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机械密封泄露原因

发表时间:2019-01-10 13:18

机械密封泄露原因

     机械密封的故障大多是由异常的泄漏、异常的磨损、异常的扭矩等现象出现后才被发现。造成机械密封故障的原因大致有4个方面:机械密封的设计选型不对;机械密封质量不好;使用或安装机械密封的机器本身精度达不到要求;机器运行操作错误。

机械密封泄露的原因汇总分析

1, 周期性泄漏

(1)转子轴向串动量及频率大,动环来不及补偿;

(2)操作压力不稳转子周期性振动。

2, 经常性泄漏

(1)东环和静环两端面其中有一方与轴线不垂直;安装不正确、不平整。

(2)密封圈有缺陷或尺寸不符;

(3)由于某种原因,动、静环变形;

(4)在该泵工作压力下端面比压太小;

(5)转子晃动,振动过大;

(6)弹簧旋向装反;

(7)密封面间有污物,开车后将摩擦面破坏;

(8)防转销太长,顶住静环。

3, 大量泄漏

(1)安装时将静环碰坏;

(2)密封面与轴线偏斜太大;

(3)弹簧或动环卡住使两端面贴不上。

4, 突然泄漏

(1)泵抽空将端面打开进入污物;

(2)泵抽空将静环抽出不能复位;

(3)泵径长期运行,轴套表面结垢,密封面磨损后卡住动环不能前进补偿磨损量,磨损面进入压力液体,增大推开力,推开更大距离;

(4)摩擦副磨损量超过压缩量极限,压力液体进入摩擦端面间将其推开;

(5)摩擦副局部高热,将密封圈烧毁;

(6)介质内有晶体或固体颗粒进入摩擦面间,使摩擦副迅速磨损;

(7)硬环表面断裂迅速切割软环;

(8)泵剧烈振动,将密封件破坏。

5, 停用后泄露

(1)摩擦副处结焦、结垢或生锈,阻碍密封件轴向滑动;

(2)未停车前弹性元件有折断损坏现象。




机械密封的维修

机械密封种类繁多,型号各异,但泄漏点主要有五处:

(l)轴套与轴间的密封;

(2)动环与轴套间的密封;

(3)动、静环间密封;

(4)对静环与静环座间的密封;

(5)密封端盖与泵体间的密封。

一般来说,轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决,但需细致观察,特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时,相对困难些。其余的泄漏直观上很难辩别和判断,须在长期管理、维修实践的基础上,对泄漏症状进行观察、分析、研判,才能得出正确结论。

一、泄漏原因分析及判断

1.安装静试时泄漏。机械密封安装调试好后,一般要进行静试,观察泄漏量。如泄漏量较小,多为动环或静环密封圈存在问题;泄漏量较大时,则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上,再手动盘车观察,若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题;如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题;如泄漏介质沿轴向喷射,则动环密封圈存在问题居多,泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出,则多为静环密封圈失效。此外,泄漏通道也可同时存在,但一般有主次区别,只要观察细致,熟悉结构,一定能正确判断。

2.试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后,运转时高速旋转产生的离心力,会抑制介质的泄漏。因此,试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后,基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有:

(l)操作中,因抽空、气蚀、憋压等异常现象,引起较大的轴向力,使动、静环接触面分离;

(2)对安装机械密封时压缩量过大,导致摩擦副端面严重磨损、擦伤;

(3)动环密封圈过紧,弹簧无法调整动环的轴向浮动量;

(4)静环密封圈过松,当动环轴向浮动时,静环脱离静环座;

(5)工作介质中有颗粒状物质,运转中进人摩擦副,探伤动、静环密封端面;

(6)设计选型有误,密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现,有时可以通 过适当调整静环座等予以消除,但多数需要重新拆装,更换密封。

3.正常运转中突然泄漏。离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命,而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。

(1)抽空、气蚀或较长时间憋压,导致密封破坏;

(2)对泵实际输出量偏小,大量介质泵内循环,热量积聚,引起介质气化,导致密封失效;

(3)回流量偏大,导致吸入管侧容器(塔、釜、罐、池)底部沉渣泛起,损坏密封;

(4)对较长时间停运,重新起动时没有手动盘车,摩擦副因粘连而扯坏密封面;

(5)介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多;

(6)环境温度急剧变化;

(7)工况频繁变化或调整;

(8)突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏,如不能及时发现,往往会酿成较大事故或损失,须予以重视并采取有效措施。

二、泵用机械密封检修中的几个误区

1.弹簧压缩量越大密封效果越好。其实不然,弹簧压缩量过大,可导致摩擦副急剧磨损,瞬间烧损;过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力,导致密封失效。

2.动环密封图越紧越好。其实动环密封圈过紧有害无益。一是加剧密封圈与轴套间的磨损,过早泄漏;二是增大了动环轴向调整、移动的阻力,在工况变化频繁时无法适时进行调整;三是弹簧过度疲劳易损坏;四是使动环密封圈变形,影响密封效果。

3.静环密封圈越紧越好。静环密封圈基本处于静止状态,相对较紧密封效果会好些,但过紧也是有害的。一是引起静环密封因过度变形,影响密封效果;二是静环材质以石墨居多,一般较脆,过度受力极易引起碎裂;三是安装、拆卸困难,极易损坏静环。

4.叶轮锁母越紧越好。机械密封泄漏中,轴套与轴之间的泄漏(轴间泄漏)是比较常见的。一般认为,轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧,其实导致轴间泄漏的因素较多,如轴间垫失效,偏移,轴间内有杂质,轴与轴套配合处有较大的形位误差,接触面破坏,轴上各部件间有间隙,轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏。锁母锁紧过度只会导致轴间垫过早失效,相反适度锁紧锁母,使轴间垫始终保持一定的压缩弹性,在运转中锁母会自动适时锁紧,使轴间始终处于良好的密封状态。

5.新的比旧的好。相对而言,使用新机械密封的效果好于旧的,但新机械密封的质量或材质选择不当时,配合尺寸误差较大会影响密封效果;在聚合性和渗透性介质中,静环如无过度磨损,还是不更换为好。因为静环在静环座中长时间处于静止状态,使聚合物和杂质沉积为一体,起到了较好的密封作用。

6.拆修总比不拆好。一旦出现机械密封泄漏便急于拆修,其实,有时密封并没有损坏,只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既避免浪费又可以验证自己的故障判断能力,积累维修经验提高检修质量

机械密封失效分析与故障分析

1。腐蚀失效

机械密封因腐蚀引起的失效为数不少,常见的腐蚀类型有如下几种。

(1)表面腐蚀

由于腐蚀介质的侵蚀作用,机械密封件会发生表面腐蚀,严重时也可发生腐蚀穿孔,弹簧件更为明显,采用不锈钢材料,可减轻表面腐蚀。

(2)点腐蚀

弹簧套常出现大面积点蚀或区域性点蚀,有的导致穿孔,此类局部腐蚀对密封使用尚不会造成很严重的后果,不过大修时也应予更换。

(3)晶间腐蚀

碳化钨环不锈钢环座以铜焊连接,使用中不锈钢座易发生晶间腐蚀,为克服敏化的影响,不锈钢应进行固溶处理。

(4)应力腐蚀破裂

金属焊接波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下,往往会发生断裂,由于弹簧的突然断裂而使密封失效,一般采用加大弹簧丝径加以解决。

(5)缝隙腐蚀

动环的内孔与轴套表面之间、螺钉与螺孔之间,O形环与轴套之间,由于间隙内外介质浓度之差而导致缝隙腐蚀,此外陶瓷镶环与金属环座间也会发生缝隙腐蚀,一般在轴套表面喷涂陶瓷,镶环处表面涂以黏结剂以减轻缝隙腐蚀。

(6)电化学腐蚀

异种金属在介质中往往引起电化学腐蚀,它使镶环松动,影响密封,一般亦采取在镶接处涂黏结剂的办法予以克服。

2。热损失效

(1)热裂

如密封面处于干摩擦、冷却突然中断、杂质进入密封面、抽空等,会导致环表面出现径向裂纹,从而使对偶环急剧磨损,密封面泄漏迅速增加。碳化钨环热裂现象较常见。

(2)发泡、炭化

使用中如石墨环超过许用温度,则其表面会析出树脂,摩擦面附近树脂会发生炭化,当有黏结剂时,又会发泡软化,使密封面泄漏量增加,密封失效。

(3)老化、龟裂、溶胀

橡胶超过许用温度继续使用,将迅速老化、龟裂、变硬失弹。如是有机介质则溶胀失弹,这些均导致密封失效。

凡因热损引起密封失效,关键在于尽量降低摩擦热,改善散热,使密封面处不发生温度剧变。

3。磨损失效

摩擦副若用材耐磨性差、摩擦因数大、端面比压(包括弹簧比压)过大、密封面进入固体颗粒等均会使密封面磨损过快而引起密封失效。采用平衡型机械密封以减少端面比压及安装中适当减少弹簧压力,有利克服因磨损引起的失效,此外,选用良好的摩擦副材料可以减轻磨损。按耐磨次序材料排列为碳化钨-碳石墨、硬质合金-碳石墨、陶瓷(氧化铝)-碳石墨、喷涂陶瓷-碳石墨、氧化硅陶瓷-碳石墨、高速钢-碳石墨、堆焊硬质合金-碳石墨。

4。安装、运转等引起的故障分析

(1)加水或静压试验时发生泄漏

由于安装不良,机械密封加水或静压试验时会发生泄漏。安装不良有下述诸方面。

a.动、静环接触表面不平,安装时有碰伤、损坏。

b.动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧。

c.动、静环表面有异物夹入。

d.动、静环V形密封圈方向装反,或安装时反边。

e.紧定螺钉未拧紧,弹簧座后退。

f.轴套处泄漏,密封圈未装或压紧不够。

g.如用手转动轴泄漏方向性则有如下原因:弹簧力不均匀,单弹簧不垂直,多弹簧长短不一或个数少;密封腔端面与轴垂直不够。

h.静环压紧不均匀。

(2)由安装、运转等引起的周期性泄漏

运转中如泵叶轮轴向窜动量超过标准、转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定,密封腔内压力经常变化均会导致密封周期性泄漏。

(3)经常性泄漏

a.动环、静环接触端面变形会引起经常性泄漏。如端面比压过大,摩擦热引起动、静环的热变形;密封零件结构不合理,强度不够产生变形;由于材料加工原因产生的残余变形;安装时零件受力不均等,均是密封端面发生变形的主要原因。

b.镶装或粘接的动、静环接缝处泄漏造成泵的经常性泄漏,由于镶装工艺不合理引起残余变形、用材不当、过盈量不合要求、黏结剂变质均会引起接缝泄漏。

c.摩擦副损伤或变形而不能跑合引起泄漏。

d.摩擦副夹入颗粒杂质。

e.弹簧比压过小。

f.密封圈选材不正确,溶胀失效。

g.V形密封圈装反。

h.动、静环密封面对轴线不垂直度误差过大。

i。密封圈压紧后,传动销、防转销顶住零件。

j.大弹簧旋向不对。

k.转轴振动。

l.动、静环与轴套间形成水垢不能补偿磨损位移。

m.安装密封圈处轴套部位有沟槽或凹坑腐蚀。

n.端面比压过大,动环表面龟裂。

o.静环浮动性差。

p.辅助装置有问题。

4.突发性泄漏

由于以下原因,泵密封会出现突然的泄漏。

(1)泵强烈振动、抽空破坏了摩擦副。

(2)弹簧断裂。

(3)防转销脱落或传动销断裂而失去作用。

(4)辅助装置有故障使动、静环冷热骤变导致密封面产生变形或裂纹。

(5)由于温度变化,摩擦副周围介质发生冷凝、结晶影响密封。

5.停泵一段时间再开支时发生泄漏

摩擦副附近介质的凝固、结晶,摩擦副上有水垢;弹簧锈蚀、堵塞而丧失弹性,均可引起泵重新开动时发生泄漏。

机械密封的故障有哪些?如何处理.

机械密封的故障及处理方法如下:

一、机械密封的故障在零件上的表现:

1、密封端面的故障:磨损、热裂、变形、破损(尤其是非金属密封端面)。

2、弹簧的故障:松弛、断裂和腐蚀。

3、辅助密封圈的故障:装配性的故障有掉块、裂口、碰伤、卷边和扭曲;非装配性的故障有变形、硬化、破裂和变质。

机械密封故障在运行中表现为振动、发热、磨损,最终以介质泄漏的形式出现。

二、机械密封振动、发热的原因分析及处理

1、动静环端面粗糙。

2、动静环与密封腔的间隙太小,由于振摆引起碰撞。处理方法:增大密封腔内径或减小转动件外径,至少保证0.75mm的间隙。

3、密封端面耐腐蚀和耐温性能不良,摩擦副配对不当。处理方法:更改动静环材料,使其耐温,耐腐蚀。

4、冷却不足或端面在安装时夹有颗粒杂质。处理方法:增大冷却液管道管径或提高液压。

三、机械密封泄漏的原因分析及处理

1、静压试验时泄漏

(1)密封端面安装时被碰伤、变形、损坏。

(2)密封端面安装时,清理不净,夹有颗粒状杂质。

(3)密封端面由于定位螺钉松动或没有拧紧,压盖(静止型的静环组件为压板)没有压紧。

(4)机器、设备精度不够,使密封面没有完全贴合。

(5)动静环密封圈未被压紧或压缩量不够或损坏。

(6)动静环V型密封圈方向装反。

(7)如果是轴套漏,则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。处理方法:应加强装配时的检查、清洗,严格按技术要求装配。

2、周期性或阵发性泄漏

(1)转子组件轴向窜动量太大。处理方法:调整推力轴承,使轴的窜动量不大于0.25mm。

(2)转子组件周期性振动。处理方法:找出原因并予以消除。

(3)密封腔内压力经常大幅度变化。处理方法:稳定工艺条件。

3、经常性泄漏

(1)由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏。

a、弹簧压缩量(机械密封压缩量)太小。

b、弹簧压缩量太大,石墨动环龟裂。

c、密封端面宽度太小,密封效果差。处理方法:增大密封端面宽度,并相应增大弹簧作用力。

d、补偿密封环的浮动性能太差(密封圈太硬或久用硬化或压缩量太小,补偿密封环的间隙过小)。处理方法:对补偿密封环间隙过小的,增大补偿密封环的间隙。

e、镶装或粘接动、静环的接合缝泄漏(镶装工艺差,存在残余变形;材料不均匀;粘接剂不均、变形)。

f、动、静环损伤或出现裂纹。

g、密封端面严重磨损,补偿能力消失。

机械密封冲洗方案及特点

冲洗的目的在于防止杂质集积,防止气囊形成,保持和改善润滑等,当冲洗液温度较低时,兼有冷却作用。冲洗的方式主要有如下:

一、内冲洗

1。正冲洗

(1)特点:利用工作主机的被密封介质,由泵的出口端通过管路引入密封腔。

(2)应用:用于清洁流体, p1稍大于p进,当温度高或有杂质时,可在管路上设置冷却器、过滤器等

2。反冲洗

(1)特点:利用工作主机的被密封介质,由泵的出口端引入密封腔,冲洗后通过管路流回泵入口。

(2)应用:用于清洁流体,且p进<><>

3。全冲洗

(1)特点:利用工作主机的被密封介质,由泵的出口端通过管路引入密封腔,冲洗后再经管路流回泵入口。

(2)应用:冷却效果优于前两种,用于清洁流体,且p1与p进和p出相接近时。

二、外冲洗

特点:引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔进行冲洗。

应用:外冲洗液压力应比被密封介质大0.05--0.1MPa,适用于介质为高温或固体颗粒的场合。

冲洗液的流量应保证带走热量,还需满足冲洗的需要,不会产生对密封件的冲蚀。为此,需控制密封腔的压力和冲洗的流速,一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s;含有颗粒的浆状液体须小于3m/s,为达到上述的流速值,冲洗液与密封腔压力的差值应<>

冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置,应设置在密封端面附近,且应在靠近动环侧,为了防止石墨环被冲蚀或因冷却不均引起温差变形,以及杂质堆积和结焦等,可采用切向引入或多点冲洗。

必要时,冲洗液可以是热水或蒸汽。

机械密封的腐蚀与防护方法

机械密封出现故障的机会较多,比例较大,常见的损坏形式可分为腐蚀损坏、热损坏和机械损坏三种,由于机械密封特殊的结构形式和千差万别的工作环境,其腐蚀形态也存在多样性的特点。

1.金属环腐蚀

(1)表面均匀腐蚀

如果金属环表面接触腐蚀介质,而金属本身又不耐腐蚀,就会产生表面腐蚀,其现象是泄漏、早期磨损、破坏、发声等。金属表面均匀腐蚀有成膜和无膜两种形态,无膜的金属腐蚀很危险,腐蚀过程以一定的速度进行,这主要是选材错误造成的。成膜的腐蚀,其钝化膜通常具有保护作用的特性,但金属密封环所用材料,如不锈钢、钴、铬合金等其表面的钝化膜在端面摩擦中破坏,在缺氧条件下新膜很难生成,使电偶腐蚀加剧。

(2)应力腐蚀破裂

金属在腐蚀和拉应力的同时作用下,首先在薄弱区产生裂缝,进而向纵深发展,产生破裂,称为应力腐蚀破裂。选用堆焊硬质合金及铸铁、碳化钨、碳化钛等密封环,容易出现应力腐蚀破裂。密封环裂纹一般是径向发散型的,可以是一条或多条。这些裂缝沟通了整个密封端面,加速了端面的磨损,使泄漏量增加。

根据断裂力学的观念,材料内部原始裂纹尖端的应力场强因子K1=yσ1a(y—系数)。在开始时由于应力σ1小于临界应力σc, a小于临界裂纹ac,所以腐蚀作用时,由于原始裂纹a的腐蚀扩展,导致K1的增大。当经过一段时间后a=ac及K1=K1c时,断裂就发生了,只有当原始裂纹a足够小,以致于K1<K1c(应力腐蚀破裂)时,材料不会发生应力腐蚀破裂。①应力的存在。如果堆焊或加工中,残余应力、旋转离心力、摩擦热应力,引起金属环应力σ1大于σ2c,应力破坏就很难避免。②材料。金属密封环材料强度、硬度指标越高, K1c越低,材料内气孔、夹渣、裂纹越多越长,越易发生应力腐蚀破裂。一般K1(应力腐蚀破裂)=(1/2-1/5)K1c,且随材料强度级别的提高,K1(应力腐蚀破裂)/K1c的比值下降。③磨损。构件表面越光,应力腐蚀破裂敏感性越低。端面磨损使金属表面钝化膜破坏,光洁度降低,促使应力腐蚀破裂的发生。④介质。应力腐蚀破裂,只发生于一些特定的“材料—环境”体系。例如“奥氏体不锈钢—cl”、“碳钢—NO3”。⑤温度。温度越高,氢扩散越快,应力腐蚀破裂加快。密封环端面剧烈摩擦,如果端面比压过大,表面光洁度低,冷却不够,表面润滑不好,摩擦热则加速应力腐蚀破裂的进行。

2.非金属环腐蚀

(1)石墨环的腐蚀用树脂浸渍的不透性石墨环,它的腐蚀有三个原因:一是当端面过热,温度>180℃时,浸渍的树脂要析离石墨环,使环耐磨性下降;二是浸渍的树脂若选择不当,就会在介质中发生化学变化,也使耐磨性下降;三是树脂浸渍深度不够,当磨去浸渍层后,耐磨性下降。所以密封冷却系统的建立,选择耐蚀的浸渍树脂,采用高压浸渍,增加浸渍深度是非常必要的。

(2)石墨环的氧化在氧化性的介质中,端面在干摩擦或冷却不良时,产生350-400℃的温度能使石墨环与氧发生反应,产生CO2气体,可使端面变粗糙,甚至破裂。非金属环在化学介质和应力的同时作用下,也会破裂。

(3)聚四氟乙烯(F4)密封环的腐蚀 F4填充如玻璃纤维、石墨粉、金属粉等以提高其耐温性、耐磨性。填充F4环的腐蚀主要是指填充物的选择性腐蚀、溶出或变质破坏。例如在氢氟酸中,玻璃纤维分子热腐蚀,所以填充何物应视具体情况而定。

3.辅助密封圈及其接触部位的腐蚀

(1)辅助密封圈的腐蚀

橡胶种类不同,其耐蚀性亦不同。由于橡胶的腐蚀、老化,其失效的橡胶遭腐蚀后表面变粗糙且失去弹性,容易断裂。橡胶耐油性因品种而异,不耐油的橡胶易胀大、摩擦力增大,浮动性不好,使密封失效。橡胶与F4耐温性差,硅橡胶耐温性最好,可在200℃使用。

(2)与辅助密封圈接触部位的腐蚀

机械密封动环、轴套、静环、静环座,与橡胶或F4辅助密封圈接触处没有大的相对运动,该处液相对静止易形成死角,给与之接触的金属轴套、动环、静环座及密封体等造成了特种腐蚀,主要有缝隙腐蚀、摩振腐蚀、接触腐蚀,三种腐蚀同时存在,交替进行,所以腐蚀面较宽、较深。观察其表面深度在1-1.5倍密封圈直径,蚀度不小于0.01mm时,密封泄漏就严重了。

4.防护方法

(1)选材

环境不同,选材不同,既要照顾选材的一致性,又要照顾环境腐蚀差异;温度、浓度、压力不同,选材不同;同一介质温度,浓度、压力不同,腐蚀情况各异,要对腐蚀性有所了解,酌情选材;腐蚀形式不同,选材不同。

(2)结构设计

①避免与介质接触的设计。采用内装式、外装式、隔离液等机械密封,涂层、保护套也可起到与介质隔离的作用。②端面设计。采用镶嵌结构,端面为压应力,可避免应力腐蚀破裂。③弹簧防腐设计。从结构上使弹簧不与介质接触是较好的方法,如外装上喷涂保护层、加保护套等。改旋转型为静止结构。④辅助密封圈。只要缝隙足够小,所有材料都可能产生缝隙腐蚀。波纹管与轴套接触面宽且取消辅助密封圈,是一种好的密封。

(3)维护与使用

建立封液及冷却系统,并经常更换封液及冷却液,加强对端面冷却。检修与安装时,严禁敲击密封件,以防止局部相变而为腐蚀提供条件。密封件安装前,应严格地清洗干净


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