机械密封的腐蚀与防护方法
机械密封出现故障的机会较多,比例较大,常见的损坏形式可分为腐蚀损坏、热损坏和机械损坏三种,由于机械密封的结构形式和千差万别的工作环境,其腐蚀形态也存在多样性的特点。
1.金属环腐蚀
(1)表面均匀腐蚀
如果金属环表面接触腐蚀介质,而金属本身又不耐腐蚀,就会产生表面腐蚀,其现象是泄漏、早期磨损、破坏、发声等。金属表面均匀腐蚀有成膜和无膜两种形态,无膜的金属腐蚀很危险,腐蚀过程以一定的速度进行,这主要是选材错误造成的。成膜的腐蚀,其钝化膜通常具有保护作用的特性,但金属密封环所用材料,如不锈钢、钴、铬合金等其表面的钝化膜在端面摩擦中破坏,在缺氧条件下新膜很难生成,使电偶腐蚀加剧。
(2)应力腐蚀破裂
金属在腐蚀和拉应力的同时作用下,首先在薄弱区产生裂缝,进而向纵深发展,产生破裂,称为应力腐蚀破裂。选用堆焊硬质合金及铸铁、碳化钨、碳化钛等密封环,容易出现应力腐蚀破裂。密封环裂纹一般是径向发散型的,可以是一条或多条。这些裂缝沟通了整个密封端面,加速了端面的磨损,使泄漏量增加。
根据断裂力学的观念,材料内部原始裂纹的应力场强因子K1=yσ1a(y—系数)。在开始时由于应力σ1小于临界应力σc,a小于临界裂纹ac,所以腐蚀作用时,由于原始裂纹a的腐蚀扩展,导致K1的。当经过一段时间后a=ac及K1=K1c时,断裂就发生了,只有当原始裂纹a足够小,以致于K1<K1c(应力腐蚀破裂)时,材料不会发生应力腐蚀破裂。
①应力的存在。如果堆焊或加工中,残余应力、旋转离心力、摩擦热应力,引起金属环应力σ1大于σ2c,应力破坏就很难避免。②材料。金属密封环材料强度、硬度指标越高,K1c 越低,材料内气孔、夹渣、裂纹越多越长,越易发生应力腐蚀破裂。一般K1(应力腐蚀破裂)=(1/2-1/5)K1c,且随材料强度级别的提高,K1(应力腐蚀破裂)/K1c的比值下降。③磨损。构件表面越光,应力腐蚀破裂敏感性越低。端面磨损使金属表面钝化膜破坏,光洁度降低,促使应力腐蚀破裂的发生。④介质。应力腐蚀破裂,只发生于一些特定的“材料—环境”体系。例如“奥氏体不锈钢—cl”、“碳钢—NO3”。⑤温度。温度越高,氢扩散越快,应力腐蚀破裂加快。密封环端面剧烈摩擦,如果端面比压过大,表面光洁度低,冷却不够,表面润滑不好,摩擦热则加速应力腐蚀破裂的进行。
单端面式和双端面式机械密封的不同点分析
a)单端面式;b)轴向双端面式;c)径向双端面密封
普通机械密封大都是接触式密封,而可控间隙机械密封是非接触式密封。接触式密封结构简单、泄漏量小,但磨损、功耗、发热量都较大。在高速、高压下使用受一定限制。非接触式密封发热量、功耗小,正常工作时没有磨损,能在高压高速等苛刻工况下工作,但泄漏量较大。非接触式又分为流体静压和流体动压两类。流体静压密封,系指利用外部引入的压力流体或被密封介质本身,通过密封端面的压力降产生流体静压效应的密封。流体动压密封系指利用端面相对旋转自行产生流体动压效应的密封,如螺旋槽端面密封。
单级式和双级式机械密封
使密封介质处于一种压力状态为单级,处于二种或二种以上压力状态为双级或多级机械密封。前者与单端面密封相同,后者各级密封串联布置,介质压力依次递减,可用于高压工况。
波纹管型机械密封的分类
波纹管材料有金属、聚四氟乙烯、橡胶等,分别称为金属、聚四氟乙烯和橡胶波纹管型机械密封。波纹管型密封在轴上没有相对滑动,对轴无磨损,跟随性好,适用范围广。
金属波纹管与焊接金属波纹管和液压成型波纹管,其本身能代替弹性元件,耐蚀性好,可在高、低温下使用。聚四氟乙烯耐蚀性好,可用于各种腐蚀介质中。橡胶价格便宜,使用广泛,使用温度受橡胶材料的限制。
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