淺析化工泵用機(jī)械密封O形輔助密封圈的性能
2019-12-05 武建軍
摘 要：在現(xiàn)代化學(xué)品生產(chǎn)中，化學(xué)泵被廣泛使用并且對(duì)壓實(shí)提出了很高的要求。特別地，除了當(dāng)前的技術(shù)條件之外，苛性鈉和硫酸的運(yùn)輸和儲(chǔ)存需要更高的壓實(shí)。因此，很難實(shí)現(xiàn)無泄漏。本文件分析了化學(xué)泵機(jī)械密封的安裝和使用，O形輔助密封失效的原因以及一些預(yù)防措施，以幫助釋放機(jī)械密封。
關(guān)鍵詞：化工泵；機(jī)械密封；O形輔助；密封圈
引言
目前，化學(xué)制造中使用的大多數(shù)離心泵都使用機(jī)械密封，密封泄漏是密封損壞的主要原因。其中，在輔助機(jī)械密封的密封環(huán)中使用了大量的合成橡膠O形圈。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約30%的機(jī)械密封泄漏失效是由密封圈失效引起的，本文主要關(guān)注O形輔助密封的性能，分析失效原因。
1.化工泵機(jī)械密封的典型泄漏通道分析
密封圈由旋轉(zhuǎn)環(huán)和固定環(huán)組成，是機(jī)械密封中最重要的部分，其性能與密封效果和使用壽命直接相關(guān)。因此，對(duì)密封環(huán)的材料，結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸和表面質(zhì)量提出了很高的要求。墊圈的材料必須具有足夠的強(qiáng)度，硬度，耐磨性，耐腐蝕性，耐熱性，抗沖擊性和抗疲勞性，并且具有良好的加工性和效率。其中，耐磨性，耐腐蝕性和耐熱性是基本要求。
典型化學(xué)泵的內(nèi)部機(jī)械密封的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。主泄漏路徑包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)環(huán)形摩擦環(huán)（泄漏E）的面，輔助平衡環(huán)（泄漏B）的密封環(huán)和未補(bǔ)償環(huán)。輔助密封件（泄漏G），所述殼體和所述填料箱（泄漏d），襯套和軸（漏A），靜態(tài)碳石墨環(huán)本身正在泄漏（泄漏F）和所述插入件的配合表面之間的連接存在其中7條泄漏路徑（點(diǎn)泄漏C）泄漏E是動(dòng)態(tài)密封，其是密封的主要部件，其基于兩個(gè)環(huán)的端面的緊密配合和相對(duì)旋轉(zhuǎn)以及端面之間的小間隙。保持非常薄的液膜以防止液體泄漏，并且剩余的泄漏是用作輔助密封的靜態(tài)密封。
2、O形輔助密封圈失效分析
在機(jī)械泵的機(jī)械密封的情況下，輔助密封環(huán)的作用不容小覷，其失效也是機(jī)械密封失效的主要原因之一。在技術(shù)實(shí)踐中，密封圈的失效主要是由于安裝不當(dāng)，使用不當(dāng)和質(zhì)量問題造成的。
2.1、安裝過程中O形圈失效
安裝不當(dāng)導(dǎo)致密封圈損壞。安裝機(jī)械密封時(shí)，閥座孔和軸端沒有斜切或陰影線，密封圈在負(fù)載下刮傷：軸表面損壞或腐蝕。建議用密封圈在軸表面噴涂陶瓷，或根據(jù)應(yīng)用要求更換新軸。此外，軸上的鍵槽可能會(huì)損壞密封。因此，在安裝前仔細(xì)檢查毛邊是否有特殊工具，以免損壞O形圈。
安裝不正確會(huì)導(dǎo)致密封圈失效。1）彈簧壓縮越大，密封效果越好。在更換過程中，彈簧的選擇壓力過大：在調(diào)整過程中，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)環(huán)的摩擦副立即磨損并立即燃燒。過度壓縮會(huì)降低可動(dòng)環(huán)的柔韌性并損壞密封。2）O形圈密封太緊。增加密封圈與軸（或套筒）之間的磨損，降低軸向調(diào)節(jié)的靈活性和活動(dòng)環(huán)的運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)行條件頻繁變化時(shí)及時(shí)調(diào)整;使彈簧過度疲勞，容易損壞。環(huán)變形和變形，影響密封效果。3）靜態(tài)O形圈太緊。靜環(huán)的密封環(huán)基本上處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且安裝太緊而不會(huì)過度變形。靜環(huán)的材料主要是碳石墨，通常是脆性的，可以很容易地緩解過度的應(yīng)力。此外，安裝和拆卸也很困難。靜環(huán)很容易損壞。4）松散安裝靜態(tài)O形圈。當(dāng)可動(dòng)環(huán)軸向浮動(dòng)時(shí)，靜態(tài)環(huán)可以很容易地與環(huán)的固定座相互分離，從而機(jī)械密封停止工作。
2.2、運(yùn)行過程中O形圈失效
高溫條件下的變形。當(dāng)機(jī)械密封在高溫工作環(huán)境中時(shí)，O形的橡膠墊圈獲得與槽相同的橫截面形狀（見圖2）。如果溫度保持不變，則保持溫度密封的效果。但是，持續(xù)高溫會(huì)對(duì)其他部件造成損壞，因此機(jī)械密封必須在高溫下具有冷卻系統(tǒng)。冷卻和冷卻后，O形圈快速沉降并形成泄漏。在這種情況下，應(yīng)注意各種橡膠的應(yīng)用極限溫度，以避免在溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行。橡膠密封件常用材料的性能與工作溫度限制的比較如下表所示。如果不能改變壓實(shí)操作的狀態(tài)，則可以通過使用該結(jié)構(gòu)來改進(jìn)。例如，具有大橫截面的密封環(huán)，具有較高硬度的密封環(huán)，其中壓環(huán)的擠壓結(jié)構(gòu)和不存在彈簧力不允許O形環(huán)等，以防止密封環(huán)由于過度加工而變形溫度。
（2）高壓條件下的擠壓應(yīng)變。在本次實(shí)踐過程中，O形環(huán)通常具有低硬度和小橫截面直徑，并且在靜壓和位移的作用下總是處于壓縮狀態(tài)。在高壓條件下，工作過程中的壓力產(chǎn)生波動(dòng)，沖擊振動(dòng)和低內(nèi)壓的變化以及潤滑不足都會(huì)導(dǎo)致密封環(huán)變形。如果變形很大，則密封環(huán)在高壓條件下在間隙中產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得密封環(huán)形成嵌入間隙中的閃光邊緣，這導(dǎo)致密封環(huán)的密封環(huán)損壞。
?。?）O密封環(huán)的膨脹變形是聚合物在溶劑中膨脹的現(xiàn)象。如果密封環(huán)的材料與介質(zhì)不相容，它可能膨脹，粘附或溶解，導(dǎo)致密封環(huán)拉伸或軟化。隨著非補(bǔ)償環(huán)的O形輔助密封環(huán)的膨脹體積增大，靜態(tài)碳石墨環(huán)承受更大的力以使密封件的端面變形，因?yàn)槠胶猸h(huán)的O形輔助密封環(huán)膨脹并與軸（或套筒）之間產(chǎn)生的摩擦阻力增加，補(bǔ)償環(huán)卡停，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)環(huán)的閉合力減小，密封面分離并流動(dòng)。因此，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的類型預(yù)*行浸漬試驗(yàn)，以便為密封環(huán)選擇合適的材料。一些混合溶液會(huì)破壞各種合成橡膠，所以我們應(yīng)該選取聚四氟乙烯用作密封圈。
（4）O形圈輔助密封上的閉塞。如圖3所示，在密封介質(zhì)一側(cè)，當(dāng)安裝磨損環(huán)用于彈出密封時(shí)，當(dāng)介質(zhì)中的固體含量高或存在更多纖維材料時(shí)，固體進(jìn)入間隙。這導(dǎo)致阻塞，其中補(bǔ)償回路被阻擋并且不能執(zhí)行浮子的軸向滑動(dòng)和調(diào)節(jié)。在高溫高壓環(huán)境下的大氣側(cè)，密封端面之間的液膜由于蒸發(fā)，冷凝，分離和蒸餾沉淀而逐漸沉淀，補(bǔ)償環(huán)通常不會(huì)移動(dòng)而不調(diào)整，導(dǎo)致密封造成泄漏。
結(jié)束語
使用機(jī)械密封來密封化工泵泄漏的原因很復(fù)雜，不應(yīng)低估O形輔助密封的作用。在工程實(shí)踐中，應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)使用儀器分析快速準(zhǔn)確地檢測(cè)泄漏，以便采取有效的糾正措施。
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來源：《科學(xué)與技術(shù)》2019年20期
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