尹金峰

針對(duì)機(jī)械密封失效的影響因素研究

尹金峰

（山東省魯南地質(zhì)工程勘察院山東省華魯工程總公司，山東濟(jì)寧272100）

本文以機(jī)械密封失效問(wèn)題為研究主題，簡(jiǎn)要從三個(gè)方面對(duì)機(jī)械密封失效的原因進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果和各個(gè)原因的交叉點(diǎn)，選擇行之有效的災(zāi)害預(yù)防措施，并以科學(xué)的管理方法規(guī)范措施的執(zhí)行。

機(jī)械；密封；失效；影響因素

機(jī)械密封失效主要有三方面的原因：外界環(huán)境影響、操作不規(guī)范影響和裝備生產(chǎn)誤差影響，這三點(diǎn)都對(duì)機(jī)械的密封性造成較大的破壞。機(jī)械作業(yè)人員應(yīng)針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行深入分析，積極解決機(jī)械密封失效問(wèn)題。

1 影響因素

1.1 外界環(huán)境因素

1.1.1 腐蝕質(zhì)

在機(jī)械參與生產(chǎn)工作的過(guò)程中，尤其是在參與化工生產(chǎn)活動(dòng)的過(guò)程中，機(jī)械表面會(huì)吸附較多種類(lèi)的腐蝕性物質(zhì)，這些腐蝕性物質(zhì)對(duì)機(jī)械表面產(chǎn)生較大的損害，若腐蝕物質(zhì)間產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，其對(duì)機(jī)械表面的危害更大，甚至?xí)高^(guò)機(jī)械的保護(hù)層，破壞其密封性，對(duì)機(jī)械受保護(hù)部位的重要構(gòu)件產(chǎn)生較大的危害。

許多機(jī)械為保證其設(shè)備的靈活操作，其構(gòu)件的連接處設(shè)置的保護(hù)層多為柔性材料，抗腐蝕性、抗疲勞性和耐久性都較差，有的機(jī)械甚至在關(guān)節(jié)處不設(shè)置保護(hù)層以保證關(guān)節(jié)處的靈活操作。這種情況下的機(jī)械防護(hù)能力幾乎為零，一旦本應(yīng)被密封的構(gòu)件與化學(xué)制劑產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的電化學(xué)反應(yīng)，其構(gòu)件的工作性能將大打折扣。

1.1.2 溫控

生產(chǎn)外部環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)加大機(jī)械設(shè)備發(fā)生火災(zāi)、電路短路、主板損壞等災(zāi)害的可能，較高的溫度會(huì)加重物質(zhì)粘附在機(jī)械外部的可能性，不但加速其腐蝕的災(zāi)害情況還在一定程度上增加了機(jī)械的自重，使機(jī)械無(wú)法更好的完成精度要求較高的任務(wù)，無(wú)論是腐蝕質(zhì)的損害還是自重引起的偏移都會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械的密封性能，造成生產(chǎn)上的損失。

機(jī)械內(nèi)部溫度過(guò)高會(huì)對(duì)加工的材料產(chǎn)生一定的性能影響，對(duì)溫度較為敏感的材料會(huì)因機(jī)械內(nèi)部溫度的升高而發(fā)生質(zhì)的改變，并且較高的溫度很有可能引起機(jī)械設(shè)備其他部件的連鎖反應(yīng)，在串聯(lián)性較強(qiáng)的生產(chǎn)線上，一個(gè)機(jī)械的故障會(huì)導(dǎo)致整條生產(chǎn)線的癱瘓。

外部溫度較低會(huì)使機(jī)械的材料產(chǎn)生力學(xué)性能的變化，對(duì)于生產(chǎn)要求延性較大的機(jī)械構(gòu)件來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是個(gè)災(zāi)難，一旦在生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械構(gòu)件受彎或受拉壓強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，尤其是受到的沖擊荷載過(guò)大時(shí)，極有可能導(dǎo)致機(jī)械受力構(gòu)件的斷裂，造成生產(chǎn)過(guò)程中的重大損失。

精度要求較高的機(jī)械多會(huì)采取彈簧和液壓系統(tǒng)進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，過(guò)高的溫度會(huì)使液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈的可能性增大，過(guò)低的溫度會(huì)使彈簧的活動(dòng)范圍降低。

1.2 使用因素

1.2.1 摩擦

在生產(chǎn)過(guò)程中，難免會(huì)有較多的微細(xì)顆粒進(jìn)入機(jī)械關(guān)鍵部位的縫隙之中，在告訴運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備中，這種微細(xì)顆粒一旦積累到一定程度，會(huì)對(duì)機(jī)械的關(guān)節(jié)部位產(chǎn)生巨大的磨損危害，使縫隙部位的誤差越來(lái)越大，滾軸的活動(dòng)范圍越來(lái)越大，產(chǎn)生更加嚴(yán)重的二次傷害，如撞擊、剪力增大等災(zāi)害，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程的突然停車(chē)，在力學(xué)性能要求極高的設(shè)備中，突變荷載或者突發(fā)停車(chē)事故會(huì)給機(jī)械帶來(lái)巨大的傷害，甚至瞬間斷裂或者崩塌。

密封層對(duì)這種顆粒的摩擦更為敏感，密封層一般在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)預(yù)留一部分的縫隙供機(jī)械正產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，但這種縫隙給微細(xì)顆粒提供了進(jìn)入機(jī)械關(guān)節(jié)點(diǎn)的通道，同時(shí)由于機(jī)械關(guān)節(jié)處發(fā)生上述災(zāi)害形式，其密封層也承受著高頻率的撞擊和剪力破壞，嚴(yán)重影響機(jī)械密封層的穩(wěn)定性，在大量的損害后，密封層脫落，失去密封效果。

1.2.2 疲勞效應(yīng)

機(jī)械在工作狀態(tài)下會(huì)有與其工作功率成正比的工作振動(dòng)頻率，較大的振動(dòng)頻率會(huì)對(duì)密封層造成較大的損害，機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)決定了密封層手受到的振動(dòng)應(yīng)力不會(huì)是單方向的，而是多方向且有一定規(guī)律的共振破壞，密封層在這種情況下會(huì)不斷遭受疲勞載荷的影響，使整個(gè)密封層的位置產(chǎn)生誤差，密封層的縫隙逐漸擴(kuò)大，密封層的力學(xué)性能尤其是其延展性能逐漸降低，并且會(huì)成為一種新的振動(dòng)因素加載在機(jī)械柱體上，是機(jī)械手打更大的傷害。

1.2.3 荷載

對(duì)于經(jīng)常受到拉壓循環(huán)的機(jī)械來(lái)說(shuō)，其液壓系統(tǒng)的高頻工作在一定程度上相當(dāng)于不斷對(duì)機(jī)械自身施加高頻的沖擊荷載，其承受荷載的構(gòu)件變形程度加大，牽連部位的密封層也隨之發(fā)生較大的形變。對(duì)于軸承構(gòu)件的密封層，其軸承在不斷的工作中會(huì)一直處在疲勞損傷的過(guò)程中，長(zhǎng)此以往會(huì)逐漸擴(kuò)大軸承周?chē)芊鈱优c軸承之間的縫隙，提高了密封層脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 制造因素

機(jī)械的制造誤差和計(jì)算誤差也會(huì)影響其密封層的性能。機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員都會(huì)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范預(yù)留一定的縫隙和誤差范圍供機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并能在一定程度上消除人工安裝和制造誤差帶來(lái)的不利影響。但是設(shè)計(jì)人員考慮不周或者施工工藝較差所帶來(lái)的較大的制造誤差會(huì)使機(jī)械在關(guān)鍵部位的尺寸達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)。構(gòu)件尺寸不配套、安裝困難、密封層失效等問(wèn)題也隨之而出，這些因制造和安裝而引發(fā)的問(wèn)題都是人為因素，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)人員的可控范圍之內(nèi)。

工藝條件不達(dá)標(biāo)的限制是制造誤差產(chǎn)生的主要原因，較差的工藝會(huì)導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件的力學(xué)性能達(dá)不到機(jī)械使用的要求，其抗彎、抗剪、抗拉壓的性能明顯下降，變形趨勢(shì)較快，受外力影響較大，斷裂風(fēng)險(xiǎn)較高。

2 預(yù)防措施

2.1 環(huán)境防備措施

機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)選用恒溫車(chē)間，保證機(jī)械的力學(xué)性能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免機(jī)械構(gòu)件在生產(chǎn)之初就出現(xiàn)較大的性能偏差。構(gòu)件安裝環(huán)境也應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臏囟?，避免安裝過(guò)程中的構(gòu)件產(chǎn)生較大的位移，尤其是精密儀器的構(gòu)件，安裝過(guò)程中還要注意建筑的抗震性能，保證密封層安裝的嚴(yán)絲合縫。

生產(chǎn)建筑內(nèi)部的溫度要保持恒溫，保證生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)論是產(chǎn)品還是機(jī)械構(gòu)件的質(zhì)量都能夠盡量與設(shè)計(jì)要求相符，嚴(yán)格控制廠房?jī)?nèi)的溫度影響因子，保證密封層受到外界影響的程度降到最低，并且定期檢查構(gòu)件的性能，及時(shí)檢修和替換。

2.2 使用防備措施

根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況，針對(duì)生產(chǎn)中可能被機(jī)械吸附的腐蝕性物質(zhì)及其可能發(fā)生的腐蝕性物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)，與機(jī)械生產(chǎn)上進(jìn)行溝通，在密封層上涂裝相應(yīng)的防腐涂層，保護(hù)密封層的材料。同時(shí)對(duì)于密封層易于吸附腐蝕物質(zhì)的過(guò)程進(jìn)行充分的分析，制定行之有效的預(yù)防措施，并根據(jù)生產(chǎn)工序制定相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程制度規(guī)范，約束生產(chǎn)工人的操作，使廠區(qū)內(nèi)部的生產(chǎn)過(guò)程形成標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化較強(qiáng)的工序設(shè)計(jì)方案，不斷針對(duì)預(yù)見(jiàn)的災(zāi)害形式優(yōu)化生產(chǎn)工序，盡最大可能阻斷腐蝕性物質(zhì)的傳播途徑。

2.3 制造防備措施

機(jī)械設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)組織經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員對(duì)每一個(gè)機(jī)械設(shè)備的總圖和詳圖進(jìn)行反復(fù)的審核，確保機(jī)械設(shè)備的合理性和精確性。機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)當(dāng)詳細(xì)標(biāo)明生產(chǎn)環(huán)境條件和工藝水平，安裝圖紙亦要標(biāo)明設(shè)備的安裝環(huán)境和安裝順序，保證機(jī)械從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)再到安裝有一整套完備的標(biāo)準(zhǔn)，保證機(jī)械密封層安裝的準(zhǔn)確性。施工工藝要符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，并且應(yīng)當(dāng)充分聽(tīng)取設(shè)計(jì)單位和生產(chǎn)單位的意見(jiàn)，對(duì)工藝條件進(jìn)行必要的改進(jìn)。

機(jī)械密封失效的原因有很多，生產(chǎn)和設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采取行之有效的措施保證人為失誤的嚴(yán)格管控，確立科學(xué)的、嚴(yán)密的、緊湊的、高效的機(jī)械運(yùn)用、檢修和維護(hù)保障體制，避免密封失效的風(fēng)險(xiǎn)，保障機(jī)械的正常使用性能，為高效的生產(chǎn)環(huán)境提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]圖爾德胡勒·阿不都拉，阿達(dá)依·謝爾亞孜旦.機(jī)械密封失效的影響因素與影響機(jī)制研究[J].設(shè)計(jì)與研究.2016（4）.

[2]王曉青.機(jī)械密封失效的影響因素與影響機(jī)制研究[J].建材與裝飾.2011（9）.

Study on the Influencing Factors of Mechanical Seal Failure

YIN Jin-feng
（Shandong Province Lunan Geological Engineering Investigation Institute Shandong Province Huaru Engineering Corporation，Jining Shandong 272100，China）

In this paper，the problem of mechanical seal failure is taken as the research topic.The reason of mechanical seal failure is analyzed from three aspects.According to the analysis result and the intersection of each reason，the effective disaster prevention measures are selected.Implementation of regulatory measures.

machinery；seal；failure；influencing factors

TU247.3

A

1672-545X（2017）07-0270-03

2017-04-11

尹金峰（1969－），男，山東陽(yáng)谷人，中專(zhuān)，機(jī)械工程師，研究方向：機(jī)械。