在密封端面接觸和摩擦正常時(shí),能夠進(jìn)入密封端面的固體雜質(zhì)都是極細微的,也容易被密封水沖走,因此,對密封泄漏沒(méi)有什么影響。較大固體顆粒進(jìn)入密封端面,造成磨損加劇的情況,都是在密封工作不正常時(shí)發(fā)生的。大體分為以下幾種情況:
(1)在停機或檢修后,試車(chē)初期,由于管路較臟或密封水質(zhì)不好,固體雜質(zhì)容易進(jìn)入密封端面。因此,機械密封摩擦面磨損較快。
(2)雙端面機械密封在密封水壓力波動(dòng),甚至低于泵、機內壓力時(shí),泵體內帶有雜質(zhì)的化工介質(zhì)從內端面進(jìn)入密封室,部分雜質(zhì)存留在密封端面上,造成磨損加劇,單端面內裝機械密封,由于介質(zhì)壓力波動(dòng),密封端面進(jìn)入雜質(zhì)的可能性較雙端面小得多,相對壽命較長(cháng)。
(3)由于種種原因雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。過(guò)氧機械密封端面早期嚴重磨損,從磨損機理來(lái)看,主要是顆粒磨損,粘著(zhù)磨損只有在個(gè)別情況下才能發(fā)生,因此,我們只討論顆粒磨損。過(guò)氧顆粒磨損速率是很高的,大大降低了機械密封的使用壽命。顆粒磨損不僅使軟密封環(huán)(石墨環(huán))摩損,而且使硬密封環(huán)(主要是硬質(zhì)合金動(dòng)環(huán))磨損,顆粒磨損表面有明顯的大致規則的刻痕和溝槽。顆粒磨損的實(shí)質(zhì)是硬的顆粒在垂直分力作用下,刺入摩擦面,而在切向分力作用下作相對運動(dòng),從而使摩擦表面進(jìn)行微切削和犁皺的過(guò)程。顆粒磨損不僅與材料的硬度和端面比壓有關(guān),而且和材料的顯微組織、試驗溫度、載荷性質(zhì)和應力大小、磨粒的尺寸和硬度以及摩擦面的化學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)。
在一個(gè)或兩個(gè)端面出現缺口,這種現象說(shuō)明兩個(gè)端面分開(kāi)的距離太大,而當兩個(gè)端面用力合緊時(shí),就會(huì )產(chǎn)生缺口。造成端面分離的常見(jiàn)原因是進(jìn)口機械密封介質(zhì)急驟蒸發(fā)。例如,水,特別是在熱水系統或是含凝結水的液體中,水蒸發(fā)時(shí)膨脹,因而將兩端面分開(kāi)。泵的氣穴現象加上密封件的阻塞也可能是使密封端面產(chǎn)生缺口的原因。在這種情況下,不是由于振動(dòng)和聯(lián)軸器不對這歐冠引起的,因為這不足以使端面產(chǎn)生缺口。降低端面溫度是防止介質(zhì)急劇蒸發(fā)造成端面損壞的常用方法。同時(shí),采用導熱性好的材料組對也是有利的,如用鎳基硬質(zhì)合金與浸銅石墨組對,此外,采用平衡型機械密封,或利用特種耐腐蝕機械密封壓蓋從外部注液冷卻,或直接冷卻腔內的密封,等等,對降低密封端面的溫度是十分有效。
失效的機械密封,摩擦副端面常會(huì )留下很細的徑向裂紋,或者是徑向裂紋兼有水泡痕,甚至龜裂。這是由于密封過(guò)熱引起的,特別是陶瓷、硬質(zhì)合金密封面容易產(chǎn)生這類(lèi)損傷。介質(zhì)潤滑性差、過(guò)載、操作溫度高、線(xiàn)速度高、配對材料組合不當等,其中任何一種因素,或者是幾種因素的疊加,都可以產(chǎn)生過(guò)大的摩擦熱,若摩擦熱不能及時(shí)散發(fā),就會(huì )產(chǎn)生染整機械密封熱裂紋,從而出現過(guò)度磨損和高泄漏。解決密封過(guò)熱問(wèn)題,除改變端面面積外,減少載荷外,還可采用靜止型密封并加導流套強制冷卻循環(huán)流體導向密封面,或在密封端面上開(kāi)流體動(dòng)力槽來(lái)加以解決。摩擦端面上有許多細小的熱斑點(diǎn)和孤立的變色的區域,這說(shuō)明密封件在高壓和熱影響下變形扭曲。對于端面的的熱變形,一般的計算方法是不允許的,應采用有限元法計算,以便改進(jìn)密封環(huán)的設計。
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