防止密封失效（精选7篇）
防止密封失效 篇1
0 引言
闸板防喷器是钻探油气井过程中必备的井控设备之一。按其壳体内闸板室的数量可分为单闸板防喷器、双闸板防喷器和三闸板防喷器。闸板防喷器在发生溢流、井涌时具有以下用途：(1)当井内有钻具（或其它管材）时，能封闭套管与钻具之间的环形空间；(2)当内无钻具时，能全封闭井口；(3)在封闭情况下，可通过壳体旁侧出口内安装连接管汇，进行钻井液循环、节流放喷、压井作业；(4)在特殊情况下，通过使用剪切闸板剪断钻具，并达到封井的目的；(5)可悬挂钻具。
由于上述用途，要求在油、气井钻探过程中，闸板防喷器必须随时处于良好待用状态。而闸板防喷器的密封效果，起着至关重要的作用。一旦密封失效，防喷器失去了作用。
1 密封原理
闸板防喷器的密封由一级密封及二级密封组成。
一级密封是最关键的密封，是指防喷器关闭井口时与井内介质接触部位的密封。由以下四个密封部位组成：(1)闸板顶部与壳体内顶面的密封；(2)闸板前部与钻具的密封；(3)壳体与侧门之间的密封；(4)闸板轴（活塞杆）与侧门之间的密封。
二级密封，是不接触井内介质的密封。由以下四个密封部位组成(1)油缸与油缸盖密封；(2)活塞与油缸体之间的密封；(3)活塞杆与缸盖之间的密封；(4)铰链内油道密封。
2 密封的特点
2.1 闸板浮动密封
闸板总成与壳体的闸板室有一定的间隙，允许闸板在闸板室内上下浮动。当闸板缩回到全开位置时，闸板上橡胶件不接触闸板室顶部密封面。在闸板关闭时，闸板室底部高的支承筋和顶部密封面均有渐缓的斜坡，能保证在达到密封位置前，闸板与壳体间有充分间隙。实现密封时闸板前端橡胶件首先接触钻具，顶部橡胶件与密封突台面接触，从而完成全部密封。此时井压起到助封的作用。当闸板开启时，顶部密封橡胶脱离壳体凸台，缩回到闸板平面内，继续打开闸板，闸板沿支承筋斜面退至全开位置。闸板的这种浮动特点，即保证了密封可靠，减少橡胶磨损，延长胶芯使用寿命，又减少了闸板移动时的磨擦力。影响此处密封的因素：是顶部密封面的平面度、表面粗糙度、橡胶件的压缩量、橡胶件本身的质量。
2.2 闸板轴（活塞杆）密封
活塞杆与侧门之间的密封是双向的，防止井内介质和油缸液互相窜漏。密封由两部分组成，中间用间隔铜套隔开。影响此处密封的因素：侧门上轴孔与闸板轴的加工精度、粗糙度、形位公差同轴度、垂直度，橡胶件的形式及质量。
2.3 壳体与侧门密封
普遍采用的是在侧门上加工密封槽，槽内装夹织物或金属物的矩形橡胶密封圈，压力较低的也可用O型密封圈。影响此处密封的因素：壳体与侧门平面的尺寸精度、粗糙度、形位公差、橡胶件的质量。
2.4 其它处密封
多采用O型密封圈形式。影响密封的因素如：活塞与油缸体之间的密封、液缸与缸盖之间、活塞杆与缸盖之间的密封、铰链内油道各处加工尺寸、配合尺寸精度、粗糙度及橡胶件质量有关。
3 保证密封有效的措施
3.1 设计、制造、安装
设计时一定要考虑橡胶件的压缩量、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度按标准手册确定，同时考虑使用的环境、条件，适当调整。在闸板轴与侧门之间的密封可考虑二次密封的实现。主要是二次密封注脂孔、观察孔应设计在合理的位置。其次是制造过程中，要保证各密封部位的尺寸精度、形位公差、表面粗糙度满足图纸的要求，并严格进行检验。安装时，要保证各密封部位、橡胶件、油道的清洁；保证二次密封注脂孔在关井时有渗漏紧急情况下，能注入密封脂（注意：二次密封仅是在关闭防喷器时的一种应急措施，一旦井涌排除，应立即清洗并更换橡胶件，不可长期依赖二次密封）。安装唇形密封圈时，唇边开口对着有压力的一方。
3.2 橡胶件生产厂过程控制
应严格遵守胶料的配方，对加入夹布、或钢丝的质量进行控制，同时对模具精度、表面粗糙度进行控制。保证橡胶件的物理性能、硬度、尺寸符合设计要求。
3.3 防喷器生产厂订货过程控制
明确橡胶件的性能，在订货（或本厂生产）时，一定要准确提出相关信息，做为橡胶件生产、检验的依据（不同压力、不同使用环境对橡胶件的性能要求是不一样的，特别是橡胶件上的标识不能忽视）。
3.4 橡胶件的保存
无论是防喷器生产制造单位还是使用单位都应注意橡胶件保存这一环节。(1)橡胶件应保存在干燥、光线较暗的室内。温度、湿度适宜（温度15～30℃、湿度不超过80%），避免靠近放热设备、避免阳光直射。(2)避免腐蚀性物质溅到橡胶件上。(3)远离高压带电设备。(4)放置时不能挤压。(5)定期进行检验，如有变脆、龟裂、弯曲及裂纹，不能使用。(6)包装时不允许与其它金属件混装。(7)注意保存期，一般储存期为二年。
3.5 使用
(1)每次打开闸板前，应检查锁紧装置是否解锁到底。打开后检查是否全开（闸板总成后退到闸板腔内），不得停留在中间位置，以防钻具碰坏闸板。(2)打开和关闭侧门时应先泄掉控制管汇压力，以防损坏铰链内的“O”形圈。(3)有二次密封装置的闸板防喷器，只有在活塞杆密封处严重漏失时，才使用二次密封装置注入密封脂。注入量不宜过多，止漏即可，以免损坏活塞杆，一有可能就立即更换活塞杆密封，不可长久依赖二次密封。(4)当井内有钻具时，严禁关闭全封闸板。(5)若与环形防喷器组成井口防喷器组时，在需要关井时，必须先关闭环形防喷器，再关闭闸板防喷器。
4 结束语
橡胶件失效是一个复杂、综合的过程，要求设计、生产、储存、使用各个环节得到严格、有效控制，同时根据现场使用情况，综合经验，使防喷器能安全使用，发挥应有的作用。
摘要：闸板防喷器在使用过程中,密封效果是关键。要达到有效密封,应在设计、制造、安装、储存、使用等环节对橡胶件进行控制,使防喷器能安全使用,发挥应有的作用。
关键词：闸板防喷器,橡胶件,防止密封失效
论机械密封原理及失效冲洗 篇2
关键词：机械密封,失效,冲洗
目前机械密封在各行各业中的应用非常广泛, 而随着产品技术水平的提高和节约能源的要求, 机械密封的应用前景将更加广泛。
1 机械密封原理及结构
机械密封又称端面密封 (Mechanical Seal) , 是旋转轴用动密封。是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力 (或磁力) 作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。即:有一对垂直于旋转轴线的端面, 该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下, 依赖辅助密封的配合与另一端保持贴合, 并相对滑动, 从而防止流体泄漏。
常用机械密封结构由静止环 (静环) 、旋转环 (动环) 、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成, 防转销固定在压盖上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。
机械密封中流体可能泄漏的途径有A、B、C、D四个通道。C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封, 二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封, 当端面摩擦磨损后, 它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动, 实际上仍然是一个相对静密封。因此, 这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈, 而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封, 有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封, 它是机械密封装置中的主密封, 也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此, 对密封端面的加工要求很高, 同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜, 必须严格腔制端面上的单位面积压力, 压力过大, 不易形成稳定的润滑液膜, 会加速端面的磨损;压力过小, 泄漏量增加。所以, 要获得良好的密封性能又有足够寿命, 在设计和安装机械密封时, 一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。
2 机械密封材料
根据统计, 机械密封的泄露大约有80%~95%是由于密封端面, 摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外, 主要是摩擦副的材料问题。
摩擦材料应具备下列条件:机械强度高, 能耐压和耐压力变形;具有耐干磨性, 耐高载荷性, 自润滑性好;配对材料的磨合性好, 无过大的磨损和对偶腐蚀;耐磨性好, 寿命长;导热性和散热性好;耐高温性好;抗热裂性好;耐腐蚀性强;线膨胀系数小;切削加工性好, 成型性能好;气密性好;密度小, 能耐热变形和尺寸稳定性好。
3 机械密封的失效
机械密封性能可靠, 泄漏量小, 使用寿命长, 功耗低, 毋须经常维修, 且能适应于生产过程自动化和高温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。但是机械密封还是有失效的时候, 归纳其失效原因有以下几点: (1) 轴套与轴间的密封 (2) 动环与轴套间的密封 (3) 动、静环间密封 (4) 对静环与静环座间的密封 (5) 密封端盖与泵体间的密封。其中磨损是机械密封经常发生的一种失效形式。对于接触式机械密封, 掌握磨损规律, 预计磨损率, 设法延长耐磨寿命乃是一个重要问题。磨损的主要形式及其转化, 摩擦表面上可能出现的主要磨损形式有:粘着磨损, 磨料磨损, 疲劳磨损, 微动磨损和腐蚀磨损。
3.1 粘着磨损
由于表面上存在着粗糙的微凸体, 表面间的接触发生在分散的微凸体处。磨擦时接触点处发生变形, 润滑膜以及表面膜破裂时会出现金属间的直接接触, 连接点不断被剪切断, 同时又产生新的连接点。如果剪切发生在结点界面上, 则两表面没有磨损;如果剪切发生在金属内部, 则会出现表面间金属的转移, 表面受到破坏和磨损。金属的转移现象是粘着磨损的主要特点。
3.2 疲劳磨损
疲劳磨损过程可认为由三个发展阶段组成:一是表面的相互作用;二是在摩擦力的影响下, 接触材料表层性质的变化;三是表面的破坏和磨损微粒的脱落。
4 机械密封特点
机械密封有什么样的特点, 机械密封的主要特点就是防止泄露!
4.1 泄漏量可以限制到很小
主要主密封面的表面粗糙度和平直度能保证达到要求, 只要材料耐磨性好, 机械密封可以达到很少泄漏量, 甚至肉眼看不见泄漏。密封介质为液体时, 泄漏量通常为3ML/h以下, 但对于特殊情况以及密封介质为气体时不受此限。煤油试验台泄漏量不超过20ml/h;常温清水试验, 轴外径大于50mm时平均泄漏量不超过5ml/h, 轴外径不大于50mm时平均泄漏量不超过3ml/h。
4.2 寿命长
在机械密封中, 主要磨损部分是密封摩擦副端面。因为密封端面的磨损量在正常工作条件下不大, 一般可以连续使用1-2年, 个别场合也有用到5-10年。
4.3 运转中不用调整
由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合, 在运转中自动保持接触, 装配后就不用像普通软填料那样需调整压紧。
5 机械密封冲洗
冲洗的目的在于防止杂质集积, 防止气囊形成, 保持和改善润滑等, 当冲洗液温度较低时, 兼有冷却作用。冲洗的方式主要有两种:一是内冲洗;二是外冲洗。而内冲洗又分为正冲洗, 反冲洗, 全冲洗。外冲洗液压力应比被密封介质大0.05-0.1MPa, 适用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的流量应保证带走热量, 还需满足冲洗的需要, 不会产生对密封件的冲蚀。为此, 需控制密封腔的压力和冲洗的流速, 一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s, 含有颗粒的浆状液体须小于3m/s, 一般取0.05-0.1MPa, 对双端面机械密封可取0.1-0.2MPa。
6 机械密封安装、使用技术要领
设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米, 轴向窜动量不允许大于0.1毫米;设备的密封部位在安装时应保持清洁, 密封零件应进行清洗, 密封端面完好无损, 防止杂质和灰尘带入密封部位;在安装过程中严禁碰击、敲打, 以免使机械密封摩擦付破损而密封失效;安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油, 以便能顺利安装;安装静环压盖时, 拧紧螺丝必须受力均匀, 保证静环端面与轴心线的垂直要求;安装后用手推动动环, 能使动环在轴上灵活移动, 并有一定弹性;安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉;设备在运转前必须充满介质, 以防止干摩擦而使密封失效;安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油, 要特别注意机械油的选择对于不同的辅助密封材质, 避免造成O型圈侵油膨胀或加速老化, 造成密封提前失效。
7 结束语
在设计机械密封时, 不仅要考虑机械密封本身的影响因素, 而且要考虑机械密封外部的各种影响因素。在实际工作中要注意以下几个问题:分析机械密封的质量事故的原因时, 要充分考虑到机械的其它零部件对机械密封运行的影响, 采取措施不断提高机械密封的效果。对重要机械产品的机械密封, 要增加保护措施, 提高密封质量, 减少密封质量事故。在机械产品的设计过程中要充分考虑到机械其它零部件以及现场其它设备对机械密封的使用效果的影响, 为机械密封创造一个良好的外部条件。增加对机械密封辅助系统的重要作用的认识, 尽可能配备完善的机械密封辅助系统, 以提高密封效果。
参考文献
[1]机械密封实用技术-顾永泉 (机械工业出版社)
[2]《如何提高泵用机械密封的性能及寿命》石油化工设备技术.1994 (6) :23～261
[3]张生昌, 郑水华, 邓鸿英, 牟介刚《.影响泵用机械密封外部条件的研究》.
采煤机摇臂密封失效的分析与处理 篇3
关键词：采煤机,摇臂,密封失效
关于采煤机, 它是一个大型的复杂的机器, 结合了电气、机械、液压等各类知识于一体, 较难掌握, 由于运用采煤机的工作环境十分恶劣, 大多在煤矿地区, 地形和空气环境都很差, 所以一旦出现了故障, 可能会中断整个采煤的工作, 产生巨大的经济损失, 影响经济效益。但是采煤技术的不断发展, 采煤机的使用功能也越来越多, 关于其结构、组成也越来越复杂, 但与此同时, 产生故障的原因分析也越来越复杂了。
1 采煤机的分类 (图1)
2 采煤机的组成
采煤机由截割传动、牵引传动、电气控制和调速、液压调高制动、冷却喷雾等系统和辅助装置等组成:
截割部———截割电机、摇臂齿轮减速箱、滚筒等;牵引部———减速箱、牵引电机、调高油缸等;电气控制及调速系统———机上电气控制系统 (由电控箱、截割电机、泵电机、牵引电机及各种操作控制装置组成) 、机外变频调速系统 (由变频调速箱、牵引变压器和连接电缆等组成) ;液压调高制动系统———齿轮泵、粗过滤器、安全和换向阀及电磁阀平衡阀、调高油缸、管路等;冷却喷雾系统———截止阀、水过滤器、减压阀组、节流阀喷嘴、高压胶管及有关连接件等。
3 摇臂密封失效的特征
摇臂是截煤部的一个组成部分, 其修复加工难度系数非常高, 一旦损坏便很难修复, 会很大程度上的影响整个采煤机的运作, 造成损失, 所以为防止其不受磨损, 从而在支承部位设了一轴套, 轴套用螺栓与摇臂固定, 一般是6个螺栓, 这要根据不同采煤机的机型来决定。在摇臂调高的过程中, 会产生摩擦力, 这个摩擦力则是由轴套所承受, 长期下来会导致轴套的磨损, 而轴套受损后就可以更换, 此外箱体入口处与摇臂的支承采用的是滑动轴承, 滑动轴承的使用可减少截煤部箱体的高度, 从而提高采煤机的运作效率。轴套与滑动轴承的径向间隙用O型圈密封, 与摇臂间的平面间隙也用O型圈密封, 这是就是摇臂密封, 但是常会出现摇臂密封失效的情况, 尤其是在采煤机进厂进行大型的检查修正和解体分析时, 其径向和平面间隙处的密封圈常遭到严重损坏, 甚至有时候可能就不存在了, 同时, 在各间隙、摇臂与箱体间布满了煤尘和脏东西, 轴套和摇臂间的螺栓也有可能断裂, 甚至是全部被切断了, 尤其在将这些煤尘和脏物清除干净之后, 轴套可在摇臂上和滑动轴承之间自由的转动, 螺栓失去了功效, 以上现象说明了O型密封圈不起作用了, 煤尘和脏东西进入摇臂与箱体之间, 并迅速填满各间隙, 而轴套是用注入润滑脂润滑的, 但是润滑脂由于注不到轴套与滑动轴承之间, 导致轴套在运动状态下是处于干摩擦状态的, 轴套承受的摩擦力传递给螺栓, 所以螺栓在受反复摩擦力的剪切作用后导致断裂。因此, 采煤机工作中, 轴套与摇臂和滑动轴承间存在着相对的运动, 三者都有不同程度的磨损情况, 尤其是轴套与摇臂的磨损, 十分严重。
4 处理采煤机故障的原则及步骤
首先全面了解出现故障的特征现象和发生过程, 尤其要关注细节, 在大型机器的检查当中, 细节决定成败, 只有关注细节, 才能准确分析产生故障的可能原因, 事先做好处理故障的各项准备工作, 有条不紊的按从简单到复杂, 从外部到内部, 先机械后液压系统的原则及时处理采煤机出现的故障。在处理时要注意判断准确, 处理干净彻底, 元件和管路的连接部分要牢固, 不能出现松动和泄漏情况, 元件内部清洁时要处理干净, 不能出现杂质和细棉丝等物质、更换的元部件一定要合格, 这是最基本的要求, 处理牵引内部故障时必须要有严密的遮挡措施, 从而防止将外部的机械杂质带入机体内;此外, 还要做好安全防护的工作, 施工时, 先断电源再断隔离开关, 最后才闭锁工作面输送机;在处理采煤机的事故故障当中, 对采煤机进行修整时, 打开盖板及卸下机件时特别要记住采煤机的相对位置和装卸顺序的记录, 安装的时候要特别注意机件的位置的正确与否, 连接是否牢固齐全等。
总之具体情况具体分析。
5 摇臂密封失效的原因分析及处理
5.1 摇臂密封失效原因分析。
由于轴承长期工作, 长期承受摩擦力, 导致轴承的滚珠磨损严重, 造成滑动密封的间隙曾大, 超出了滑动密封“O”型密封圈的弹性范围, 使得漏油和灰尘等物质进入;由于滑动密封“O”型密封圈超出弹性系数, 导致密封失去弹性也会造成漏油, 其原因是由于长期的煤尘积累导致滑动密封“O”型圈失效;由于密封的断面尺寸小, 导致弹性变形小, 小变形量不足以抵挡煤尘的侵袭;由于密封尺寸太大导致在滑动轴承在沟槽中保持不了很固定状态, 即使在装配时已经使用了密封胶, 也不会让它均匀地固定在沟槽内, 所以在安装摇臂时, 型圈就很有可能已经破坏失效了, 这是装配不到位导致的状况。
5.2 臂密封失效的处理方式。
将“O”型密封圈运用一定的技术, 装到轴套上形成一个系统, 这样就可以保持系统的固定形状, 从而在装配时不会出现局部剪切, 装配部到位的问题了;用加大断面尺寸以增加密封圈的弹性变形, 从而抵抗煤尘的干扰和侵袭;将密封圈改为骨架油封, 然后安装在滑动轴承入口处;采用浮动环的密封方式, 但是这种结构有其一定的弊端, 它的滑动轴承改动比较大, 密封环的成本也高, 经济效益不高, 但却是采煤机在那么恶劣环境的中最有效的密封形式。
将密封改为纸垫加密封胶的形式。
将固定轴套的螺栓应更换为更加高强的螺栓。
摇臂密封失效的原因很多, 在修整的过程中, 要尤其注意细节, 由于采煤机的构造原理十分复杂多变, 包含机械、电气、热等各项知识, 还要注意地形环境的恶劣与否, 所以这就要求在采煤机的设计和修整当中, 要求该专业的动手操作能力和专业文化知识要过硬, 才能应对采煤机出现的各种各样的问题。
参考文献
[1]马清虎, 杨淑清.采煤机摇臂密封失效的分析与处理[J].中国煤炭, 2002 (5) .
[2]袁学访, 翟永振, 殷召梅, 李贻久.MG100/238-WD型采煤机常见故障的分析与处理[J].煤矿机械, 2009 (10) .
液压缸密封失效典型案例分析 篇4
1 密封件材料
某些材料的橡胶密封件与油液接触会产生化学反应, 使密封件渣化、粉化而过早老化, 产生泄油。一般丁基橡胶密封件, 耐无机强酸, 耐热性好, 与石油基类油质相容;而与磷酸脂液不相容;氟橡胶与磷酸脂液等合成液相容。聚氨酯密封件抗强度和耐油性好与水一乙二醇油液不相容。以此来合理选择确定油液和密封件的密封性质。
2 密封件运动里程
密封件在运动的过程, 不断的与油缸内腔发生摩擦, 但油缸内腔具有油膜, 因此密封件与油缸的内腔摩擦力很小, 对其损坏相对较小。
3 密封件的工作温度
工作温度主要指的就是液压油温度。密封件的寿命与温度成抛物线关系。温度过高或者过低密封件的使用寿命都会下降。液压源系统算热的工况良好与否直接影响液压油的温度。
4 油质的污染与变质
油质的污染是指由于在加、换油的过程中和检查更换润滑装置中内部元件、零件和油质时外部杂质的侵入造成的;油质的变质是随着使用期的延长而变化, 物理性磨屑的混杂的增加, 在铜、铁、锰等金属的作用下, 油质发生氧化、酸化化学反应。不断破坏油膜、降低润滑效果, 而且加速密封件、密封层的老化。
5 安装问题
(1) 密封件安装方向的错误导致泄漏。
(2) 安装时混入或管路内有异物、粉尘等进入密封腔引起泄漏。
(3) 装配不良造成密封件损坏引起泄漏。
(4) 密封件表面有划痕引起泄漏。
(5) 活塞杆不同心, 偏负荷引起泄漏。
6 密封件选用问题
(1) 压力过高、密封件硬度过小被挤出金属沟槽。
(2) 密封材料和介质相溶, 密封件被软化或溶解。
(3) 密封件使用在温度过高的工况, 密封材料被碳化。
(4) 低温导致密封材料硬化、收缩引起泄漏。
(5) 使用线速度过高, 导致密封件发热、干磨、碳化形成泄漏。
(6) 使用工况润滑不良导致密封件磨损形成泄漏。
(7) 使用的腔体受到振动引起泄漏。
(8) 因粉尘引起密封件磨损造成泄漏。
(9) 密封件硬度过高, 不能把金属沟槽完全填充引起泄漏。
(10) 密封件的尺寸与金属沟槽不符引起泄漏。
(11) 选用存放时间过长、老化的密封件引起泄漏。
7 密封结构设计、装配问题
(1) 腔体支撑材料选用不当, 磨损腔体和活塞杆。
(2) 摩擦副大小不合适, 造成磨损。
(3) 缸筒、活塞端部的螺纹倒角不当, 磨损密封件。
(4) 密封件安装倒角不合适磨损密封件。
(5) 腔体、活塞杆表面粗糙、有划伤磨损密封件。
密封件的老化是密封件失效最常见的情况, 而影响密封件老化的因素主要有以下几点:氧、臭氧、光、机械应力、水分、油等。氧能使橡胶件产生氧化反应, 氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。臭氧能使橡胶件出现臭氧龟裂;热的作用是活化作用。提高氧扩散速度和活化氧化反应, 从而加速橡胶氧化反应速度, 这是普遍曾在的热氧化现象。光波越短, 能量越强。对橡胶起破坏作用的是能量较高的紫外线。经紫外线光起着加热作用, 光作用的特点是它主要在橡胶表面进行;含胶率高的式样, 两面会出现网状裂纹, 所谓光外层裂。在机械应力反复作用下, 会使橡胶分子链断裂而产生游离荃, 引发氧化链反应, 形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活氧化过程。哪个能占据优势, 视其所处的条件而定。此外, 在应力作用下容易引起臭氧龟裂。水分的作用有两个方面, 橡胶在潮湿的空气淋雨或者浸泡在水中时, 容易破坏。这是由于橡胶中的水溶性物质和亲水基团等成分被水抽提溶解, 水解或吸收等原因引起的。特别是在水浸泡和大气暴露的交替作用下, 会加速橡胶的破坏。但在某种情况下水分对橡胶则不起破坏作用, 甚至有延缓老化的作用。橡胶制品在使用过程中如果长期和油类介质接触, 油类能渗透到橡胶内部使其产生溶胀, 致使橡胶的强度和其它力学性能下降。油类能使橡胶发生溶胀, 是因为油类渗入橡胶后, 产生了分子相互扩散, 使硫化胶的网状结构发生变化。
液压密封件安装注意事项:
(1) 检查活塞、缸筒以及安装导向套的相关表面清洁、无毛刺、无棱边。
(2) 安装工具要求光滑、无棱边、尖角, 确保在安装过程中不会对密封件造成任何形式的损坏。
(3) 安装时可在密封件以及缸筒相关表面涂少量的润滑脂, 以利于安装, 但橡胶弹性体和滑动密封环之间不允许残留润滑脂, 否则会影响密封性能。
(4) 不管是立式还是卧式安装都应保持活塞与缸筒的同轴度, 过大的偏心很可能会损坏密封件。
(5) 安装速度不宜过快, 否则会损坏密封件。
8 结论
液压缸的密封失效是复杂多样的。因此, 必须从密封设计、材料选用、工作环境、安装工况条件等出发, 确立合理的密封结构和制品, 才能提高液压缸密封系统的可靠性。在液压缸的密封系统出现故障时, 要在短时间内采取合适的方法进行处理。更为重要的事, 能够早期预防故障的发生, 提高液压缸的可靠性、安全性及液压缸元件的使用寿命。
参考文献
原油外输泵机械密封失效分析 篇5
1 原因分析[1]
对原油外输泵机械密封进行拆解, 发现机械密封的主要破坏形式是过度磨损。机械密封摩擦副采用的材料是浸树脂碳石墨 (动环) 和耐蚀镍铸铁 (静环) , 其中浸树脂碳石墨环的磨损量超过3mm。碳石墨环的磨损严重, 但是比较均匀, 说明泵轴运行中不存在过量变形, 造成机械密封过度磨损的可能原因是制造和安装不良等造成的振动。
在原油外输泵的装配过程中, 微小的安装误差难以避免, 振动也必然存在。为了减少振动对机械密封的性能和寿命上的影响, 有必要进行振动分析, 提出针对性的解决办法。
2 研究方法
为了找到振动原因, 本文应用solidworks建立了外输泵的3D模型, 并通过有限元分析软件simulation进行了振动分析。
2.1 模型的建立
振动分析的主体是外输泵, 外输泵与电机通过联轴器连接, 并通过地脚螺栓与水泥基座连接。他们之间存在连接关系, 因此要分别建立三者的模型, 进行分析 (见图1) 。
2.2 分析过程
(1) 定义频率算例。频率分析用于计算共振频率以及对应的模式形状。模式形状可以说明振动发生时, 系统各不同位置的振动变形, 反映出振动对不同位置的影响大小。
(2) 定义各零部件材料:基座材料定义为标号32.5的水泥, 泵轴定义为40Cr, 泵体定义为铸铁, 其他零件分别定义为铸铁和低合金钢等材料。
(3) 定义连接方式:认为螺栓连接良好因此螺栓连接被定义成刚性连接。外输泵与基座接触面刚性连接, 电机与基座接触面刚性连接, 联轴器的两联轴节采用刚性接头, 基座底面固定。
(4) 网格划分:外输泵的内部结构比较复杂, 难以进行结构划网格, 因此采用非结构化网格。网格最大尺寸25mm, 在细小结构中自动过渡, 雅克比点数定义为4。
(5) 运行分析。
2.3 分析结果
系统自振频率是158Hz, 在泵的启动阶段会经过这一振动频率, 只是时间很短不会形成共振。正常运行阶段的振动主要是泵的转子旋转引发的振动。
图1显示了振动分析的位移结果, 图中颜色越深表示振幅越大, 可以看到振动最大的区域是泵的两端及进出口。这些区域同时也是结构中刚度最低的区域, 说明刚度是影响系统局部振幅的主要因素。而机械密封及轴承的安装位置处在这些区域使振动对机械密封及轴承的寿命造成更大的影响。
3 解决办法
从分析中可以看到, 原油外输泵的系统中, 整体的振幅不是完全一样的, 泵两端可以视为在系统振动上存在的局部振动。系统刚度是影响局部振动振幅的主要因素, 因此解决办法从提高系统刚度和增加机械密封耐磨性等方面入手。
(1) 增加地基重量, 是增加系统重量的最直接办法, 而系统重量的增加能够有效降低振动幅度。
(2) 在泵的设计中, 在其他条件允许的情况下, 缩短轴承座和密封函体的轴向尺寸;增加主轴刚度, 适当增加轴径或者采用强度、刚度更大的材料。这些措施可以增加泵的刚度, 减小泵的局部振动。
(3) 更换机械密封摩擦副材料[2]。现在采用的机械密封摩擦副材料是浸树脂碳石墨和耐蚀镍铸铁, 磨损系数为10-6。如果采用浸青铜碳石墨和碳化钨摩擦副, 磨损系数为10-8, 可以大大降低磨损量。
参考文献
[1]卢慧春.油田输油离心泵振动致使机械密封失效的解决措施[J].机械研究与应用, 2005 (4) :51～53.
防止密封失效 篇6
气缸作为气动系统的执行元件,应用非常广泛。气动系统复杂程度的提高,对气缸的可靠性要求越来越高[1]。气缸的寿命试验就是一种评定气缸可靠性的方法,它不仅为气缸的设计者提供重要依据,也可以作为气缸使用者的一个重要参考。气缸寿命试验需要有一套相应的寿命试验装置来保证试验的正常运行[2]。
目前ISO标准规定的气缸寿命试验的标准和规范是针对橡胶密封气缸制定的。文献[2]对橡胶密封气缸试验装置进行了研究,并在试验中取得一部分实验数据,为研究气缸寿命试验提供了基础和参照。文献[3]中对气缸的寿命实验中,采用了与ISO标准不同的试验条件对气缸进行寿命试验,为新型气缸的寿命试验提供了参考。相对于橡胶密封气缸,金属间隙密封气缸具有泄漏量大、低摩擦等特点,目前没有相关国际标准对其寿命试验进行规范。因此金属间隙密封气缸的寿命试验研究是非常有必要的。
1 气缸失效判定和失效分析
金属间隙密封气缸与橡胶密封气缸不同。在结构上,金属间隙密封气缸活塞和气缸筒之间的密封是利用活塞和缸筒之间的微小间隙来实现减少泄漏量的,气缸活塞和气缸筒之间的摩擦为金属之间的摩擦,在很大程度上减小了摩擦力。
1.1 气缸失效判定标准
气缸寿命试验中,ISO国际标准中用来评定气缸失效的标准有外观功能失效、泄漏量失效、最小工作压力失效和行程时间失效[4]。
金属间隙密封气缸由于其独特结构和特性,ISO国际标准中对失效临界值的规定已经不再适用。具体阈值的选择在寿命试验过程中根据试验数据进行确定。
1.2 金属间隙密封气缸失效影响因素分析
根据气缸失效标准及金属间隙密封气缸的结构特点初步分析,金属间隙密封气缸失效主要影响因素有:
1) 在活塞和缸筒之间混入杂质,产生磨砂效应;
2) 在长期的往复运动中,由于振动等原因,缸筒的形状发生微变;
3) 活塞杆承受径向压力,在运动过程中,活塞发生偏心;
4) 气缸润滑脂在长期的运行过程中消耗,造成密封件的直接磨损。
2 气缸寿命试验介绍
2.1 寿命试验方法
缸径为25mm,行程为50mm的带侧向负载的金属间隙密封气缸水平安装连续做往复运动。气缸试验期间,定期测量气缸性能参数,包括气缸活塞两侧泄漏量、活塞杆压入压出最小工作压力和活塞往返全行程时间。
2.2 试验条件
试验中的初始条件是依据ISO 19973-1中所规定的橡胶密封气缸相关试验的方法,并结合金属间隙密封气缸实际情况来确定的,具体参数见表1[5]。
在试验过程中,试验样本气缸为非可修复样本。
2.3 试验回路介绍
试验装置基本回路包括气源、试验气缸、用于换向的电磁阀和控制气缸速度的流量控制阀组成,如图1所示。
气缸流量测量回路由气源、减压阀、质量流量计、流量调节阀、被测气缸等组成,如图2所示。
气缸最小工作压力测量回路由精密减压阀、压力传感器和被测气缸组成,如图3所示。
气缸行程时间由激光位移传感器进行测量。
这些试验基本回路,构成了气缸寿命试验的试验系统。
2.4 试验装置介绍
1) 试验系统实现
为了进行试验,研制了试验平台,试验台长150cm,宽80cm,高150cm。在试验台上对气缸进行水平测试,为减少实验台在气缸运行过程中的振动,对实验台底部进行加重。为保证气缸连续动作,采用PLC对电磁阀进行换向控制,并进行编程,使其连续运行,试验系统如图4所示。
2) 测量子系统实现
测量子系统由个人计算机、精密减压阀、激光位移传感器、质量流量计、流量控制阀等组成。
2.5 试验数据测量方法
气缸寿命试验主要是对气缸行程时间、泄漏量和最小工作压力测量。
1) 气缸行程时间测量
使用激光位移传感器测量气缸活塞杆运动位移和时间曲线,得出气缸活塞杆在压入压出两个过程中的时间。曲线示意图如图5所示。其中1和3为气缸活塞杆运动过程,2和4过程为电磁阀和PLC的延迟。
2) 最小工作压力测量
根据图3连接最小工作压力测量回路,最小工作压力由精密减压阀和高精度压力传感器测得。测量方法为:先使气缸往返10次,让活塞停在两端极限位置处。缓慢调节精密减压阀,不断增加进气压力,直至活塞杆平稳运行,完成全行程。等待压力传感器示数稳定后,记录测量结果。如果出现较大波动,多次测量取测量结果。
3) 泄漏量测量
根据图2连接泄漏量测量回路,流量调节阀4关闭,缓慢调节减压阀压力为0.5MPa,接入气缸后,缓慢调节流量调节阀,待活塞杆到达顶端,调节流量调节阀直至质量流量计示数不增大时停止,待示数稳定后记录数据。然后关闭流量调节阀,换向测量另一端泄漏量。
3 金属间隙密封气缸失效模式临界值研究
气缸寿命试验运行6个月以来,装置一直运行平稳可靠,获得了大量的试验数据。同时在长期的试验过程中对气缸的运行状况有了初步的认识。
试验至今,8个气缸中有5个气缸性能发生很大变化,这些性能在数据上的表现作为气缸失效判定临界值进行初步探讨的基础。
3.1 气缸泄漏量失效临界值探讨
金属间隙密封气缸具有泄漏量大的特点。通过对试验数据的分析,绘制出其中一个气缸的泄漏量变化趋势图(图6)。
图6中,L/min(标准升每分钟)为标准状态下气体流量单位。从气缸泄漏量变化趋势图可以看出,气缸的泄漏量在一定的时间之后,增大到一定值。经统计,共有3个气缸泄漏量变化趋势与图6类似,其他气缸泄漏量则没有太大变化。所以暂定金属间隙密封气缸的失效临界值为2.2L/min。
3.2 气缸最小工作压力失效临界值
通过对试验数据进行分析,选取最小工作压力变化趋势明显的气缸进行分析。其中一个气缸最小工作压力变化趋势如图7所示,其中两条曲线分别表示气缸往返行程的最小工作压力变化趋势。
从图7可以看出,气缸最小工作压力处于一个动态变化过程,在运行一段时间后有一个突然增加过程。通过对8个气缸进行统计,其中2个气缸最小工作压力数据突变,其他气缸则无太大变化。通过综合分析,把最小工作压力失效临界值初步定为28kPa。
3.3 气缸行程时间失效阈值探讨
金属间隙密封气缸是低摩擦气缸,其加速快,反应灵敏,最高速度可达500mm/s。依据上述方法,对气缸行程时间进行统计分析,对行程时间失效临界值暂定为130ms。
4 总结
1) 本文参照ISO国际标准并依据金属间隙密封气缸的结构特点,研制了一套气缸寿命试验装置,并进行试验。
2) 在经过长时间的寿命试验采集了大量试验数据,并对试验数据分析,绘出了气缸性能变化趋势图,对金属间隙密封气缸失效临界值进行了初步规范,为气缸寿命分析奠定了基础。
参考文献
[1]覃涛,李刚炎.基于实验数据的气缸疲劳寿命预测[J].液压与气动,2010(6):55-57.
[2]孙立军,李峥,张涛.气缸可靠性试验装置的研制[J].液压与气动,2008(8):45-48.
[3]Ma Jungong,ONEYAMA NaotakeT.Test Method of PneumaticCylinder s life[J].The Eighth International Conference on Elec-tronic Measurement and Instruments,2007,544-547.
[4]ISO_FDIS_19973-3.Pneumatic fluid power-Assessment of compo-nent reliability by testing-Part 3:Cylinders with piston mod[S].
防止密封失效 篇7
KDY型外输泵为多级水平中开式离心油泵。近两年来，此类型的泵多次出现机械密封泄漏现象。经多次检修，问题仍然得不到解决。该泵采用单端面、大弹簧、平衡型机械密封，输送介质为原油，介质压力6.4MPa、介质温度≤70℃。
二、机械密封结构和泄漏原因
1. 原机械密封结构
(图1)
2. 密封泄漏原因
(1)机械密封弹簧力不够，端面磨损后得不到补偿。(2)动、静环辅助密封圈太松或太紧，装配时产生卷边。(3)动、静环端面的平面度不够，摩擦副贴合不好。(4)密封面有杂质或者损伤。(5)转子的轴向窜动量过大。(6)密封件老化、变形。(7)密封压盖变形，使密封端面贴合不严。(8)主辅机转子同轴度不好。
结合实际工况和通过对输油工艺参数、机械密封的修理情况，在上述原因中找出泄漏的主要原因为：输量加大、介质流速高，密封腔内的压力增高，单弹簧的稳定性差，导致密封端面贴合不严。辅圈热膨胀系数太大，随温度影响易变松或变紧，使密封失效。
3. 端面比压的校核（计算略）
原密封高、低压端端面比压。高压端0.4247MPa，低压端0.3188MPa。
三、改进措施及维护要点
1. 改进措施
(1)改进后的密封结构(图2)。
(2)改进后密封端面比压(计算略)。高低压端均为0.773MPa。
新改的密封，端面比压大于原机械密封的端面比压。在输送量大、介质流速高且高压运行的泵密封腔内，新密封稳定性好、端面贴合会更紧密。将原先的大弹簧改为小弹簧，因为小弹簧密封受力均匀，可使机械密封结构紧凑，稳定性好。
(3)减小密封端面的宽度，可以减小摩擦热。增加动、静环的厚度，减小变形。
(4)密封圈由原先的V形四氟圈改为橡胶O形圈，V形圈易受温度的影响变松或变紧，在高压下容易损坏唇边，O形圈弹性大，密封效果好。
(5)密封压盖由原先的35号钢改为锻钢，增强压盖刚度，减少变形。
(6)选用整体式结构的动、静环，避免热产生的内应力造成摩擦副变形。静环采用浮动式结构，将原静环的防转销防转方式改为对称的凸耳防转，以增大静环本身强度。在静环的外圆周上开出均匀的半圆槽(深1mm)，让介质以最短的时间充满静环背面的平衡腔，改善其受力情况。
(7)采用有利于对称受力抑制变形的结构形式。对于密封中其他各零件，采用有利于对称受力，抑制变形的结构形式。尽量采用圆弧过渡，避免零件端面面积突变，增大零件截面，提高零件加工精度。
(8)摩擦副材料选用。动、静环的材料选用硬质合金，既要有很高的平面度、表面光洁度和与轴的垂直度，又要求材料具有很高的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温。在高压下，端面摩擦热很高，端面更容易产生热变形。所以，高压机械密封的端面，必须考虑合理的形式，以利于导热、减少温升、平衡作用力、抑制端面变形。
2. 维护要点
(1)清洗冲洗管孔的杂质，使密封腔内得到及时冲洗、冷却，降低端面温度，改善端面的润滑状况。
(2)在密封装配时，各密封部件要清洗干净。认真调整密封弹簧的压缩量，辅圈要仔细装配，不要刮伤。
(3)控制原油的温度和压力，保证密封端面膜的稳定，使端面膜不至于破坏正压与反压的动态平衡关系。
(4)开泵时，应预先暖泵，排放泵内空气，使泵内充满液体，开启时，关出口阀，泵运行稳定后，慢慢开启出口阀，使泵在正常工况状态下运行。
(5)停泵时，先关主线，后关冷却系统。长期停泵，应将泵内介质尽量放空。
四、改进后使用情况
将改进后的密封先后装配到几个泵站，运行平稳，五六月份2号泵连续运转了659h，十月份洪湖站1号泵连续运转了360h，基本上解决了密封泄漏问题。由于生产工艺上的要求，机泵不能采用连续运行6000h的方法，来验证密封的可靠性，故其可靠性，还有待时间的考验。
密封改进后存在两个问题。一是密封压盖加厚了，受到泵体空间的限制，给安装带来不便。二是密封摩擦副的材料强度、刚度、耐磨性都很高，在高压下运行，一旦泵抽空，容易导致动、静环之间碰撞破损或者静环在压盖变形的同时也随之损坏。