机械密封的失效分析

最典型的实例如：

1、端面不平（见图一）  在钠光灯下用平晶检测密封面，平面度误差为2.7um。密封面这种局部平面误差是由于研磨抛光不良引起的。在这种情况下，密封的泄漏较严重。

2．粘着磨损（见图二）由于密封过热过载，从而使软质材料碎片移附到硬质材料表面，成团的微粒十分频繁地形成，然后又崩落，因而产生强烈的磨损。

        3．热变形（见图三）  密封面上有对称不连续的亮带，这是由于热变形引起的。有时，这种状态观察不出来，只有在端面上涂以红丹粉，通过与平面轻轻研磨才能发现。出现这种情况，主要是由于不规则的冷却，引起密封面的热应力变形。                                      

 4．热裂纹（见图四）  密封面上产生的细裂纹有三种：A）径向裂纹；B）径向裂纹带有水泡或疤痕；C）表面龟裂。陶瓷或硬质合金环密封面尤其容易产生这种损伤。这种裂纹象切削刀刮削碳石墨环或其它材料的密封面一样，会很快使对磨的软环凸台消失完。产生热裂最普遍的原因是：缺乏适当的润滑和冷却措施，密封面液膜汽化蒸发，PV值高等。

5．端面偏斜（见图五）  表征为密封面磨损不均匀，造成密封面中凸或中凹，在介质变压力工况下，表现为密封性能不稳定；能使密封面摩擦转矩增大，并产生大量的摩擦热。产生端面偏斜的原因有：工作压力超过许用值，或液力平衡选取不当等。

6．磨粒磨损（见图6）  磨粒磨损通常是由于嵌入软环内或附夹在端面间的颗粒所引起的。后者比前者引起的磨损小。前者磨损往往出现在硬环端面上，呈圆周沟槽且同心分布。图中的碳化钨硬质合金的磨损痕迹即位一例。

7．流体的浸蚀和气蚀（见图七）密封件的内外圆表面、背端面出现凹坑麻点，这是因高速流体长期冲击的结果。就流体浸蚀来说，破坏是由于小滴液强烈的压缩脉冲传到材料表面引起周围面积强大的剪切变形，这种变形反复进行，就能引起疲劳破坏型麻点。气蚀是由于流体流动连续性被破坏，在高速运动或振动的表面接触中形成的蒸汽泡或气泡的破灭所引起的冲击而产生的。

8．密封环的机械变形与热变形（见图八）

9．橡胶O型圈的挤出损坏（图九）由于压力作用及介质的侵蚀，使O型橡胶圈变软，而挤入小间隙中，又由于应力集中使密封圈出现断裂或剥落。

10．橡胶O型圈永久变形（图十）由于高温、压缩率过大或过载等使橡胶O型圈变成方形。

11．橡胶O型圈溶涨（图十一）由于橡胶与介质的不溶性，O型圈发生溶涨而变软、发粘、起皮、破裂。

12．橡胶O型圈老化（图十二）橡胶老化表现为变硬，通常是由于储存期过长，接触阳光、臭氧或是受热老化变硬，因而失去弹性。

13. 橡胶O型圈表面产生裂纹（图十三）橡胶O型圈长期处于拉伸状态下，在空气中放置时间过长，表面接触油污，或受臭氧影响，都可产生表面龟裂。

14．橡胶O型圈挤裂啃伤（图十四）由于座孔和轴端未倒角，或残留毛刺，O型圈装入时被啃伤划破。

15．O型圈内周被磨损（图十五）当轴表面粗糙，轴窜动，轴与密封件不垂直而偏斜、振动，支座偏歪时，补偿环O型圈与轴间产生微量的相对运动而使橡胶O型圈磨损。

16．O型圈处被阻塞（图十六）在密封介质的一侧，由于固体物料比率高或纤维物料多，补偿环作浮动调整时，固体物或杂质进入期间，产生阻塞，补偿环不能作轴向滑移和浮动调整；在大气一侧，由于液膜蒸发、冷凝沉积、分离蒸馏，引起浓缩物的堆积、也能阻塞O型圈正常滑移和调整，从而使密封端面不能接触而产生泄漏。

17．O型圈扭曲（图十七）橡胶O型圈的扭曲现象大多发生在密封距形安装槽的结构上，当O型圈的断面粗细不匀，或组合轴孔表面不光洁以及压缩率过大时，都会引起O型圈扭曲。

18．焊接波纹管破裂   这种现象大部分发生在波纹管两端的内焊缝处。这是因为内焊缝承受较大的拉力，并且两端焊缝因振动波的传播使其工作条件更加恶劣；应力集中对焊头疲劳强度影响很大。从焊缝横断面来看，大多数裂纹产生在熔合线附件，这主要是由于焊缝根部的应力集中。如焊接热对片材冷作硬化的消除，使接缝区母材软化而产生应变。波纹管与前后端焊接的环座壁厚不等，其薄弱环节就在外径边缘上。使用中应力主要作用在该处而产生裂纹。

         不同的焊头造成不同应力集中和不同的破裂特征。图18为波纹管焊头的情况。a、b、c焊头可以形成光滑的焊接，图a为不对称焊头，这种焊头往往沿焊缝较小一侧破裂；b焊头太小强度不足，在交变应力下常常沿焊头中间开裂。c焊头是过分加强的焊头，也容易造成较大的应力集中。适合的焊头应三倍于波片的厚度。

19.压盖的刚性较差，将会出现（图十九）所示的情况，即静密封垫片损坏而产生泄漏。

上述典型失效案例可以看出，故障分析是解决密封泄漏和损坏的一种非常有效的方法。这种方法简单易行，而且很容易发现问题的焦点，并针对性地加以解决。任何一种结构形式的机械密封都有其优点，但也不可避免地存在一些局限，只能通过举一反三，掌握其原理，从多方面出发考虑，综合的分析故障原因，再针对不同设备，不同工况，分别加以分析，选择最佳的配套方案，来解决机械密封的现场故障。

来源：华青科技