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密封失效分析简介密封性能分析和诊断密封失效原因的能力对发展同客户的供货关系至关重要。不仅能诊断密封失效的类型，而且能够对防止密封在将来失效的解决方案进行评估，值得一提的是，本培训课程介绍了在各种工业中发生的常见的密封失效。因此在本册中列出的原理可适用于所有的机械密封设计/生产商。密封失效的分析下一部分说明了失效的主要原因及如何诊断密封失效。在这之后列出了密封失效逻辑树，这是确定失效原因的最好的方法。典型的失效起因：1.有关密封规格的数据不够详细2.购买和供应次标准的材料3.生产上的缺陷4.设计上的缺陷5.缺少培训/技能比如，如果由于客户提供了错误化学数据而导致碳化钨密封环失效，那么失效的根源在于第1点。如果密封被安装不协调，那么原因在于第5点，倘若它不是普通的失效就可能是由第4点引起的失效，。失效的诊断检查和诊断机械密封失效的最重要的一点是每次都要采用相同的调查步骤。调查最好应该由一个小组进行，从而保持调查的一致性并且能迅速提高所需的技能。密封检查主要的考虑因素在进行密封分析前，必须先考虑很多关键的因素，如有可能必须获取下列有关的信息：密封的历史记录序列号和Z或Y编号，如果有的话密封尺寸和型号密封环组合橡胶圈组合金属部件，如特殊金属部件密封的总体状况4产品介质产品介质（如果只是一个专利名称，则提供尽可能多的有关其特殊性质的信息）产品压力填料箱温度填料箱压力运作条件·泵的情况（轴的补偿、震动情况，泵是否出现机械性故障等）·密封运作的时间长度，包括从第一次发现失效后，密封已经保持工作了多少时间·速度·工作常量和循环作业（包括温度范围）·是否有规律地隔断时间地对系统进行清洁，如果是的话，请提供处理的详细资料·密封是否和其它的密封配合工作？如同竞争密封产品一前一后地运作·垂直或水平安装·室内/室外安全性的考虑（COSHH数据表单）/MSDS·产品的腐蚀性能·密封尖锐边等方面的情况·产品的毒性系统的考虑·隔离系统规格·隔离系统压力（双端面密封）·隔离液介质·冲洗的类型（一般是对单端面密封而言）密封失效信息·密封哪一部分出现泄漏和泄漏的程度·任何其它有帮助的相关信息用来做初步诊断的上述信息提供的越多，那么正确地判定失效类型的机率就越大，因此也就能更好地解决潜在的密封性能问题。一旦密封的运作条件和背景信息确定，这时也只有在这时在穿着保护性装备的前提下，对密封进行分析。注意事项注意—如果你在获知密封的工作介质可能具有危险性的情况下，不作任何说明地将没有经过除污的密封交回技术部门，这可能会威胁到所有接手该密封的人的健康。除非经过AESSEAL技术部门的书面同意，AESSEAL希望所有密封在被寄给AESSEAL®之前都事先经过现场除污。请将产品和数据单清楚地说明。将密封返交进行检查之前，请将密封除污并正确地加以证明。5密封的初步检查密封刚收到时的情况是怎样的？比如密封是否完好无损，或者有被客户处理过或卸装过的痕。同时必须注意密封表面是否残留有产品或隔离液，因为这可以为密封的运作工况提供一些信息。密封整体上或密封部件是否作过变动？是否有任何表明密封曾被滥用过的迹象？这些迹象可从螺栓移动造成的螺钉驱动器标记、锤击或凿子的痕迹进行查看。在卸装密封之前，必须作操作方面的考虑，对密封进行静态压力测试以确定泄漏源，同时确定明显客户索赔案例。密封的外部检查第一步要做的是辨认密封没有经过滥用，此后需要关注的是判断密封是否安装过，如果是那么在密封部件上是否留有任何痕迹可用来作为证据？下示图表标明了可以发现痕迹的主要区域，在这个阶段的检查中可以对可能的原因/结论作一个总结。6a)检查压盖垫片上的痕迹，确保它同填料箱端面的接触标记位于垫片内径的中央。如果垫片上的标记有偏离，说明压盖被径向调整过。同时必须检查垫片“区域”，特别是在密封被安装到一个端面提高了的填料箱的地方。同时也不太容易发现由于填料箱螺栓过紧导致垫片被剪掉。b)检查压盖凹槽和固定螺栓垫圈之间的标记，如标记应该均匀地位于压盖凹槽上，而不是一边倒。通过这种检查也可以确认密封是否固定于2，3或4螺栓上。c)检查定位圈和压盖端面/石墨BUSH/油封等之间的界面。这些区域的接触标记必须是表明定位圈和压盖/石墨BUSH等在操作中是保持接触的。但是有时在这些区域会发现磨损，因为泄漏的产品促使石墨BUSH和定位圈、密封内部部件故障而导致的沉积固体产品或沉积碎片相接触。d)检查动环和相连的固定器的外径。任何标记或损伤的迹象都可能很好地表明了密封在运作时偏离填料箱钻孔中心、泵轴承故障、有东西突出到密封腔、产品在这个区域变的紧缩或者存有外来物体。同时需要注意固定器的颜色，因为变色可能表明密封是在一个极端的温度条件下工作的。e)检查轴套装到轴套上的那一面。这个区域的标记可能表明轴是在没有轴套的情况下运转的，如驱动螺钉脱离的轴。发生这种情况时，轴套橡胶圈所遭受的磨损和热损伤将是很严重的。除了上述主要几点外，应该注意其它的外部标记、损伤或其它不寻常的发现，如有时客户返交的密封的压盖经过修改如降低外径，卸除材质以使压盖非标准化或者均匀地加深凹槽来适应更小的螺栓PCD（螺栓周长）。这种操作往往会导致在压盖螺栓完全锁紧时产生变形。密封的内部检查密封的卸装检查必须在一个清洁、避免原先的污染的环境下进行，并且按照密封拆卸的顺序轮流检查各部件。内部检查不仅是要求进行结构检查，而且允许检查相连的各部件如静环和静环O型圈要连接在一起。在卸装后，每个部件都必须经过清洗和检查以查明它们目前的状态和条件。务必要做到的一点是密封的每一个部件都必须分别进行检验，同时将结果记录到合适的报告单上—参考付在本文献后的作为样板的表单01/96/1554Z—版本12（2000年12月）。7密封失效逻辑树下列流程图是非常简单明了的信息审查方式，可以一直追踪到问题的根源。有关逻辑树结构的几点说明：失效的分析对象是密封，目的是找出失效属于四个种类中的哪一种。如：腐蚀，过载，磨损或疲劳。在大部分情况下，分析会将我们带到第2水平的探究，如由速度过快导致的超负荷。密封失效的根源可以归结为下列几种：操作控制问题错误的密封规格（如密封的型号）错误的材质规格机器问题（如有缺陷的密封）安装问题操作员的问题用于不正确的工况不管失效的原因是什么，都应该向供货商进行咨询，供货商将会建议正确的处理步骤。复发的泵故障密封失效失效分析腐蚀过载磨损疲劳8腐蚀材质供应不正确材质正确，但是质量有潜在的缺陷现场条件跟说明的不一样挑选错误操作控制问题Q.A问题不正确的运行工况错误的材质规格8磨损接触磨损（触摸部件）第三者磨损（产品中的微粒）没有对齐（经常是径向不对齐）从产品中来的颗粒从设备来的颗粒安装问题机器问题密封型号不正确不正确的运行工况操作控制问题机器问题疲劳（循环性）没有对齐（径向的，轴向的或角度上的）气穴现象密封端面上的产品蒸发安装问题设备问题QA问题密封型号不正确操作控制问题不正确的运行工况9过载压缩过大/过小增压过大温度过高速度过快轴的运转设备问题安装问题密封型号不正确工况描述不正确出口阀门关闭电机转速过快操作问题密封型号不正确设备问题密封有缺陷辅助系统故障密封失效类型这部分由3个主要的标题组成：密封环失效类型，橡胶圈失效类型和其它失效类型。密封环失效类型任何密封的主要部件都是密封环。通过检查密封环可以容易地判定特殊的密封失效的原因，同时，密封环的情况和其它的密封部件如驱动销钉等相结合有助于密封失效的机理分析。这一部分将介绍典型的密封环失效类型。水泡石墨密封环上的水泡刚开始的时候只是歪曲附近的光带，最后会导致密封环出现小坑、泄漏增多同时伴随在石墨密封环上突起的圆形小区域的特征。有时候只有通过光带抛光密封环和光学平镜查看才能最有效地发现这些现象。这些水泡在操作过程中会使两个密封环分离，从而导致了泄漏的发生。水泡的发生通常分3个阶段：阶段1小的突起区域阶段2在突起的部分出现裂缝，经常是星状裂缝阶段3密封环上的小坑水泡的起因现在仍然是有争议的，但是最广为人接受的解释是：黏度相对比较高的液体（40Centistokes）在长时间的作用下穿透了石墨。当密封温度升高后（通常是在动态旋转时），该液体迅速扩展到石墨的气孔中。水泡通常发生于经常需要停止/启动操作的密封，或者甚至发生在多种转速的应用中。同时有一种学术流派认为当温度升高时，水泡更危险的时期是每一次启动后头30-60秒，或者可能是10-15秒。使温度升高，引发水泡形成机理的因素归结于以下情况中的几点或全部：·界面压力·表面速度/加速度·液体黏度（可能是最重要的因素）·端面间的摩擦系数·密封端面的液体可供性·表面抛光10典型的解决方案是：a)通过使用另外一种油或提高液体温度，降低油的黏度。当使用的是合成油时，它们的黏度随温度的高低和油中溶解的气体的多少而相差很大；在常温状态下液体的黏度相对要高点。根据经验，所选择的油的黏度范围应该在15~40CST。b)排除问题发生源，如停止/启动操作或者改变速度变化，比如可以将泵设置成连续运作（可能不是一个可行的方案）c)改用不渗水的密封环如碳化钨或碳化硅。当取代了起水泡的密封环之后的硬制端面对硬制端面的方案也不管用，石墨失效类型经常是边缘润滑油。d)改用浸锑石墨，它在某种程度上比树脂浸润石墨更能防止水泡的产生（注意化学抵抗性）。没有一种石墨能完全不产生水泡。e)检查密封环的冷却和循环情况，因为不正确的冷却和循环也会促进密封形成水泡。f)降低启动时的加速度速率，比如慢慢地增加速度意味着在最初的几秒内的直线速度也将是很慢的，因此热量生成的能力也更低。同时应该注意的是表面比运转轨迹更容易形成水泡，这两者都暴露在险恶的液体中，在本文献中标题为“剥落”的部分对运转轨迹有所描述。下面的照片显示了在光镜/钠光源下石墨端面上的典型水泡。石墨外径上的典型水泡。11在光镜/单色光源下石墨环上的典型水泡碳化钨/石墨密封环外径注意水泡在石墨环上。12汽化当密封环上生成的热量没有有效地进行排解时，则会发生蒸发现象，并且密封界面的液体薄膜会局部沸腾。在接近密封腔中产品的蒸汽压的条件下操作密封也会引起蒸发。下列图表所示是水的蒸汽压曲线。所有液体的曲线都相似操作性的蒸发的迹象通常是密封环发出爆裂或喷气等类似的噪声。对水蒸发而言，最终导致密封环爆开而将产品卸到空气中去是很常见的。蒸发一般不会立即导致密封失效，密封在这样的情况下在维持好长一段时间也是很正常的。但是如果密封环经常发出爆裂声，的确容易导致密封寿命缩短。将密封卸装后进行的检验通常会在内径/外径上发现剥落和并在密封环也有很多坑/彗星尾（这些经常会跟水泡混淆而导致不正确的诊断）。密封环上的高摩擦热可能由以下几点引起，如缺少适当的润滑油，产品的蒸发，冷却不够，密封环压力过大，产品压力过大或在建议的PV范围外操作等。13下面是一种简单的PV计算方法，同时在表格中列出了平衡型水液体和非水液体密封的PV范围。P.V.的计算不同密封环组合的PV因子表是以bar/m/s为单位的，如（压力X速率）：公制英制P=密封环上的压力下降barp.s.iN=轴速度r.p.mr.p.mdo=密封环外径米英尺di=密封环内径米英尺公制公式：英制公式：PV因子=π×(do+di)/2×N/60×PPV因子=π×(do+di)/2×N×P公制的计算结果—barm/s英制的计算结果—psift/min也可按照下列步骤计算：-1.将轴径转换成周长2.将轴的周长转换成速率3.将压力转换成Bar4.得到PV：（压力X速率）平衡型密封的PV因子上限密封环材质P.V.极限（barm/s）动环静环水溶液非水溶液石墨不锈钢1590石墨铜85120石墨Stellite85400石墨Al.陶瓷200300石墨氧化铬400400石墨碳化钨4201200石墨碳化硅12001800碳化钨碳化钨300500碳化钨碳化硅300500碳化硅碳化硅250400内径和外径损伤s14热膨胀裂缝热膨胀裂缝的特征是出现粗的辐射状裂缝，这些裂缝看起来都是从密封环的中央辐射开来，它们对软质密封环的影响能迅速地导致密封失