo)稍加改善后，其L10壽命可由2.1d 提高到10.05d，提高約5 倍。

3 結(jié)語

在許多場合下，用戶對準(zhǔn)確預(yù)測壽命比對提高可靠性更感興趣。但預(yù)測壽命與隨機失效分布有矛盾，只有在排除早期失效和中期隨機失效之后才有可能提高預(yù)測能力，目前的研究工作應(yīng)集中在如何預(yù)防密封失效方面。