魏珊珊
(徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇徐州221006)
機(jī)械密封件屬于精密、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的機(jī)械基礎(chǔ)元件之一,是各種泵類、反應(yīng)合成釜、透平壓縮機(jī)、潛水電機(jī)等設(shè)備的關(guān)鍵部件。其密封性能和使用壽命取決于許多因素,如選型、機(jī)器的精度、正確的安裝使用等。
選型的主要參數(shù)有:密封腔體壓力(MPa)、流體溫度(℃)、工作速度(m/s)、流體的特性以及安裝密封的有效空間等。
選型的基本原則為:1)根據(jù)密封腔體壓力,確定密封結(jié)構(gòu)采用平衡型或非平衡型,單端面或雙端面等;2)根據(jù)工作速度,確定采用旋轉(zhuǎn)式或靜止式,流體動(dòng)壓式或非接觸型;3)根據(jù)溫度及流體性質(zhì),確定摩擦副和輔助密封材料,以及正確選擇潤(rùn)滑、沖洗、保溫、冷卻等機(jī)械密封循環(huán)保護(hù)系統(tǒng)等;4)根據(jù)安裝密封的有效空間,確定采用多彈簧或單彈簧或波形彈簧,內(nèi)裝式或外裝式。
1)設(shè)備的密封部位在安裝時(shí)應(yīng)保持清潔,密封零件應(yīng)進(jìn)行清洗,密封端面完好無(wú)損,防止雜質(zhì)和灰塵帶入密封部位;
2)設(shè)備轉(zhuǎn)軸的徑向跳動(dòng)應(yīng)≤0.04毫米,軸向竄動(dòng)量不允許大于0.1毫米;
3)安裝時(shí)在與密封相接觸的表面應(yīng)涂一層清潔的機(jī)械油,以便能順利安裝;
4)在安裝過(guò)程中嚴(yán)禁碰擊、敲打,以免使機(jī)械密封摩擦付破損而密封失效;
5)安裝靜環(huán)壓蓋時(shí),擰緊螺絲必須受力均勻,保證靜環(huán)端面與軸心線的垂直要求;
6)安裝后用手盤動(dòng)轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸應(yīng)無(wú)輕重感覺(jué);
7)安裝后用手推動(dòng)動(dòng)環(huán),能使動(dòng)環(huán)在軸上靈活移動(dòng),并有一定彈性;
8)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)前必須充滿介質(zhì),以防止干摩擦而使密封失效。
一般機(jī)械密封分析時(shí)常見的密封故障原因,通常是經(jīng)過(guò)分析使用中經(jīng)歷的過(guò)程而得來(lái)的。
a)密封工作時(shí)氣震(飛濺和濺射);b)密封泄漏和格蘭結(jié)冰;c)密封面穩(wěn)定滴漏;d)工作時(shí)密封尖叫;e)格蘭外側(cè)有石墨環(huán)粉積聚;f)泵和(或)軸振動(dòng);g)密封壽命短。
1)干運(yùn)轉(zhuǎn),端面間液體不足或無(wú)液體。
癥狀:靜環(huán)有嚴(yán)重的磨損和凹槽。硬環(huán)表面有擦亮痕跡,或有徑向裂紋(熱裂)和變色。膠圈硬化。石墨環(huán)有唱片狀溝紋。糾正措施:選用平衡型密封;選用導(dǎo)熱系數(shù)高的硬質(zhì)材料;檢查排氣情況;改善循環(huán)狀況。
2)汽化(閃蒸)當(dāng)密封面摩擦熱集聚時(shí),端面間液膜發(fā)生局部沸騰。癥狀:密封發(fā)音或冒氣(間歇震蕩)。靜環(huán)被咬蝕,產(chǎn)生彗星狀紋理過(guò)程導(dǎo)致窄環(huán)外緣切邊。硬環(huán)發(fā)生熱裂。端面內(nèi)緣處有石墨粉塵堆積。糾正措施校核密封設(shè)計(jì)參數(shù);改善循環(huán)狀況。
3)端面變形。癥狀:機(jī)泵啟動(dòng)時(shí),密封發(fā)生泄漏且泄漏量隨時(shí)間變化。將端面在平臺(tái)上輕研,有變形痕跡。糾正措施:自然時(shí)效變形,重新研磨;裝配不當(dāng),重新仔細(xì)裝配;機(jī)泵對(duì)中不良、軸承損壞,調(diào)整機(jī)泵。
4)皰疤。高黏度液體端面間的剪切應(yīng)力超過(guò)石墨的破壞強(qiáng)度。停泵時(shí),由于溫度下降液體黏度增大使泵重新啟動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題。癥狀:碳石墨顆粒從端面脫出;硬環(huán)有拋光痕跡;在細(xì)小間隙中殘留石墨顆粒。糾正措施:檢查循環(huán)情況;采用15~30min的蒸氣預(yù)熱或※低壓蒸汽保溫。
5)磨粒磨損。介質(zhì)中含有磨削性固體顆粒。癥狀:固體顆粒殘留或堆積在端面和細(xì)小間隙等處。糾正措施:采用耐磨材質(zhì)作為端面;改善循環(huán)條件:旋液分離器、外部潔凈沖洗。
6)結(jié)焦。高溫?zé)N常出現(xiàn)結(jié)焦故障。液膜泄漏量小時(shí),密封的大氣側(cè)就有結(jié)焦傾向,它將阻撓端面的追隨,并造成端面磨損。癥狀:固體顆粒集聚在滑動(dòng)件的大氣側(cè)。糾正措施:改軟質(zhì)端面為硬質(zhì)端面;采用熱水、蒸汽或溶劑作為永久性急冷。
7)滑移直徑損壞。在振動(dòng)和腐蝕情況下,使端面失去追隨性。微震磨損和電化腐蝕。癥狀:滑移直徑上在滑移輔助密封圈附近出現(xiàn)嚴(yán)重的麻點(diǎn)和腐蝕(腐蝕氧化層無(wú)法形成)。糾正措施:檢查泵和電機(jī)的對(duì)中性、消除震動(dòng)、軸承故障以及軸是否彎曲;滑移直徑淬硬或噴涂陶瓷。
8)彈簧變形和斷裂。出現(xiàn)在依靠彈簧傳遞扭矩的單彈簧密封中。癥狀:彈簧斷面處有徑向裂紋。彈簧末端和軸套上有磨痕并由于彈簧打滑而留有縮徑。糾正措施:檢查旋向是否正確。
9)波紋管的斷裂。焊菇,熱影響區(qū),基體。癥狀:焊菇部位斷裂,屬于焊接質(zhì)量問(wèn)題。熱影響區(qū)部位斷裂首先是因?yàn)檫@一部分是應(yīng)力集中區(qū),交變載荷引發(fā)密封工作時(shí)的疲勞損傷。奧氏體不銹鋼如316L熱影響區(qū)在焊接高溫作用下,硬度下降,在載荷作用下導(dǎo)致破壞。波片基體斷裂較少見,且僅出現(xiàn)在奧氏體應(yīng)力腐蝕。波紋管在沖壓,焊接等工作過(guò)程中必然殘存應(yīng)力,當(dāng)遇到鹵素離子時(shí)會(huì)沿應(yīng)力方向出現(xiàn)腐蝕,導(dǎo)致材質(zhì)強(qiáng)度下降破壞。糾正措施:提高焊接質(zhì)量。改變波形,將應(yīng)力作用范圍分散,避免過(guò)于集中在熱影響區(qū)。采用馬氏體鋼等成品熱影響區(qū)硬度不變的材料。避免應(yīng)力腐蝕,應(yīng)選擇適當(dāng)材質(zhì)。
10)石墨環(huán)(或陶瓷)斷裂。聚四氟乙烯o型圈的摩擦力小,靜環(huán)隨著動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng),接觸銷釘后破碎。癥狀在銷釘槽處的石墨環(huán)開裂或打掉一塊。糾正措施制作銷釘套;采用其他類型密封圈或靜環(huán)結(jié)構(gòu)。o型圈過(guò)熱:通常由于端面熱量傳導(dǎo)不利導(dǎo)致。癥狀:橡膠圈硬化、開裂。聚四氟乙烯變藍(lán)或變黑??拷芊舛嗣娴那闆r最嚴(yán)重。糾正措施校核密封設(shè)計(jì);檢查并改善循環(huán)狀況。o型圈擠,o型圈的一部分被強(qiáng)行通過(guò)很小的縫隙。裝配或組裝元件時(shí)用力過(guò)大,或密封間隙過(guò)大。癥狀o型圈被切割或撕破外皮。糾正措施:檢查裝配方法。o型圈腐蝕、溶脹、癥狀、材質(zhì)選用不合適時(shí),會(huì)發(fā)生溶脹、斷裂、變形等故障。糾正措施依據(jù)實(shí)際工況,重新選擇材質(zhì)。
11)石墨沖蝕(元件)當(dāng)沖洗液壓力過(guò)大或含有磨削性顆粒。癥狀:在沖洗液入口正對(duì)的元件處有沖蝕坑槽。糾正措施降低沖洗液壓力;采用旋液分離器。抽空:系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大或密封端面處產(chǎn)生氣蝕癥狀:端面圓處掉渣,圓周呈波紋狀,o型圈擠出,靜環(huán)離位。糾正措施:改變系統(tǒng)操作工藝,加大沖洗量。
1)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)
a)全面檢查機(jī)械密封,以及附屬裝置和管線安裝是否齊全,是否符合技術(shù)要求。b)機(jī)械密封啟動(dòng)前進(jìn)行靜壓試驗(yàn),檢查機(jī)械密封是否有泄漏現(xiàn)象。若泄漏較多,應(yīng)查清原因設(shè)法消除。如仍無(wú)效,則應(yīng)拆卸檢查并重新安裝。一般靜壓試驗(yàn)壓力用2-3公斤/平方厘米。c)按泵旋向盤車,檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動(dòng)時(shí),則應(yīng)檢查裝配尺寸是否錯(cuò)誤,安裝是否合理。
2)安裝與停運(yùn)
a)啟動(dòng)前應(yīng)保持密封腔內(nèi)充滿液體。對(duì)于輸送凝固的介質(zhì)時(shí),應(yīng)用蒸氣將密封腔加熱使介質(zhì)熔化。啟動(dòng)前必須盤車,以防止突然啟動(dòng)而造成軟環(huán)碎裂。b)對(duì)于利用泵外封油系統(tǒng)的機(jī)械密封,應(yīng)先啟動(dòng)封油系統(tǒng)。停車后最后停止封油系統(tǒng)。c)熱油泵停運(yùn)后不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水,應(yīng)待端面密封處油溫降到80度以下時(shí),才可以停止冷卻水,以免損壞密封零件。
3)運(yùn)轉(zhuǎn)
a)泵啟動(dòng)后若有輕微泄漏現(xiàn)象,應(yīng)觀察一段時(shí)間。如連續(xù)運(yùn)行4小時(shí),泄漏量仍不減小,則應(yīng)停泵檢查。b)泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn),壓力波動(dòng)不大于1公斤/平方厘米。c)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中,應(yīng)避免發(fā)生抽空現(xiàn)象,以免造成密封面干摩擦及密封破
機(jī)械密封本身是一種要求較高的精密部件,對(duì)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、裝配質(zhì)量都有很高的要求。大量實(shí)踐表明,引起密封故障的原因是復(fù)雜的,多方面的。因此,對(duì)密封失效的維修要在正確診斷失效原因的基礎(chǔ)上,采取針對(duì)性的措施進(jìn)行維修,并且要詳細(xì)分析各種影響機(jī)械密封失效的因素,按照規(guī)定的使用條件和范圍選用機(jī)械密封,才能保證機(jī)械密封的良好運(yùn)[1]行。
[1] 聶立平.機(jī)械密封失效的原因分析[J] .工業(yè)技術(shù),2009(15).
[2] 王鵬,李文樂(lè),楊延翔,等.歐盟REACH法規(guī)實(shí)施進(jìn)展及中國(guó)石油應(yīng)對(duì)情況[J] .當(dāng)代石油石化,2010,6:27-31.
[3] 顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用手冊(cè)[S] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.