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  • 機械密封類

    影響機械密封件端面磨損的條件及原因

    來源:管理員   發布時間:2014-08-29
      機械密封件的磨損是運轉過程中發生摩擦的必然結果,也是機械密封件的主要失效形式,它決定著密封的壽命和性能,并可能出現各種各樣的形態,機械密封的主要發展方向之一就是要在泄漏量允許的范圍內控制磨損使潤滑達到最佳狀態?! C械密封件密封通常處于輕微磨損狀態,因而磨損率相當均勻,對于設計良好的密封其密封面的磨損占主導地位的是輕微的粘著磨損。粘著磨損是由于粘著作用使兩表面的材料由一個表面轉移到另一個表面而引起的機械磨損。因此磨損壽命可根據典型的工作數據來預測。掌握磨損規律,設法延長使用壽命是一個最重要的問題。這就需探索磨損的機理、類型和影響因素等。其中最重要的參數是磨損率和磨損系數Kw。

      影響摩擦副材料磨損度和磨損系數的因素很多,它是多因素在摩擦表面相互作用的過程。有些因素可由設計者控制,如材料、潤滑劑等,但另外一些因素則是由于工藝對機械密封件的要求無法選擇,如介質、載荷、轉速等。本文對機械密封件端面的磨損特性進行了分析,以指導機械密封件的設計和對密封失效的判斷。

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    介質的影響

      機械密封件常用的工作介質有水、油、海水及酸和堿。對于設計良好的機械密封,其摩擦副材料的選擇就已考慮到介質的影響。選擇時不僅要注意每一個零件本身的耐蝕性,還應防止兩種材料組合在一起時產生的電偶腐蝕。

      在普通的清水介質中,一般的碳鋼與石墨配對即可滿足要求。而且在相同條件下大部份配對材料的磨損率相近。

      在相同條件下油中使用性能較好的是WC-Cu(RC)與浸呋喃樹脂石墨的組對。

      在相同條件下海水中WC-Co與浸呋喃樹脂石墨的組對可保證其性能。

      在相同條件下,3%的NaCl溶液中WC-Co、WC-Cu(RC)及WC-NiP合金與浸呋喃樹脂石墨的組對時磨損率相近。

      通過實驗得出結論,在相同條件下,lOo/oHCl溶液中,WC-NiP合金體現出優異的抗腐蝕磨損性能,遠遠優于WC-Co和RC合金。

      WC-Co的磨損率一直隨上升趨勢,并且隨著時間的增加,磨損率增加的幅度也更大;而WC-NiP合金的磨損率卻是隨著時間的增加逐漸減小直到趨近一個較穩定的值。很

      明顯在此溶液中WC-Co被腐蝕(主要是Co),發生了腐蝕磨損;而NiP的耐蝕性好,只產生粘

      著磨損。

      這個示例說明不同材料的磨損率在某些溶液中可能會很相近,在其它溶液中卻相差極大。選擇材料時要重視這個問題。

      2
    載荷的影響

      磨損的類型較多,因此載荷的影響也因磨損機理的不同而不同。

      對于最普遍的粘著磨損,研究表明:對于各種材料都存在一個臨界壓力值。當平均壓力小于此臨界值時,只有少數微凸體相互接觸并發生塑性變形。此時隨載荷的增大,實際接觸面積增大,而壓強并不增大,對磨損影響不大;而當平均壓力達到臨界壓力值時,粘著磨損就會急劇增大,直至咬死。

      磨粒磨損主要是由于工作環境引起的,其機理主要是微觀切削。由于磨粒在機械密件封面發生微量切削作用,或者磨粒在力的作用下壓入塑性材料表面產生壓痕,從表面層上擠出層狀或鱗片狀剝落物,結果在摩擦表面留下槽或鑿槽痕跡。因而磨粒磨損的磨損率與壓力成正比,但當壓力達到某一臨界值后,磨損率隨壓力的增加變得平緩,這與磨損機理的轉變有關。

      載荷對腐蝕磨損的影響是不言而喻的,載荷越大,磨損率越大。

      3
    轉速的影響

      轉速對磨損的影響主要是因為速度影響了摩擦表面的溫度。轉速越大,摩擦表面溫度增大,摩擦功耗以及相應產生的摩擦熱也大,易使端面溫度升高,金屬表面硬度一般隨表面溫度的升高而下降,同時造成液膜汽化出現干摩擦加劇磨損。

      轉速高還會引起密封件的振動,并受到較大的離心作用,不利于端面液膜的形成和維持。

      隨著轉速的提高,磨損率也隨之而增大,摩擦熱使材料軟化,與載荷產生同樣的影響。機械密封件中縫隙溫度變化不大時,磨損率幾乎線性上升,只有當表面溫度達到一定值后,磨損急劇增大,對于粘著磨損和磨粒磨損均如此。

      轉速對腐蝕磨損的影響也是轉速增大,磨損加快,原因在于:首先,從機械密封件材料受到的腐蝕來看,加快了陰極過程及陽極過程溶解產物離開表面的過程,使腐蝕速度加快;其次,對于腐蝕磨損而言,轉速增加,使腐蝕磨損交替作用的頻率增大,導致材料表面高活性區的不斷出現,因而使腐蝕磨損加速;最后,轉速增大又使摩擦副表面在單位時間內的滑移距離增大,磨損的總量必然增加。

      4結語

      多年來,隨著多種密封理論的提出,揭示了部分密封機理,促進了密封技術的進步,出現了許多機械密封件新結構和適應于機械密封件的新材料,延長了機械密封件的壽命,拓展了機械密封的適應范圍。但是在機械密封端面如此狹小的界面上存在著摩擦、磨損、變形、流體流動、相變、腐蝕等許多復雜的物理、化學過程,要想全面而真實地反映各種因素的影響和相互關聯的規律,目前無論在理論或實驗技術上都還十分困難,機械密封的設計和使用大都還依賴于實驗和經驗。機械密封件端面的磨損性能的研究也受到了上述約束。因此只要機械密封件的端面只有流體間的內摩擦,必將極大地延長其使用壽命。所以端面開槽工藝將是機械密封的重點研究對象,宏光密封也曾對動壓型機械密封件封端面槽型的自動建模進行了研究,以后還會繼續這方面的試驗
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