【康沃真空網(wǎng)】前言

　　企業(yè)在購(gòu)買新的泵、攪拌器或其它類型的旋轉(zhuǎn)設(shè)備時(shí)，經(jīng)常會(huì)問(wèn)：“在必須拆卸維修之前，我的設(shè)備能夠運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間？”在某些情況下，可以考慮升級(jí)其現(xiàn)有泵，以提高其可靠性、生產(chǎn)量和效率，或使其符合聯(lián)邦或地方排放法規(guī)。問(wèn)題通常是相同的。

　　在許多工業(yè)泵應(yīng)用中，密封是最關(guān)鍵的部件。由于泄漏量不可接受，或者在某些情況下，液位或壓力報(bào)警，密封通常會(huì)迫使泵停止運(yùn)行。雖然密封經(jīng)常被認(rèn)為是設(shè)備故障的原因，但真正的原因通常出在泵的運(yùn)行和機(jī)械條件或密封的環(huán)境控制系統(tǒng)。

　　已成功實(shí)施提高平均維修間隔時(shí)間（MTBR）計(jì)劃的公司，實(shí)現(xiàn)了三年或更長(zhǎng)的平均密封壽命，從而降低了泵組的生命周期成本（LCC）。泵應(yīng)用的LCC預(yù)測(cè)可能因密封MTBR的不同而不同。在故障風(fēng)險(xiǎn)較高的情況下，謹(jǐn)慎的做法是尋求專家建議，因?yàn)閴勖烙?jì)中的錯(cuò)誤可能會(huì)產(chǎn)生代價(jià)高昂的后果。

　　任何密封MTBR預(yù)測(cè)的關(guān)鍵是了解最可能影響密封性能的因素。機(jī)械密封的關(guān)鍵性能指標(biāo)通常是泄漏量和功耗。

　　預(yù)測(cè)一下機(jī)封壽命？

　　預(yù)測(cè)機(jī)械密封的使用壽命不是一項(xiàng)容易的事情，因?yàn)楹暧^上的密封性能受到微觀層面許多現(xiàn)象的影響。

　　密封的可靠性，在很大程度上取決于其在配合面之間的間隙中保持穩(wěn)定液膜的能力，同時(shí)最大限度地減小這些面的摩擦區(qū)域機(jī)械接觸的持續(xù)時(shí)間和程度。接觸過(guò)多可能會(huì)使材料過(guò)熱；接觸不足可能導(dǎo)致高泄漏量。

　　關(guān)鍵零部件

　　機(jī)械密封面的工作原理與軸承非常相似。主要區(qū)別在于，潤(rùn)滑劑通常是泵送液體本身，在壓力下、有時(shí)在高溫下可能是臟的、易揮發(fā)的、粘性的、有毒的或爆炸性的。

　　顯然，密封面是任何機(jī)械密封中最脆弱的部件，但其它部件，如輔助密封元件（O形環(huán)、波紋管）或金屬部件，如彈簧、驅(qū)動(dòng)銷或固定螺釘，在過(guò)度移動(dòng)或高溫高壓下也可能影響密封的壽命。本文重點(diǎn)討論影響密封面壽命的因素。

　　為了對(duì)端面密封的預(yù)期壽命進(jìn)行合理評(píng)估，需要了解有關(guān)機(jī)械密封功能的一些基本知識(shí)。記住五個(gè)關(guān)鍵性能因素可以指導(dǎo)確定機(jī)械密封的最佳更換周期。

　　密封面磨損

　　首先，必須知道密封很少出現(xiàn)過(guò)度泄漏，除非密封面已經(jīng)完全磨損。如果發(fā)生這種情況，兩個(gè)面中較窄的面將磨損到失去接觸的程度，并為流程液體泄漏到大氣中形成泄漏路徑。事實(shí)上，密封面的正常磨損率極低，因此不是過(guò)度泄漏的典型原因。

　　在高壓應(yīng)用和引起密封面材料磨蝕磨損的流體中，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)磨損的密封件。在大多數(shù)需要對(duì)密封組件進(jìn)行解體檢查的情況下，密封面確實(shí)顯示出損壞的跡象。在這些情況下，較窄的密封面的磨損仍有足夠的材料，但表面的摩擦區(qū)域受到損壞，導(dǎo)致泄漏量達(dá)到不可接受的程度。這些損壞癥狀可能會(huì)有所不同 - 從肉眼幾乎看不見(jiàn)到嚴(yán)重的損傷，如密封面破裂。

　　常見(jiàn)的損傷癥狀是點(diǎn)蝕、起泡、碎裂、劃痕和熱沖擊裂紋。機(jī)械密封的正常更換是例外情況，因?yàn)樵谶@種情況下，設(shè)備很可能因與密封無(wú)關(guān)的其它原因或僅僅是出于預(yù)防性維護(hù)原因而停止使用。機(jī)械密封出現(xiàn)過(guò)度泄漏的癥狀，是設(shè)備、流程或控制系統(tǒng)中存在更深層問(wèn)題的明顯證據(jù)。

　　密封失效的類型

　　根據(jù)MTBR，密封失效可分為初期型、磨損型或隨機(jī)型。從統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)講，隨機(jī)失效（也稱為偶然失效或壽命中期失效）是主要類型。初期故障通常是由不正確的密封選擇、安裝或啟動(dòng)引起的，并且隨著集裝式設(shè)計(jì)的機(jī)械密封的廣泛應(yīng)用，初期故障實(shí)際上已基本消除。

　　在運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，隨機(jī)故障往往會(huì)意外發(fā)生，其典型特征是密封的泄漏行為從正常到過(guò)度的快速變化。在運(yùn)行工況下，這可能表現(xiàn)為在高壓或高速應(yīng)用中從不可見(jiàn)的泄漏量變化為滴流，或從穩(wěn)定滴流變化為少量泄漏。

　　隨機(jī)故障很難預(yù)測(cè)，因?yàn)樗鼈兺ǔＪ枪に嚥僮骰蛟O(shè)備引起的瞬態(tài)的結(jié)果，而這是密封面材料無(wú)法容忍的。瞬態(tài)運(yùn)行工況可能是有意引起的，也可能是泵中部件故障或意外工藝偏差的結(jié)果。驗(yàn)證密封是否能夠處理預(yù)期的瞬態(tài)是使用壽命評(píng)估中的關(guān)鍵步驟，因?yàn)樗矐B(tài)工況很可能對(duì)密封面產(chǎn)生破壞性影響。

　　與循環(huán)（非穩(wěn)定工況）應(yīng)用相比，本質(zhì)上連續(xù)、穩(wěn)態(tài)的應(yīng)用相對(duì)容易。事實(shí)上，可以安全地假設(shè)，如果密封面處的潤(rùn)滑膜始終保持穩(wěn)定，則密封面幾乎將永久保持完好無(wú)損，因此密封將不會(huì)成為設(shè)備使用壽命的驅(qū)動(dòng)因素。

　　在估算機(jī)械密封的壽命時(shí)，還必須考慮應(yīng)用限制、最小泄漏要求和密封環(huán)境。在離心泵基礎(chǔ) - 機(jī)械密封能使用多長(zhǎng)時(shí)間（下）中，將討論影響密封壽命和后續(xù)更換需求的其它三個(gè)關(guān)鍵因素。

　　在許多工業(yè)泵應(yīng)用中，密封是最關(guān)鍵的部件。由于泄漏量不可接受，或者在某些情況下，液位或壓力報(bào)警，密封通常會(huì)迫使泵停止運(yùn)行。雖然密封經(jīng)常被認(rèn)為是設(shè)備故障的原因，但真正的原因通常出在泵的運(yùn)行和機(jī)械條件或密封的環(huán)境控制系統(tǒng)。五個(gè)性能因素會(huì)影響機(jī)械密封的使用壽命，并指導(dǎo)確定該密封的最佳更換周期。它們還可以提高密封使用壽命和平均維修間隔時(shí)間（MTBR），從而降低泵的生命周期成本（LCC）。

　　密封應(yīng)用限制

　　第三個(gè)因素是發(fā)布機(jī)械密封的應(yīng)用限制，通常由壓力、速度和溫度定義，容易被誤解。

　　大多數(shù)密封制造商表示，在其中一個(gè)限制工況下運(yùn)行密封將導(dǎo)致最短使用壽命可能低于兩年，而一些密封類型（如API 682標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的密封類型）使用壽命至少為三年。發(fā)布的限制雖然對(duì)于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行可靠，但對(duì)于循環(huán)（非穩(wěn)態(tài)）運(yùn)行來(lái)說(shuō)可能被夸大或不可靠。API 682密封可能是一個(gè)例外，它通過(guò)包括一系列循環(huán)測(cè)試來(lái)確定特定密封類型適用于一系列服務(wù)，從而專門(mén)解決了這一缺點(diǎn)。

　　通常，對(duì)于密封可以承受多少特定的瞬態(tài)壓力、速度、溫度、氣體或固體滯留或振動(dòng)，沒(méi)有固定的準(zhǔn)則。在這方面需要專家的建議。

　　密封面偏轉(zhuǎn)

　　密封面在瞬態(tài)期間的偏轉(zhuǎn)量取決于幾個(gè)因素，包括瞬態(tài)的規(guī)模和速度，以及密封面的堅(jiān)固性或強(qiáng)度。最重要的是，隨著運(yùn)行工況的變化，密封面會(huì)發(fā)生變形，可能會(huì)改善或降低密封面的潤(rùn)滑。可靠的密封是對(duì)預(yù)期或意外瞬變的敏感度較低的密封。密封的靈敏度可以通過(guò)其在所有可能的瞬態(tài)期間保持或多或少平行密封面的能力來(lái)確定。

　　靈敏度也可以通過(guò)正確選擇材料和環(huán)境控制系統(tǒng)來(lái)控制。例如，具有硬面/硬面組合的密封，如碳化鎢（WC）和碳化硅（SiC），是臟的流體或在某些情況下高壓應(yīng)用的首選，它們非常容易受到液膜完全或部分損失的影響。當(dāng)這些材料相互碰撞時(shí)，任何類型的損壞通常都是不可恢復(fù)的，并且隨著時(shí)間的推移只會(huì)變得更糟。

　　新的密封面材料和處理技術(shù)，如金剛石涂層，有望在這一領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。另一方面，以碳石墨為耐磨材料的硬面/軟面組合具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它們可以承受更高的載荷，承受更長(zhǎng)的潤(rùn)滑不足時(shí)間。最重要的是，在碳石墨表面損壞后更容易恢復(fù)。

　　碳化硅相對(duì)于硬碳-石墨通常被認(rèn)為是現(xiàn)有材料中負(fù)載能力極限最高的之一，最能耐受干運(yùn)行，因此是許多應(yīng)用的首選材料組合。

　　應(yīng)用限制

　　毫無(wú)疑問(wèn)，當(dāng)使用更粗的軸直徑、更快的速度以及更高的溫度、壓力和固體含量時(shí)，應(yīng)用變得更加困難和危險(xiǎn)。必須相應(yīng)地優(yōu)化密封面的堅(jiān)固性及其有效散熱的能力。

　　在許多苛刻的應(yīng)用中，明智的做法是考慮定制工程機(jī)械密封，這些機(jī)械密封專門(mén)設(shè)計(jì)用于處理設(shè)備的異常事件或預(yù)定義的運(yùn)行模式?？梢赃x擇不同的密封面設(shè)計(jì)和潤(rùn)滑技術(shù)，以延長(zhǎng)其密封面的使用壽命。

　　對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，密封壽命可能超過(guò)三年。API 682和水力學(xué)會(huì)出版物《泵的機(jī)械密封：應(yīng)用指南》為指定工程密封提供了良好的規(guī)則。

　　泄漏要求

　　第四個(gè)因素是所有端面密封必須具有少量泄漏，以在所有運(yùn)行模式下保持足夠的潤(rùn)滑膜。

　　由于密封在這些有利的潤(rùn)滑狀態(tài)下運(yùn)行，因此能耗降至最低，從而使密封運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)。泄漏量通常為每天幾毫升或更少，并且不可見(jiàn)。對(duì)于涉及高壓、高速或大軸直徑的特殊應(yīng)用，這一數(shù)字可能要高得多。有關(guān)預(yù)期泄漏量的計(jì)算，請(qǐng)咨詢密封供應(yīng)商。

　　機(jī)械密封在絕大多數(shù)應(yīng)用中都能滿足當(dāng)今的排放限制。預(yù)測(cè)任何給定應(yīng)用的泄漏和摩擦行為都可能具有很高的準(zhǔn)確性，這有助于為密封的正常、可疑和故障行為設(shè)定操作員指南。

　　當(dāng)壓力、溫度或速度等運(yùn)行工況改變時(shí)，泄漏量會(huì)增加或減少。這意味著泄漏量取決于泵的運(yùn)行方式以及密封面對(duì)任何瞬態(tài)運(yùn)行工況的響應(yīng)程度。低且一致的泄漏模式的關(guān)鍵是保持密封面平整度。密封的關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）可能因使用的密封（端）面技術(shù)和材料而異。

　　任何給定的應(yīng)用通常都有幾種解決方案，這些解決方案在成本和收益方面差異很大。密封供應(yīng)商通常推廣獨(dú)特的功能，以增強(qiáng)或優(yōu)化密封面的潤(rùn)滑。一些OEM提倡高壓應(yīng)用的硬面/硬面組合，而其他OEM則堅(jiān)持硬面/軟面組合。每個(gè)人應(yīng)對(duì)異常事件的能力各不相同，最佳選擇并不總是顯而易見(jiàn)的。

　　密封環(huán)境

　　最后，密封的可靠性取決于其運(yùn)行環(huán)境。

　　通過(guò)從多種方法中選擇和應(yīng)用合適的系統(tǒng)，可以操縱或控制運(yùn)行環(huán)境 - 這幾乎與密封本身一樣重要。大多數(shù)密封需要一個(gè)沖洗系統(tǒng)來(lái)排出密封產(chǎn)生的熱量。如果該系統(tǒng)發(fā)生故障，可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題?！皼鏊拿芊饩褪强鞓?lè)的密封” 對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是正確的。

　　有些流體可能會(huì)隨著壓力或溫度的變化而改變狀態(tài)。如果在選擇密封和控制系統(tǒng)時(shí)不加以解決，可能會(huì)給密封帶來(lái)麻煩。

　　環(huán)境控制系統(tǒng)可用于防止或最小化某些瞬變的負(fù)面影響，消除密封面的摩擦熱，減少?zèng)_洗液中固體的存在，改善工況以防止流體蒸發(fā)或凍結(jié)。最重要的是，它們最大限度地減少了故障對(duì)周圍環(huán)境的影響。

　　ANSI、API和ISO標(biāo)準(zhǔn)中包含了多種沖洗方案。密封類型和材料的多樣性，加上各種沖洗方案，使密封選擇變得非常具有挑戰(zhàn)性。可以在www.fluidsealing.com上找到有用的提示和工具，如FSA密封壽命周期成本估算器。該工具可以比較各種密封類型和系統(tǒng)，以幫助有效地選擇密封系統(tǒng)。

　　選擇“最有效的密封技術(shù)”需要對(duì)驅(qū)動(dòng)密封性能的因素有充分的了解……不僅在正常運(yùn)行工況下，而且更重要的是在異常工況下。