机密封典型的故障种类及性质

机密封典型的故障种类及性质在炼油厂和化工厂的机泵故障中，轴封的故障较多，据国内某炼油厂用离心泵两年多的不完全统计（表2-10），轴封故障较多，轴承故障次之。在轴封中使用机械密封日益广泛，而对机械密封的故障、原因及分析方面的综合性资料较少。因此，本文系统地总结这方面的资料供参考使用。机械密封损坏类型的故障有：化学损坏、热损坏和机械损坏。（1）化学损坏1）表面腐蚀图2-17所示为一机械密封动环表面腐蚀情况。如果金属表面接触腐蚀介质，而金属本身不腐蚀，就会产生表面腐蚀。为了防止表面腐蚀，可采用耐蚀材料。不锈钢的耐蚀性较好，因为此时表面形成氧化物或氢氧化物的保护膜，使金属钝化而不受腐蚀。2）点蚀图2-18所示为机械密封组装套外表面形成点蚀的情况。金属材料表面各处产生的剧烈腐蚀点叫做点蚀。通常有整个面出现点蚀和局部出现深坑点蚀两种。采用不锈钢时，钝化了的氧化铬保护膜局部破坏时就会产生点蚀。防止的办法是金属成份中限制铬的含量而增添镍和铜。点蚀的作用要比均匀腐蚀更危险。3）晶间腐蚀图2-19所示为铜焊碳化钨环的支持材料的晶间腐蚀。晶间腐蚀是仅在金属的晶界面上产生的剧烈腐蚀观象。尽管其重量腐蚀率很小，但却能深深地腐蚀到金属的内部，而且还会由于缺口效应而引起切断损坏。对于奥氏体不锈钢，晶间腐蚀在450~850℃之间发生，在晶界处有碳化铬析出，使材料丧失其惰性而产生晶间腐蚀。为了防止这种腐蚀，材料要在1050℃下进行热处理，使铬固熔化而均匀地分布在奥氏体基体中。4）应力腐蚀图2-20所示为纵向缝焊轧制的金属波纹管产生应力腐蚀的情况。金属材料在承受应力状态下处于腐蚀环境中产生的腐蚀现象。容易产生应力腐蚀的材料是铝合金、铜合金、钢及奥氏体不锈钢。一般应力腐蚀都是在高拉应力下产生，先表现为沟痕、裂纹，最后完全断裂。5）缝隙腐蚀图2-21所示为机械密封动环密封面内孔处由于窄缝中沉结而产生的缝隙腐蚀情况。缝隙腐蚀是一种浓差电池腐蚀，它产生在两个零件靠近的狭窄缝隙部位。机械密封O形圈附近经常能观察到这种腐蚀现象。这是由于介质流动受到窄缝的阻碍，生成惰性氧化物层，窄缝内溶液因供氧不足，与间隙外的溶液之间形成浓差电池而在缝隙部分产生腐蚀。6）电池腐蚀图2-22所示为机械密封的密封环银焊料与铬钢之间电位差产生的电池腐蚀情况。这是由于两种金属在电介质溶液中有电位差而产生电池作用，发生电池腐蚀。为了防止电池腐蚀，应尽量避免使用有电位差的两种金属组合的结构。部分金属的电池电压顺序如下表所示：电解液：天然海水3%NaCI溶液，温度为25℃。7）汽蚀与冲蚀与上述化学腐蚀和电化学腐蚀比较，汽蚀与冲蚀多半是机械因素。在高速运动的金属材料往往会由于汽蚀而伴随着腐蚀。（2）热损坏———主要是过热。要计算出机械密封的热影响是较困难的，只能从考虑热影响因素角度来正确设计，但必须知道摩擦系数pV值和导热率、干运转性能和实际经验。热损坏有下列几种：1）热裂图2-24、图2-25(分别表示热流体动力机械密封的碳化钨密封面上产生热裂和铜粘结的情况。通常，在过大的热应力作用下密封环表面出现径向裂纹，简称热裂。在短时间的机械负荷或热负荷作用下会出现热裂，例如由于干摩擦、冷却系统中断、密封面间隙、压力和速度波动很大等。热裂时密封环磨损剧增，泄漏量迅速地增大。对于平衡型密封，甚至于出现密封圈分开。为了避免热裂，必须对材料的机械一物理性能足够清楚，并在设计时考虑到可能热裂的运转条件。2）疱疤图2-26所示为机械密封碳石墨环表面出现疱疤的情况。疱疤也是一种过热的现象。它主要是由于碳石墨、陶瓷等材料过热造成。因为非均质材料本身各组分的膨胀系数不同，粘结剂被挤出是这种损坏的原因。因此必须采用不同材料或利用外部结构措施来改善其散热条件。在密封面间温度可能升得很高，甚至使浸渍剂熔化并对摩擦起不良作用。下面介绍几种浸渍剂的熔点：（3）机械损坏———主要是磨损。机械损坏还包括其它由于机械强度不够的各种形式损坏。1）磨损通常是由于固体颗粒侵入密封面间，首先使软密封面磨损，但有时固体颗粒嵌入软密封面中使硬密封面受到固体颗粒磨损（图2-27）。除了上述固体颗粒的磨削性磨损外，还有由于多次开、停车而造成传递转矩的传动销（螺钉）将组装盒磨出凹坑（2-28）和0形圈与轴套的相对移动而造成轴套的磨损（图2-29）。2）冲蚀密封流体对密封元件会造成冲蚀磨损。密封面上的冲蚀磨损只有在高压差（约30大气压以上）的重负荷密封中出现。因为高压差会使密封面翘曲造成流体对密封面的冲蚀。同样在特别高的流速下出现泄漏也会将密封面的结合材料（软组分）冲刷掉。图2-29为热流体动力机械密封的密封面冲蚀磨损的情况。密封中注入循环液（冲洗液等）时，由于静环处的液体流速过大造成严重的密封环冲蚀磨损。图2-31及图2-32分别表示循环液使碳石墨环受冲蚀磨损和弹簧受高速紊流的冲蚀磨损。为了防止这类磨损，应使循环液量合适和引入处合理布置。图2-33所示为密封面上由于旋涡流动造成环形槽的冲蚀并延伸到整个密封面。由于汽蚀腐蚀的破坏情况，在密封面以外的区域可以观察到。为了研究密封面材料对冲蚀和汽蚀的敏感性，曾经做过许多次试验，试验表明碳化硅最稳定。