泵的密封分類及其密封失效的原因分析
時(shí)間：2012/12/19 來源：浙江揚(yáng)子江泵業(yè)有限公司
造成泄漏的原因主要有兩個(gè)方面：一是密封面上有間隙。二是密封部位兩側(cè)存在壓力差，消除或減小任何一個(gè)因素都可以阻止或減小泄漏，達(dá)到密封的目的。泵的設(shè)計(jì)壓力和使用壓力是客觀存在不能減小，所以泵的密封該解決的是消除或減小密封面之間的間隙。這種間隙包括密封面之間的間隙和密封裝置本生內(nèi)部的間隙。
泵的密封裝置主要分兩類：一類為靜密封，一類為動(dòng)密封。靜密封通常有墊片密封、O型圈密封、螺紋密封等型式。動(dòng)密封則主要有軟填料密封、油封密封、迷宮密封、螺旋密封、動(dòng)力密封和機(jī)械密封等。
墊片密封
墊片是離心泵靜密封的基本元件，使用范圍非常廣泛。墊片的選型主要根據(jù)泵輸送介質(zhì)、溫度、壓力和腐蝕性等因素決定。當(dāng)溫度和壓力不高時(shí)一般選用非金屬密封墊片；中壓高溫時(shí)，選用非金屬與金屬組合墊片。非金屬墊片在泵上應(yīng)用為普遍，其材料一般為紙、橡膠和聚四氟乙烯。當(dāng)溫度不超過120℃，壓力在1.0Mpa以下時(shí)，一般選用青殼紙或模造紙墊片。如果輸送介質(zhì)為油，溫度在-30～110℃時(shí)，一般選用耐老化性能較好的丁晴橡膠。當(dāng)輸送介質(zhì)在-50～200℃時(shí)，選用氟橡膠更為合適。因?yàn)樗四陀湍蜔嵬�，機(jī)械強(qiáng)度大也是其主要特征。在化工泵中，由于所輸送介質(zhì)具有腐蝕性，所以一般選用聚四氟乙烯做為墊片材料。隨著泵使用的領(lǐng)域越來越廣泛，所輸送介質(zhì)種類也越來越多，因此在選用墊片材質(zhì)時(shí)應(yīng)查閱相關(guān)資料或通過實(shí)驗(yàn)后再做出正確選擇。
墊片失效的原因主要有下列幾種情況：
1、作用在密封墊片上的壓力不足。由于密封面上總是存在著微觀的凹凸不平，有時(shí)還在密封面上加工出若干環(huán)形溝槽，若保證密封，就必須對(duì)密封墊片施加足夠大的壓力，使其發(fā)生彈性或塑性變形以填充這些間隙。各種墊片材質(zhì)的壓緊力大小通常在密封墊片生產(chǎn)廠家樣本或產(chǎn)品說明書中給出，也可通過實(shí)驗(yàn)決定。由于裝配時(shí)達(dá)不到墊片所需的壓緊力或由于在常期運(yùn)行中的振動(dòng)使壓緊螺栓松動(dòng)而使壓緊力降低以及由于墊片材質(zhì)的老化變形而喪失原來的彈性都會(huì)使墊片失效而產(chǎn)生泄漏。
2、墊片材質(zhì)內(nèi)部組織或厚度不均勻，以及使用了帶有裂縫或折皺的紙板，使墊片本身形成了間隙，當(dāng)作用在墊片上的力使墊片所產(chǎn)生的彈性變形不足以完全填充這些間隙時(shí)，泄漏也就不可避免了。
3、墊片的材質(zhì)與所輸送的介質(zhì)不相適應(yīng)。由于泵所輸送化工產(chǎn)品化學(xué)性質(zhì)的多樣性，以及為提高燃油的燃燒值或改變其燃燒后的生成物而在燃油中增加入了一些少量的添加劑后而使燃油的某些性質(zhì)發(fā)生變化，所以選擇和輸送介質(zhì)相適的墊片材質(zhì)并非易事，因而也經(jīng)常發(fā)生由于不相適應(yīng)而使墊片發(fā)生侵蝕而產(chǎn)生泄漏的現(xiàn)象。
O型圈密封
泵中常用的是橡膠O型圈。由于其形狀十分簡(jiǎn)單，因而制造容易，成本低廉，不論O型圈的整體尺寸有多大，其截面尺寸都很小(只有幾毫米)所以重量輕，消耗材料少，使用方法簡(jiǎn)單，安裝、拆卸方便，更為突出的優(yōu)點(diǎn)還在于O形圈具有良好的密封能力，使用范圍很寬。靜密封工作壓力可達(dá)100MPa以上，動(dòng)密封也可達(dá)30Mpa。適用溫度為-60～200℃，可滿足多種介質(zhì)的使用要求。因此在泵的設(shè)計(jì)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
O形密封圈安裝在溝槽和被密封面之間，有一定壓縮量，由此產(chǎn)生的反彈力給予被密封的光滑面和溝槽底面以初始的壓縮應(yīng)力。從而起到密封作用。當(dāng)被密封的液體壓力增大時(shí)，O形圈的變形也隨之增大，從而傳遞給密封面的壓力也增大，密封的作用也增大。這就是O形密封圈具有良好密封能力的原因。
O形密封圈雖然密封可靠，但如果不注意使用條件，也會(huì)發(fā)生泄漏，通常有以下幾種情況：
1、裝O形圈的溝槽尺寸超差，尤其是深度尺寸過大時(shí)，使O形圈安裝后壓縮變形量不足而影響密封能力。一般O形圈安裝后壓縮變形量應(yīng)在18%～22%之間，截面尺寸大時(shí)壓縮相對(duì)變形量較小，而截面尺寸較小時(shí)壓縮相對(duì)變形量則較大。
2、O形密封圈的公稱尺寸與實(shí)際安裝尺寸相差太多，形成O形圈在拉伸后截面尺寸縮小的狀況下工作，造成壓縮變形量不足而產(chǎn)生泄漏。
3、O形密封圈在安裝時(shí)，由于密封面的進(jìn)口沒有光滑的倒角或倒圓而將O形圈劃傷而產(chǎn)生泄漏。
4、O形密封圈的材質(zhì)不適用于密封介質(zhì)而被侵蝕后失效。5、O形密封圈使用時(shí)間太久后老化變質(zhì)，彈性降低后而失效，所以在設(shè)備大修時(shí)一般都將O形圈更換。
另外，O形密封圈的硬度，溝槽和密封面的粗糙度也影響O形密封圈的密封效果。
螺紋密封
螺紋密封在泵上一般有兩種形式，一種是螺紋聯(lián)接墊片密封，一種是螺紋加填充濟(jì)密封，二者皆用于小直徑螺紋連接的密封場(chǎng)合。螺紋聯(lián)接墊片密封的密封件是墊片，而螺紋只起提供壓緊力的作用。密封的效果除了墊片的本身性能外。密封面的粗糙度以及與螺紋孔的相對(duì)幾何位置精度對(duì)密封效果影響也很大。于由密封墊片在擰緊螺紋時(shí)不僅承受壓緊力，還承受扭矩，使墊片產(chǎn)生變形甚至損壞，因此，當(dāng)墊片為非金屬時(shí)，一般只適用于壓力不高的場(chǎng)合，如果墊片為金屬則適用壓力可達(dá)30Mpa以上。
泵上經(jīng)常使用的絲堵，則是另一種螺紋密封形式。由于考慮到絲堵制造的經(jīng)濟(jì)性，一般單靠螺紋的配合不能起到密封作用，往往用生膠帶，密封膠等填充物填充螺紋的密封間隙。其承壓能力取決于螺紋的制造精度和材質(zhì)，與絲堵和螺紋孔的配合形式?jīng)]有關(guān)系。螺紋孔與絲堵無論采用“錐對(duì)錐”還是“柱對(duì)錐”，密封效果相同，只是使用地域不同而已。我國(guó)目前兩種形式同等采用。影響密封效果的常見原因是在加工螺紋底孔時(shí)尺寸偏大，使螺紋牙形變短，牙頂變寬，造成密封面減小，當(dāng)密封壓力升高后產(chǎn)生泄漏，甚至將絲堵壓出。由于填充物被密封介質(zhì)腐蝕而產(chǎn)生泄漏的現(xiàn)象在化工行業(yè)的用泵中也時(shí)有發(fā)生，因此對(duì)填充物的選擇也是密封考慮的因素之一。
填料密封
將富有壓縮性和回彈性的填料放入填料函內(nèi)，依靠壓蓋的軸向壓緊力轉(zhuǎn)化為徑向密封力，從而起到密封作用。這種密封方法稱為填料密封，這種填料稱為密封填料。由于填料密封結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，更換方便、價(jià)格低廉、適應(yīng)轉(zhuǎn)速、壓力、介質(zhì)寬泛而在泵的設(shè)計(jì)中得到普遍采用。輸送常溫介質(zhì)時(shí)，填料密封一般都設(shè)有填料環(huán)，其或與泵的高壓腔相通，或外接具有一定壓力的液體介質(zhì)，可起到冷卻、潤(rùn)滑、密封或沖洗作用。由于填料密封是一種接觸密封，因此必然存在磨擦和磨損問題。而磨擦和磨損的大小，主要決定于填料壓蓋的壓緊力。壓力大可提高密封效果，但卻會(huì)加大動(dòng)力消耗和軸套的磨損，反之則會(huì)產(chǎn)生較大泄漏。因此應(yīng)根據(jù)泄漏量大小和泄漏介質(zhì)的溫度對(duì)壓蓋的壓緊力進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)應(yīng)對(duì)填料進(jìn)行更換或補(bǔ)充。填料密封的合理泄漏一般為10-20ml/min。當(dāng)從外界引入液體時(shí)，應(yīng)保證這種液體有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，既不污染泵所輸送的介質(zhì)，又不與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物和固體微粒，還應(yīng)與填料有良好的浸漬性和持久的保持性，這樣就能起到良好和持久的密封效果。
動(dòng)力密封
副葉輪加停車密封泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，副葉輪所產(chǎn)生的壓頭平衡了主葉輪出口高壓液體，從而實(shí)現(xiàn)密封。停車時(shí)，副葉輪不起作用，因此必須同時(shí)配備停車密封裝置解決停車時(shí)可能產(chǎn)生的泄漏。
副葉輪密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠、使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)中可實(shí)現(xiàn)滴水不漏，因此在輸送含雜質(zhì)介質(zhì)的泵上經(jīng)常采用。副葉輪良好的密封效果是有條件的，即工作壓力不允許超過允許的工作壓力。一旦超過，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的泄漏。工作壓力變化的主要原因是泵吸入口的壓力變化，因此采用副葉輪密封的泵，必須對(duì)泵的進(jìn)口壓力做出嚴(yán)格的規(guī)定，否則密封便會(huì)失效。由于停車密封的形式很多，失效后也容易發(fā)現(xiàn)，，本文不再贅述。
螺旋密封
螺旋密封也是動(dòng)力密封的一種形式，它是在旋轉(zhuǎn)的軸上或者在軸的包容套上加工出螺旋槽，軸和套之間充有密封介質(zhì)。軸的旋轉(zhuǎn)使螺旋槽產(chǎn)生類似于泵的輸送作用，從而阻止密封液的泄漏。其密封能力的大小與螺旋角度、螺距、齒寬、齒高、齒的作用長(zhǎng)度以及軸與套之間的間隙大小有關(guān)。由于密封之間不發(fā)生磨擦，因而壽命長(zhǎng)，但由于結(jié)構(gòu)空間的限制，其螺旋長(zhǎng)度一般較短，因而其密封能力也受到局限。在泵降速使用時(shí)，其密封效果則會(huì)大打折扣。
迷宮密封
在設(shè)計(jì)合理，加工精良，裝配完好、轉(zhuǎn)速較高時(shí)，迷宮密封效果很好。但在實(shí)際應(yīng)用中，因此而產(chǎn)生的泄漏卻很多，分析其原因主要有：
1、密封副(如軸和軸承壓蓋)配合間隙太大，而此間隙與密封效果成反比。配合面粗糙，明顯的螺旋狀車刀痕在有些情況下也加大了泄漏趨勢(shì)。
2、軸承室內(nèi)潤(rùn)滑油注入量太多，其溢出壓力超過了密封阻力。
3、油窗或油位計(jì)安裝位置有誤，誤導(dǎo)了人們對(duì)油室內(nèi)潤(rùn)滑油量的正確判斷。
4、運(yùn)轉(zhuǎn)中油溫的升高使其粘度降低，增加了泄漏的可能。
5、回油槽或回油孔尺寸偏小，或受到其它障礙，使被阻滯的液體不能順利返回而造成泄漏。
油封密封
油封是一種自緊式唇狀密封，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，成本低廉，維護(hù)方便，阻轉(zhuǎn)矩較小，既能防止介質(zhì)泄漏，也能防止外部塵土和其它有害物質(zhì)侵入，而且對(duì)磨損有一定的補(bǔ)償能力，但不耐高壓，所以一般用在低壓場(chǎng)合。油封應(yīng)安裝在制造精度為h8～h9，表面粗糙度為1.6～0.8μm且經(jīng)過表面硬化處理的軸上。密封介質(zhì)不應(yīng)含有固體微粒和雜質(zhì)，否則會(huì)造成油封和軸的迅速磨損而使密封失效。
機(jī)械密封
機(jī)械密封是現(xiàn)代泵軸封的主要方法，雖然利用它實(shí)現(xiàn)完全不泄漏不大容易，但是達(dá)到微小的，令人完全可以接受的泄漏量卻是完全可能的。但在泵的運(yùn)行中卻經(jīng)常出現(xiàn)令人尷尬的局面，那么機(jī)械密封失效的原因是什么呢？
1、械密封的材質(zhì)選擇不合適。機(jī)械密封的材質(zhì)與所輸送的介質(zhì)不相匹配。在工作時(shí)，密封元件很快被腐蝕，溶解或磨損，因而失去密封能力。所以根據(jù)輸送介質(zhì)的性質(zhì)而選擇機(jī)械密封的材質(zhì)是保證其密封功能和正常壽命的先決條件。
2、機(jī)械密封的沖洗狀況不符合設(shè)計(jì)要求。在輸送易結(jié)晶或有細(xì)小顆粒的介質(zhì)時(shí)，必須有一定壓力和一定流量的沖洗液進(jìn)行沖洗，否則其結(jié)晶體或者微粒會(huì)加速密封副的磨損，以及影響密封副磨損后的自動(dòng)補(bǔ)償而發(fā)生泄漏。所以根據(jù)輸送介質(zhì)的性質(zhì)不僅要配置相應(yīng)的沖洗管路，更要安裝有監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能的儀表和裝置，保證沖洗液的壓力和流量滿足設(shè)計(jì)要求，才能維持機(jī)封的正常工作，這一點(diǎn)往往被用戶所忽視。
3、每種機(jī)械密封所能承受的壓力是有限度的，由于對(duì)密封腔內(nèi)的壓力測(cè)算不準(zhǔn)，造成密封腔內(nèi)的壓力超過了機(jī)械密封所能承受的壓力而產(chǎn)生泄漏，也是常見的密封失效原因之一。
4、機(jī)械密封的工作溫度不能超過其規(guī)定值。在有冷卻管路的設(shè)計(jì)中，往往由于冷卻介質(zhì)的流量不足而使冷卻效果降低；在沒有冷卻管路的設(shè)計(jì)中，密封腔內(nèi)經(jīng)常由于窩存空氣而造成機(jī)械密封處于干磨擦狀態(tài)。這兩種情況都會(huì)使機(jī)械密封的運(yùn)動(dòng)密封副工作溫度過高而加快磨損，導(dǎo)致密封失效。
5、在使用單彈簧的機(jī)械密封時(shí)，忽略彈簧的旋轉(zhuǎn)方向與泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的正確組合也時(shí)有發(fā)生�；蛟O(shè)計(jì)時(shí)沒有說明，或裝配時(shí)的疏忽，沒有做到因?yàn)檗D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而使機(jī)械密封的彈簧力加大而是相反，結(jié)果造成動(dòng)環(huán)和靜環(huán)磨擦副的壓力不足而形成泄漏。
6、軸承的嚴(yán)重磨損或損壞，使泵軸產(chǎn)生嚴(yán)重的軸向竄動(dòng)，也是機(jī)械密封泄漏的原因之一。隨著科學(xué)的技術(shù)的發(fā)展，新的密封形式和密封材料陸續(xù)出現(xiàn)，其必然對(duì)泵的密封技術(shù)產(chǎn)生直接的影響和推動(dòng)。長(zhǎng)壽命、零泄漏的泵類產(chǎn)品會(huì)在越來越多的場(chǎng)合得到推廣和應(yīng)用。
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