機械密封腐蝕種類及預防舉措研究
2018-10-19
趙紅祥 江柏橋
摘 要：機械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下，保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置，機械密封出現(xiàn)損壞的情況較多，常見的損壞形式可分為腐蝕損壞、熱損壞和機械損壞三種，其中腐蝕損壞危害性較大，由于機械密封特殊的結構形式及工作環(huán)境和條件不同，腐蝕損壞的形態(tài)也多種多樣。
關鍵詞：機械密封；種類分析；腐蝕防護
1 機械密封的優(yōu)缺點
機械密封與軟填料密封比較，有如下優(yōu)點：（1）機械密封可靠，在長周期的運行中，密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；（2）軸或軸套基本上不受摩損；（3）維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經(jīng)常性的維修；（4）抗振性好，對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；（5）機械密封使用壽命長，在油、水類介質中一般可達1～2年或更長時間，在化工介質中機械密封通常也能達半年以上；（6）摩擦功率消耗小，機械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%；（7）軸或軸套基本上不受摩損；（8）適用范圍廣，機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的密封。但其缺點有：（1）機械密封結構較復雜，對制造加工要求高；（2）機械密封安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術水平；（3）發(fā)生偶然性事故時，機械密封處理較困難；（4）機械密封一次性投資高。
2 機械密封的腐蝕類型
2.1金屬環(huán)腐蝕
?。?）表面均勻腐蝕。如果金屬環(huán)表面接觸腐蝕介質，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產(chǎn)生表面腐蝕，其現(xiàn)象是泄漏、早期磨損、破壞、發(fā)聲等。金屬表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態(tài)，無膜的金屬腐蝕很危險，腐蝕過程以一定的速度進行，這主要是選材錯誤造成的。成膜的腐蝕，其鈍化膜通常具有保護作用的特性，但金屬密封環(huán)所用材料，如不銹鋼、鉆、鉻合金等其表面的鈍化膜在端面摩擦中破壞，在缺氧條件下新膜很難生成，使電偶腐蝕加劇。
（2）應力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應力的同時作用下，首先在薄弱區(qū)產(chǎn)生裂縫，進而向縱深發(fā)展，產(chǎn)生破裂，稱為應力腐蝕破裂。選用堆焊硬質合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化欽等密封環(huán)，容易出現(xiàn)應力腐蝕破裂。密封環(huán)裂紋一般是徑向發(fā)散型的，可以是一條或多條。這些裂縫溝通了整個密封端面，加速了端面的磨損，使泄漏量增加。
根據(jù)斷裂力學的觀念，材料內部原始裂紋尖端的應力場強因子K1=yσ1a（y—系數(shù)）。在開始時由于應力σ1小于臨界應力σc，a小于臨界裂紋σc，所以腐蝕作用時，由于原始裂紋a的腐蝕擴展，導致K1的增大。當經(jīng)過一段時間后a=σc及K1=K1c時，斷裂就發(fā)生了，只有當原始裂紋a足夠小，以致于K1。
2.2非金屬環(huán)腐蝕
?。?）石墨環(huán)的腐蝕。用樹脂浸漬的不透性石墨環(huán)，它的腐蝕有三個原因：一是當端面過熱，溫度>180℃時，浸漬的樹脂要析離石墨環(huán)，使環(huán)耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當，就會在介質中發(fā)生化學變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當磨去浸漬層后，耐磨性下降。所以密封冷卻系統(tǒng)的建立，選擇耐蝕的浸漬樹脂，采用高壓浸漬，增加浸漬深度是非常必要的。
（2）石墨環(huán)的氧化。在氧化性的介質中，端面在干摩擦或冷卻不良時，產(chǎn)生350-400℃的溫度能使石墨環(huán)與氧發(fā)生反應，產(chǎn)生CO2氣體，可使端面變粗糙，甚至破裂。非金屬環(huán)在化學介質和應力的同時作用下，也會破裂。
?。?）聚四氟乙烯（F4）密封環(huán)的腐蝕。F4填充如玻璃纖維、石墨粉、金屬粉等以提高其耐溫性、耐磨性。填充F4環(huán)的腐蝕主要是指填充物的選擇性腐蝕、溶出或變質破壞。例如在氫氟酸中，玻璃纖維分子熱腐蝕，所以填充何物應視具體情況而定。
2.3輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕
輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕（1）輔助密封圈的腐蝕。橡膠種類不同，其耐蝕性亦不同。由于橡膠的腐蝕、老化，其失效的橡膠遭腐蝕后表面變粗糙且失去彈性，容易斷裂。橡膠耐油性因品種而異，不耐油的橡膠易脹大、摩擦力增大，浮動性不好，使密封失效。橡膠與F4耐溫性差，硅橡膠耐溫性Z好，可在200℃使用。（2）與輔助密封圈接觸部位的腐蝕。機械密封動環(huán)、軸套、靜環(huán)、靜環(huán)座，與橡膠或F4輔助密封圈接觸處沒有大的相對運動，該處液相對靜止易形成死角，給與之接觸的金屬軸套、動環(huán)、靜環(huán)座及密封體等造成了特種腐蝕，主要有縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕，三種腐蝕同時存在，交替進行，所以腐蝕面較寬、較深。觀察其表面深度在1-1.5倍密封圈直徑，蝕度不小于0.01mm時，密封泄漏就嚴重了。
3 防護方法
3.1選材
選材設計者Z清楚產(chǎn)品或零件的用途、位置及所處環(huán)境，因此設計者在進行結構設計時應選擇適合的材料，同時對產(chǎn)品或工件的表面涂層進行設計，在圖紙上提出相應的表面處理方法及技術要求。當然，這要求設計人員必須對不同材料或不同涂層、鍍層的防腐蝕性能、適用場合、工藝性及經(jīng)濟性等熟悉。比如，容易發(fā)生點蝕的工件可選用耐點蝕的合金材料，或對表面進行鈍化處理，提高材料的穩(wěn)定性；為防止
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