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機(jī)械密封從(cóng)失效形式分析故障原因
通(tōng)過對(duì)失效原因的(de)分析，可以提高(gāo)應用機(jī)械密封的(de)技(jì)術水(shuǐ)平。結構設計(jì)上(shàng)的(de)改進，在很(hěn)大程度上(shàng)是源于故障分析。對(duì)分析故障要做到盡可能确切，有(yǒu)時(shí)需要花(huā)費(fèi)時(shí)間(jiān)， 甚至需要使用專門的(de)測試技(jì)術。
一、 熱負荷對(duì)端面材料的(de)損傷
在一個(gè)或兩個(gè)端面上(shàng)出現(xiàn)缺口，這(zhè)種現(xiàn)象說(shuō)明(míng)兩個(gè)端面分開(kāi)的(de)距離太大，而當兩個(gè)端面用力合緊時(shí)，就會産生(shēng)缺口。造成端面分離的(de)常見原因是介質急驟蒸發。例如水(shuǐ)，特别是在熱水(shuǐ)系統或是含凝結水(shuǐ)的(de)液體(tǐ)中，水(shuǐ)蒸發時(shí)膨脹，因而将兩端面分開(kāi)。泵的(de)氣穴現(xiàn)象加上(shàng)密封件(jiàn)的(de)阻塞也可能是使密封端面産生(shēng)缺口的(de)原因。在這(zhè)種情況下(xià)，不是由于振動和(hé)聯軸器(qì)不對(duì)中引起的(de)，因為(wèi)這(zhè)不足以使端面産生(shēng)缺口。
降低(dī)端面溫度是防止介質急劇(jù)蒸發造成端面損壞的(de)常用方法。同時(shí)，采用導熱性好(hǎo)的(de)材料組對(duì)也是有(yǒu)利的(de)，如用鎳基硬質合金(jīn)與浸銅石墨組對(duì)。此外(wài)，采用平衡型機(jī)械密封，或利用特種壓蓋從(cóng)外(wài)部注液冷(lěng)卻，或直接冷(lěng)卻腔內(nèi)的(de)密封等等，對(duì)降低(dī)密封端面的(de)溫度都(dōu)十分有(yǒu)效。
失效的(de)機(jī)械密封，摩擦副端面常會留下(xià)很(hěn)細的(de)徑向裂紋，或者是徑向裂紋兼有(yǒu)水(shuǐ)泡痕，甚至龜裂。這(zhè)是由于密封過熱引起的(de)，特别是陶瓷 、硬質合金(jīn)密封面容易産生(shēng)這(zhè)類損傷。介質潤滑性差、過載 、操作(zuò)溫度髙 、線速度高(gāo) 、配對(duì)材料組合不當等，其中任何一種因素，或者是幾種因素的(de)疊加，都(dōu)可以産生(shēng)過大的(de)摩擦熱，若摩擦熱不能及時(shí)散發，就會産生(shēng)熱裂紋。這(zhè)些細裂紋猶如切削刃一樣，切削碳石墨或其它對(duì)偶件(jiàn)材料，從(cóng)而出現(xiàn)過度磨損和(hé)髙洩漏。解決密封過熱問(wèn)題，除改變端面平衡系數，減少載荷外(wài)，還(hái)可采用靜止型密封并加導流套強制将冷(lěng)卻循環流體(tǐ)導向密封面，或在密封端面上(shàng)開(kāi)流體(tǐ)動力槽來(lái)加以解決。
摩擦端面上(shàng)有(yǒu)許多細小(xiǎo)的(de)熱斑點和(hé)孤立的(de)變色區(qū)，這(zhè)說(shuō)明(míng)密封件(jiàn)在高(gāo)壓和(hé)熱影響下(xià)變形扭曲。對(duì)于端面的(de)熱變形，應采用有(yǒu)限元法計(jì)算(suàn)分析，改進密封環的(de)設計(jì)。
表面噴塗硬質材料的(de)密封環，無論是噴塗陶瓷還(hái)是硬質合金(jīn)，在熱負荷下(xià)其面層都(dōu)有(yǒu)可能在基材上(shàng)起鱗片或剝落。出現(xiàn)這(zhè)種現(xiàn)象，說(shuō)明(míng)密封出現(xiàn)過幹摩擦。為(wèi)消
除這(zhè)一現(xiàn)象，首先應檢查密封的(de)潤滑、冷(lěng)卻是否充分、冷(lěng)卻系統有(yǒu)無堵塞現(xiàn)象，操作(zuò)是否得當，根據實際情況采取相(xiàng)應的(de)對(duì)策。
二、 根據磨損痕迹分析故障原因
磨損痕迹可以反映運動件(jiàn)的(de)運動情況和(hé)磨損情況。每一個(gè)磨損痕迹都(dōu)可以為(wèi)故障分析提供有(yǒu)用線索。例如，摩擦副磨損痕迹均勻正常，各零件(jiàn)的(de)配合良好(hǎo)，這(zhè)就說(shuō)明(míng)機(jī)器(qì)具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)同軸度。如果密封端面仍發生(shēng)洩漏，就可能不是由密封本身(shēn)問(wèn)題引起的(de)。例如，金(jīn)屬波紋管機(jī)械密封的(de)端面磨損痕迹均勻正常，洩漏量為(wèi)常數，這(zhè)就意味着洩漏不是發生(shēng)在兩端面之間(jiān)，有(yǒu)可能發生(shēng)在其他(tā)部位上(shàng)，如固定波紋管的(de)靜密封處等。
當端面出現(xiàn)過寬的(de)磨損，表明(míng)機(jī)器(qì)的(de)同軸度很(hěn)差。轉軸每轉一圈密封件(jiàn)都(dōu)要作(zuò)軸向位移和(hé)徑向擺動，顯然在每一次轉動中，密封端面都(dōu)趨向于産生(shēng)輕微(wēi)的(de)分離和(hé)洩漏。以離心泵為(wèi)例，造成過寬的(de)磨損的(de)原因大緻有(yǒu)：聯軸器(qì)不對(duì)中、泵軸彎曲 、泵軸偏斜 、軸的(de)精度低(dī) 、管線張力過大 、振動等。
引起振動的(de)原因還(hái)有(yǒu)氣穴 、喘振 、水(shuǐ)錘沖擊 、介質流動不平衡等。但(dàn)以聯軸器(qì)對(duì)中不良，軸承運轉精度差引起振動的(de)情況居多。
安裝聯軸器(qì)時(shí)，應測量兩軸中心線位置精度，通(tōng)常是用百分表和(hé)塞尺進行測量，兩聯軸器(qì)外(wài)圓的(de)偏差和(hé)端面間(jiān)隙的(de)偏差測量數值需控制在表12-1所示的(de)範圍內(nèi)。
對(duì)于水(shuǐ)力特性所引起的(de)震動，其有(yǒu)效的(de)補救措施是控制泵的(de)排量在設計(jì)值以下(xià)，減輕泵的(de)氣穴現(xiàn)象。
對(duì)出現(xiàn)的(de)磨損痕迹寬度小(xiǎo)于窄環環面寬度時(shí)，這(zhè)就意味着密封受到過大的(de)壓力 ，使密封面呈現(xiàn)變形。對(duì)此，應從(cóng)密封結構設讓上(shàng)加以解決，采用能承受髙壓的(de)密封結構。
機(jī)械密封運轉一段時(shí)間(jiān)後，若摩擦端面沒有(yǒu)磨損痕迹，表明(míng)密封開(kāi)始使用時(shí)就洩漏，洩漏介質被氧化(huà)并沉積在補償環密封圈附近(jìn)，阻礙了補償環作(zuò)補償位移。這(zhè)種情況是産生(shēng)洩漏的(de)原因。黏度較高(gāo)的(de)高(gāo)溫流體(tǐ)，若不斷地(dì)洩漏，易于出現(xiàn)這(zhè)種情況。
對(duì)橡膠波紋管式密封件(jiàn)，若摩擦副端面沒有(yǒu)磨損痕迹 ，這(zhè)表明(míng)密封端面可能已經壓合在一起，摩擦副間(jiān)無相(xiàng)對(duì)轉動，而是橡膠波紋管相(xiàng)對(duì)于軸旋轉。如果出現(xiàn)這(zhè)種情況，彈簧就會磨損，還(hái)會磨損固定部件(jiàn)和(hé)轉動部件(jiàn)。
有(yǒu)時(shí)，旋轉環相(xiàng)對(duì)于靜止環不旋轉，而相(xiàng)對(duì)于靜環壓蓋旋轉，這(zhè)種情況下(xià)摩擦副端面也不會産生(shēng)磨損痕迹。其原因可能是防轉銷折斷了，或是靜環壓蓋的(de)孔徑小(xiǎo)于密封件(jiàn)的(de)外(wài)徑而安裝不到位所緻。
在密封端面上(shàng)有(yǒu)光(guāng)點而沒有(yǒu)磨痕，這(zhè)表明(míng)端面已産生(shēng)較大的(de)翹曲變形。這(zhè)是由于流體(tǐ)壓力過大，密封環剛度差，以及安裝不良等原因所緻。外(wài)裝式機(jī)械密封，若夾固式非補償環僅用兩個(gè)螺栓固定而靜環壓蓋沒有(yǒu)足夠的(de)厚度，或定位端面不平整，也會出現(xiàn)這(zhè)種現(xiàn)象。
硬質環端面出現(xiàn)較深的(de)溝槽（環狀紋路(lù)，形如密紋唱(chàng)片）。其原因主要是泵的(de)聯軸器(qì)對(duì)中不良，或密封的(de)追随性不好(hǎo)。當振動引起密封端面分離時(shí)，兩者之間(jiān)有(yǒu)較大顆粒物(wù)質入侵，假如顆粒嵌入較軟的(de)碳石墨密封環端面內(nèi)，軟質環就像砂輪一樣磨削硬質端面，造成硬質端面的(de)過度磨損。若是由振動引起端面分離，那(nà)麽傳動銷釘之類的(de)傳動件(jiàn)必然也會出現(xiàn)不正常的(de)磨損痕迹。
在顆粒介質中工(gōng)作(zuò)的(de)機(jī)械密封，對(duì)材料均采用硬質端面，這(zhè)是解決密封端面出現(xiàn)深溝槽的(de)一種有(yǒu)效辦法。例如，硬質合金(jīn)與硬質合金(jīn)或與碳化(huà)矽組對(duì)為(wèi)最佳。因為(wèi)顆粒無法嵌入任何一個(gè)端面，而是被磨碎後從(cóng)兩端面之間(jiān)通(tōng)過。
金(jīn)屬軸套外(wài)圓表面的(de)磨痕，可能是進入套內(nèi)的(de)固體(tǐ)微(wēi)粒造成的(de)，它幹擾密封的(de)追随能力；也可能是軸偏斜，軸與密封腔的(de)同軸度偏差大造成的(de)。
三、 密封失效分析的(de)原則和(hé)方法
對(duì)每一套機(jī)械密封 ，無論以何種原因失效，都(dōu)應進行詳細的(de)分析研究，并記錄有(yǒu)關數據。密封件(jiàn)損壞後，不能局限于從(cóng)被損件(jiàn)上(shàng)查找失效原因。還(hái)應将拆卸下(xià)來(lái)的(de)機(jī)械密封妥善地(dì)收集，清洗幹淨；按靜止和(hé)轉動兩部分分别放(fàng)置，貼上(shàng)标簽，以備檢查和(hé)記錄。
檢查程序是：首先，弄清受損傷的(de)密封件(jiàn)對(duì)密封性能的(de)影響，然後依次對(duì)密封環、傳動件(jiàn) 、加載彈性元件(jiàn) 、輔助密封圈 、防轉機(jī)構 、緊固螺釘等仔細檢查磨損痕迹。對(duì)附屬件(jiàn)、如壓蓋 、軸套 、密封腔體(tǐ)以及密封系統等也應進行全面的(de)檢查。此外(wài)，還(hái)要了解設備的(de)操作(zuò)條件(jiàn)，以及以往密封失效的(de)情況。在此基礎上(shàng)， 進行綜合分析，就會找出産生(shēng)失效的(de)根本原因。
四、 腐蝕對(duì)密封件(jiàn)的(de)危害
化(huà)學腐蝕和(hé)電(diàn)化(huà)學腐蝕對(duì)于機(jī)械密封的(de)使用壽命是一個(gè)嚴重威脅。構成腐蝕的(de)原因錯(cuò)綜複雜(zá)，這(zhè)裏僅就機(jī)械密封件(jiàn)最常見的(de)腐蝕形态以及影響最大的(de)因素進行分析。
1、全面腐蝕與局部腐蝕
全面腐蝕，即零件(jiàn)接觸介質的(de)表面産生(shēng)均勻腐蝕 ，其特征是零件(jiàn)的(de)重量減輕，甚至會全部被腐蝕 、失去(qù)強度 、降低(dī)硬度。如用 1Cr18Ni9Ti不鏽鋼制作(zuò)的(de)多彈簧，用于稀硫酸時(shí)就會出現(xiàn)這(zhè)種情況。
局部腐蝕，可以簡單地(dì)用零件(jiàn)上(shàng)的(de)蝕斑、蝕孔來(lái)判明(míng)。局部腐蝕是零件(jiàn)表面層變得松軟多孔、易于脫落、失去(qù)耐磨強度。局部腐蝕是多相(xiàng)合金(jīn)中的(de)某一相(xiàng)或單相(xiàng)固溶體(tǐ)的(de)某一元素，被介質選擇性溶解的(de)腐蝕形态。例如，钴基硬質合金(jīn)用于高(gāo)溫強堿中時(shí)，粘結相(xiàng)金(jīn)屬钴易被腐蝕，硬質相(xiàng)碳化(huà)鎢骨架失去(qù)強度，在機(jī)械力的(de)作(zuò)用下(xià)産生(shēng)晶粒剝落。又(yòu)如，反應燒結碳化(huà)矽，因遊離矽被腐蝕而表面呈現(xiàn)麻點（pH>10時(shí)）。
腐蝕對(duì)密封件(jiàn)的(de)性
能影響很(hěn)大。由于密封件(jiàn)比主機(jī)的(de)零件(jiàn)小(xiǎo)，而且更精密，通(tōng)常要選用比主機(jī)更耐腐蝕的(de)材料。對(duì)于直接與介質接觸的(de)密封件(jiàn)，雖然可參閱有(yǒu)關腐蝕手冊中的(de)數據選擇适宜的(de)材料，但(dàn)這(zhè)些數據未必與機(jī)械密封系統中的(de)使用條件(jiàn)相(xiàng)符，因為(wèi)它們大多是靜态條件(jiàn)下(xià)單一種介質的(de)腐蝕數據，而工(gōng)藝流程中的(de)介質是多種介質的(de)混合物(wù)。經驗表明(míng)，壓力 、 溫度和(hé)滑動速度都(dōu)能使腐蝕加速。密封件(jiàn)的(de)腐蝕率随溫升呈指數規律增加。
處理(lǐ)強腐蝕流體(tǐ)時(shí)，采用外(wài)裝式或雙端面密封，可以最大限度減輕腐蝕對(duì)密封件(jiàn)的(de)影響，因為(wèi)它與工(gōng)藝流體(tǐ)相(xiàng)接觸的(de)零件(jiàn)數最少。這(zhè)也是在強腐蝕條件(jiàn)下(xià)，選擇密封結構的(de)一條最重要的(de)原則。
2、應力腐蝕
應力腐蝕是金(jīn)屬材料在承受應力狀态下(xià)處于腐蝕環境中所産生(shēng)的(de)腐蝕現(xiàn)象。不論是外(wài)部載荷或殘餘應力，腐蝕都(dōu)會加劇(jù)。容易産生(shēng)應力腐蝕的(de)材料是奧氏體(tǐ)不鏽鋼、銅合金(jīn)等。應力腐蝕的(de)過程一般是在金(jīn)屬表面上(shàng)形成選擇性的(de)腐蝕溝槽，持續産生(shēng)局部腐蝕，最後在應力的(de)作(zuò)用下(xià)，從(cóng)溝槽底部産生(shēng)裂紋。典型的(de)實例是104型機(jī)械密封的(de)傳動套，它的(de)材料為(wèi)1Cr18Ni9Ti，當用于氨水(shuǐ)泵上(shàng)時(shí)，傳動套的(de)傳動耳環最容易出現(xiàn)應力腐蝕裂紋，使耳環損壞。為(wèi)此，将其凹形耳環改為(wèi)實心凸耳，即可防止産生(shēng)這(zhè)種應力腐蝕。
3、磨蝕
密封件(jiàn)與流體(tǐ)間(jiān)的(de)高(gāo)速運動，緻使接觸面上(shàng)發生(shēng)微(wēi)觀凹凸不平。當流體(tǐ)為(wèi)腐蝕性介質時(shí)，将加快密封接觸表面的(de)化(huà)學反應，這(zhè)種反應有(yǒu)時(shí)是有(yǒu)利的(de)，有(yǒu)時(shí)是有(yǒu)害的(de)。如果所形成的(de)氧化(huà)層被破壞，即出現(xiàn)腐蝕。由磨損與磨蝕的(de)交替作(zuò)用而造成材料的(de)破壞稱為(wèi)磨蝕。通(tōng)常磨蝕對(duì)機(jī)械密封的(de)非主要元件(jiàn)如彈簧座、推環、環座等所帶來(lái)的(de)危害還(hái)不緻迅速地(dì)反映出密封性能的(de)變化(huà)，但(dàn)卻是摩擦副失效的(de)主要形态之一。為(wèi)此，在強腐蝕性介質中，摩擦應采用耐腐蝕性能好(hǎo)的(de)材料，如采用 99.5% 的(de)高(gāo)純氧化(huà)鋁陶瓷，或不含遊離矽的(de)熱壓燒結碳化(huà)矽等。
4、間(jiān)隙腐蝕
當介質處于金(jīn)屬與金(jīn)屬或非金(jīn)屬元件(jiàn)之間(jiān)，存在很(hěn)小(xiǎo)的(de)縫隙時(shí)，由于介質呈滞流狀态，會引起縫隙內(nèi)金(jīn)屬的(de)腐蝕加速，這(zhè)種腐蝕形态稱為(wèi)間(jiān)隙腐蝕。例如機(jī)械密封彈簧座與軸之間(jiān)，補償環輔助密封圈與軸之間(jiān)（當然此處還(hái)存在微(wēi)動磨損）岀現(xiàn)的(de)溝槽或蝕點即是典型的(de)例子(zǐ)。究其原因，是由于縫內(nèi)介質處于滞流狀态，使得參加腐蝕反應的(de)物(wù)質難以向縫內(nèi)補充，而縫內(nèi)的(de)腐蝕産物(wù)又(yòu)難以向外(wài)擴散，于是造成縫內(nèi)介質随着腐蝕的(de)進行，在組成的(de)濃度、pH值等方面愈來(lái)愈和(hé)整體(tǐ)介質産生(shēng)很(hěn)大差異，結果便導緻縫內(nèi)金(jīn)屬表面的(de)腐蝕加劇(jù)。間(jiān)隙腐蝕對(duì)密封性能的(de)危害很(hěn)大，密封圈與對(duì)隅軸處産生(shēng)溝槽，将導緻補償環不能作(zuò)軸向位移，失去(qù)追随性，使端面分離而洩漏。對(duì)于間(jiān)隙腐蝕，通(tōng)常可以通(tōng)過正确選材和(hé)合理(lǐ)的(de)結構設計(jì)予以減輕。如選用具有(yǒu)良好(hǎo)的(de)抗間(jiān)隙腐蝕性能的(de)材料，在結構設計(jì)上(shàng)應盡可能避免形成縫隙和(hé)積液死區(qū)；采用自(zì)沖洗方式進行循環，使密封腔內(nèi)的(de)介質處于不斷更換和(hé)流動狀态，防止介質組分的(de)濃度變化(huà)，長(cháng)期停用的(de)機(jī)泵，應将積液及時(shí)排空等等，在結構上(shàng)要完全消除間(jiān)隙是不可能的(de)，因此，一般采用保護性的(de)軸套，在其密封圈安裝部位可噴塗耐腐蝕材料加以防止。
5、電(diàn)化(huà)學腐蝕
實際上(shàng)機(jī)械密封的(de)各種腐蝕形态，或多或少都(dōu)同電(diàn)化(huà)學腐蝕有(yǒu)關。就機(jī)械密封摩擦副而言，常常會受到電(diàn)化(huà)學腐蝕的(de)危害，因為(wèi)摩擦副組常用不同種材料，當它們處于電(diàn)解質溶液中，由于材料固有(yǒu)的(de)電(diàn)位不同，接觸時(shí)就會出現(xiàn)不同材料之間(jiān)的(de)電(diàn)偶效應，即一種材料的(de)腐蝕會受到促進，另一種材料的(de)腐蝕會受到抑制。例如銅與鎳鉻鋼組對(duì)，用于氧化(huà)性介質中時(shí)，鎳鉻鋼發生(shēng)電(diàn)離分解。鹽水(shuǐ)、海(hǎi)水(shuǐ)、稀鹽酸、稀硫酸等都(dōu)是典型電(diàn)解質溶液。密封件(jiàn)易于産生(shēng)電(diàn)化(huà)學腐蝕，因而最好(hǎo)是選擇電(diàn)位相(xiàng)近(jìn)的(de)材料或陶瓷與填充玻璃纖維聚四氟乙烯組。
五、橡膠密封圈的(de)失效
機(jī)械密封用輔助密封圈，釆用合成橡膠0形圈較多。機(jī)械密封失效中約有(yǒu) 30% 是因為(wèi)0形圈失效而引起的(de)。其失效形式表現(xiàn)為(wèi)如下(xià)幾點。
1、老(lǎo)化(huà)
高(gāo)溫及化(huà)學腐蝕通(tōng)常是造成橡膠制品硬化(huà)、産生(shēng)裂紋的(de)主要原因。橡膠老(lǎo)
化(huà)，表現(xiàn)為(wèi)橡膠變硬，強度和(hé)彈性降低(dī)，嚴重時(shí)還(hái)會出現(xiàn)開(kāi)裂，緻使密封性能喪失。
橡膠在儲存保管中，長(cháng)期曝露日(rì)照(zhào)下(xià)，或接觸了臭氧，或儲存時(shí)間(jiān)太長(cháng)，都(dōu)會發生(shēng)老(lǎo)化(huà)，過熱會使橡膠組分分解，甚至碳化(huà)，在高(gāo)溫流體(tǐ)中，橡膠有(yǒu)繼續硫化(huà)的(de)危險，最終失去(qù)彈性而洩漏。所以有(yǒu)必要了解每一種合成橡膠的(de)安全使用溫度。
2、永久變形
橡膠密封件(jiàn)的(de)永久性變形通(tōng)常比其他(tā)材料更嚴重。例如，橡膠O形圈使用中變成方形。密封圈長(cháng)時(shí)間(jiān)處于高(gāo)溫之中，會變成與溝槽一樣的(de)截面形狀，當溫度保持不變，還(hái)可起密封作(zuò)用；但(dàn)溫度降低(dī)後，密封圈便很(hěn)快收縮，形成洩漏通(tōng)道(dào)而産生(shēng)洩漏。因此，應注意各種膠種的(de)使用溫度極限，應避免長(cháng)時(shí)期在極限溫度下(xià)使用。如果不能改變密封運轉條件(jiàn)，則要從(cóng)結構上(shàng)加以改進，以減輕溫度對(duì)橡膠材料的(de)不良影響。例如，盡可能地(dì)選用截面較大的(de)橡膠O形圈，O形圈要遠(yuǎn)離摩擦副端面，适當提高(gāo)O形圈的(de)硬度，采用溝槽式的(de)裝配結構（不用推環擠壓式結構，勿使彈簧力作(zuò)用于O形圈上(shàng)）等等。
3、溶脹變形
合成橡膠在某些介質中會發生(shēng)膨脹、發粘或溶解等現(xiàn)象。因此，應根據工(gōng)作(zuò)介質的(de)性質，利用有(yǒu)關資料的(de)圖表選擇合适的(de)材料。如果對(duì)所輸送的(de)工(gōng)作(zuò)介質的(de)組分不十分清楚 ，就應進行浸漬試驗，以指導合理(lǐ)選材。有(yǒu)些混合溶液可能會侵濁各種合成橡膠這(zhè)時(shí)就需要選用聚四氟乙烯作(zuò)密封圈。
4、扭曲及擠出損傷
補償環矩形槽中的(de)橡膠O形圈，在裝配或使用中産生(shēng)扭轉扭曲。其原因有(yǒu)：O形圈的(de)硬度低(dī)且截面直徑太小(xiǎo)，或者是圓截面直徑不均，工(gōng)作(zuò)壓力波動 ,沖擊振動，以及內(nèi)壓小(xiǎo)且潤滑不良等都(dōu)能使O形圈産生(shēng)扭曲。發生(shēng)扭曲的(de)部位大多數在O形圈的(de)中部。扭曲嚴重時(shí)，該處截面會變細，同時(shí)會出現(xiàn)洩漏量和(hé)摩擦力增大。防止O形圈扭曲的(de)方法有(yǒu)如下(xià)幾點。
① O形圈在安裝前，應在槽內(nèi)塗以潤滑脂，轉軸應光(guāng)潔，保證O形圈滾動自(zì)如。
② 壓縮量應盡量取适宜值，适當放(fàng)寬槽的(de)寬度使O形圈能在槽內(nèi)滾動。
③ 在可選用幾種截面的(de)情況下(xià)， 應優先選用較大截面的(de)O形圈。
④ 改用其他(tā)不發生(shēng)扭曲的(de)密封圈，如X形截面的(de)密封圈。
橡膠O形圈在靜态和(hé)位移運動情況下(xià)， 總是處于壓縮狀态，所以在高(gāo)壓工(gōng)況下(xià)存在擠入間(jiān)隙的(de)傾向。O形圈擠出，即受高(gāo)壓作(zuò)用的(de)O形圈在間(jiān)隙處會産生(shēng)應力集中，當其應力達到一定程度時(shí)，O形圈就會形成一道(dào)飛(fēi)邊嵌入間(jiān)隙之中，導緻O形圈的(de)磨損或啃傷，使密封件(jiàn)過早失效，釀成介質從(cóng)密封圈處洩漏。顯然，造成擠出的(de)原因主要與壓力及密封部位的(de)間(jiān)隙有(yǒu)關 ， 與O形圈材料的(de)硬度也有(yǒu)關。減小(xiǎo)間(jiān)隙雖然能防止擠出，但(dàn)是會降低(dī)密封環的(de)浮動追随特性。所以，在高(gāo)壓工(gōng)況下(xià)。防止橡膠O形圈的(de)擠出措施是在O形圈溝槽中安裝擋圈。尤其對(duì)于小(xiǎo)截面的(de)O形圈一定要增設聚四氟乙烯或聚酰亞胺材質的(de)擋圈。
六、密封驅動件(jiàn)的(de)磨損、斷裂或腐蝕
傳動銷 、傳動螺釘、凸緣 、撥叉甚至單隻的(de)大彈簧都(dōu)能用來(lái)傳遞轉矩 ，驅動密封件(jiàn)旋轉。振動或安裝位置偏斜，不同心等，都(dōu)會使傳動件(jiàn)磨損，彎曲甚至損壞。機(jī)械密封使用的(de)固定螺釘不能用硬化(huà)後的(de)材料制作(zuò)。檢査磨損時(shí)，首先要檢査傳動連接點，可以在銷子(zǐ)、槽口 、 凸緣 、 拔叉上(shàng)尋找磨損痕迹。傳動銷或傳動槽的(de)磨損是由于粘合——滑動作(zuò)用而引起的(de)。如果兩個(gè)端面在瞬時(shí)間(jiān)粘合在一起， 這(zhè)時(shí)由于旋轉環不平滑旋轉，旋轉時(shí)會産生(shēng)跳(tiào)動，傳動銷将承受很(hěn)大的(de)應力。開(kāi)停車頻(pín)繁或受力過大時(shí)，傳動銷也容易折斷，使密封突然失效。潤滑不良也會産生(shēng)粘合——滑動作(zuò)用。
産生(shēng)傳動銷折斷的(de)其它原因還(hái)有(yǒu)：彈簧力過大；介質壓力高(gāo)而采用了非平衡型密封或密封流體(tǐ)潤滑性能很(hěn)差，而使轉矩大；傳動銷裝配傾斜；單隻受力；選擇時(shí)隻考慮了摩擦副材料的(de)耐腐蝕性，而沒有(yǒu)考慮組對(duì)性能；泵的(de)氣穴現(xiàn)象等.
七、 摩擦熱損傷
非正常的(de)摩擦熱損傷也是機(jī)械密封失效的(de)原因之一。軸 （ 或軸套）、壓蓋、密封腔和(hé)密封件(jiàn)都(dōu)會因非正常的(de)過熱而損傷。摩擦熱損傷可以從(cóng)摩擦痕迹和(hé)顔色來(lái)判斷。随着溫升金(jīn)屬要改變顔色，例如不鏽鋼的(de)顔色：淡黃(huáng)色約 370°C 藍(lán)色約 590°C 墨色約 648°C 在一些泵中，出現(xiàn)非正常的(de)過熱原因有(yǒu)：軸的(de)偏斜過大使泵的(de)喉口與軸産生(shēng)摩擦，無定位導向的(de)壓蓋與泵軸（ 或軸套）相(xiàng)摩擦，固定螺釘松脫與密封腔摩擦，壓蓋墊片滑移接觸旋轉環等。
非正常的(de)摩擦所産生(shēng)大量熱完全能熔融聚四氟乙烯 V 形圈或使橡膠O形圈焦化(huà)。
造成非正常的(de)摩擦發熱的(de)原因還(hái)有(yǒu)：無定位導向的(de)壓蓋與泵軸（ 或軸套） 相(xiàng)碰；靜止環發生(shēng)旋轉；密封腔內(nèi)聚結污垢；密封腔與軸不同心等。
八、彈簧或波紋管的(de)失效
在使用中，機(jī)械密封的(de)彈簧或金(jīn)屬波紋管的(de)失效形式有(yǒu)：永久變形、斷裂、腐蝕、蠕變或松弛等。其中，以金(jīn)屬波紋管産生(shēng)永久變形和(hé)斷裂失效的(de)影響因素最為(wèi)複雜(zá)。機(jī)械密封的(de)加載彈性元件(jiàn)大都(dōu)采用圓柱壓縮螺旋彈簧。所以，這(zhè)裏主要是對(duì)圓柱壓縮螺旋彈簧的(de)失效進行分析，原則上(shàng)也适用于其它彈簧或金(jīn)屬波紋管。
1、永久變形
彈簧永久變形是彈簧失效的(de)主要原因之一，彈簧産生(shēng)永久變形，超過允許範圍便将影響密封的(de)正常工(gōng)作(zuò)。
彈簧的(de)永久變形，即彈簧自(zì)由高(gāo)度減小(xiǎo)，在工(gōng)作(zuò)高(gāo)度一定的(de)情況下(xià)，工(gōng)作(zuò)載荷就會減小(xiǎo)。永久變形的(de)原因是彈簧的(de)設計(jì)不合理(lǐ)和(hé)制造工(gōng)藝不完善而出現(xiàn)的(de)失效現(xiàn)象。它與下(xià)列因素有(yǒu)關。
① 在給定的(de)條件(jiàn)下(xià)，影響彈簧永久變形的(de)主要因素是工(gōng)作(zuò)應力。在不同的(de)工(gōng)作(zuò)載荷條件(jiàn)下(xià)，彈簧的(de)永久變形也不同。國(guó)外(wài)資料認為(wèi)，彈簧的(de)工(gōng)作(zuò)應力不應超過其材料的(de) 0.3δb(抗拉強度)。
② 彈簧的(de)永久變形與其直徑有(yǒu)關。密封設計(jì)者往往注意調整彈簧直徑， 以滿足負荷要求，很(hěn)少注意彈簧直徑對(duì)永久變形的(de)影響，其結果很(hěn)可能顧此失彼。減小(xiǎo)彈簧直徑，可以減小(xiǎo)永久變形。
③ 設計(jì)彈簧的(de)自(zì)由高(gāo)度越小(xiǎo)，相(xiàng)對(duì)的(de)永久變形越大。試驗表明(míng)，通(tōng)過增加彈簧的(de)自(zì)由高(gāo)度，可減小(xiǎo)彈簧的(de)永久變形。但(dàn)也應注意，過大的(de)自(zì)由髙度，也可能産生(shēng)彎曲而失穩（小(xiǎo)直徑彈簧） 。
④ 彈簧的(de)永久變形與節距有(yǒu)關。當彈簧的(de)自(zì)由高(gāo)度不變，增加彈簧的(de)節距，減少工(gōng)作(zuò)圈數，則容易産生(shēng)彈簧的(de)永久變形。
⑤ 彈簧的(de)永久變形與彈簧的(de)材料性能 、制造工(gōng)藝，選擇熱處理(lǐ)方法等因素有(yǒu)關。對(duì)彈簧廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，必須加強對(duì)材料性能及加工(gōng)質量的(de)管理(lǐ)。首先是加強進廠(chǎng)材料的(de)質量檢測和(hé)妥善管理(lǐ)，嚴禁不合格的(de)材料進人(rén)生(shēng)産現(xiàn)場(chǎng)。選擇彈簧的(de)加工(gōng)及熱處理(lǐ)工(gōng)藝時(shí)，不僅要遵循一般的(de)原則，還(hái)要考慮永久變形的(de)影響，以提高(gāo)機(jī)械密封彈簧的(de)質量。
彈簧及金(jīn)屬波紋管的(de)永久變形除上(shàng)述因素外(wài)，還(hái)與使用溫度有(yǒu)關，使用溫度必須在材料規定的(de)溫度以內(nèi)。
2、斷裂
彈簧斷裂也是彈簧失效的(de)主要形式之一。根據彈簧的(de)載荷性質、工(gōng)作(zuò)環境、其斷裂形式有(yǒu)疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂及過載斷裂等。
彈簧或金(jīn)屬波紋管疲勞斷裂的(de)原因，多數屬于設計(jì)不當、材料缺陷、制造不良及工(gōng)作(zuò)條件(jiàn)惡劣等因素導緻疲勞裂紋的(de)擴展而造成的(de)。疲勞裂紋往往起源于高(gāo)應力區(qū)。如壓縮彈簧的(de)內(nèi)表面出現(xiàn)了斷口，常與彈簧材料軸線成 45°角方向擴展到外(wài)表面而斷裂，金(jīn)屬波紋管的(de)斷裂常出現(xiàn)在波紋管的(de)波谷處。
焊接金(jīn)屬波紋管，如果由于制造上(shàng)的(de)缺陷，如波片間(jiān)距不等，因而會存在某些波片中産生(shēng)較大的(de)應力，從(cóng)而使這(zhè)些波片産生(shēng)早期破裂。所謂制造上(shàng)的(de)缺陷，是指波片間(jiān)距不勻，波的(de)深度不等以及片厚不一等等。安裝靜止型金(jīn)屬波紋管機(jī)械密封時(shí)，有(yǒu)可能由于壓蓋與支承點連接時(shí)呈傾斜狀态面産生(shēng)缺陷。這(zhè)種缺陷亦會在波片內(nèi)産生(shēng)應力 ， 從(cóng)而出現(xiàn)斷裂。
在許多情況下(xià)，焊接金(jīn)屬波紋管周期伸縮運動的(de)頻(pín)率和(hé)密封裝置的(de)固有(yǒu)頻(pín)率相(xiàng)等時(shí)則可能發生(shēng)共振，産生(shēng)較大的(de)應力而導緻早期疲勞斷裂。在焊接金(jīn)屬波紋管密封裝置內(nèi)可能産生(shēng)兩種形式的(de)振動，軸向振動和(hé)扭轉振動。軸向振動是由軸的(de)軸向竄動産生(shēng)的(de)，扭轉振動通(tōng)常是由摩擦副之間(jiān)的(de)摩擦力産生(shēng)的(de)。摩擦力趨向于繞緊波紋管，直至摩擦力小(xiǎo)于波紋管內(nèi)的(de)繞緊力為(wèi)止。此後，該力自(zì)身(shēn)釋放(fàng)。如此重複自(zì)行循環。這(zhè)種扭轉振動自(zì)行轉變成軸向振動 ，當兩鄰近(jìn)的(de)波片焊球相(xiàng)互碰撞時(shí)，振動減弱，振幅減小(xiǎo)，如此重複自(zì)行循環。
為(wèi)了防止産生(shēng)共振，密封的(de)固有(yǒu)頻(pín)率應設計(jì)得比主振動頻(pín)率大一些（通(tōng)過改變材料、片厚、片數、間(jiān)距、安裝長(cháng)度），或利用不對(duì)稱型波形以及采用撥叉來(lái)傳遞轉矩。此外(wài)，采用各種阻尼方法也可消除振動，如使用一阻尼片裝在波紋管的(de)周圍，産生(shēng)輕微(wēi)的(de)彈性載荷，從(cóng)而保證與波紋管相(xiàng)接觸，在振幅形成前就減弱振動，減振片就把波紋管的(de)動能導出。
在介質侵蝕和(hé)材料應力的(de)作(zuò)用下(xià)，彈簧和(hé)金(jīn)屬波紋管會發生(shēng)斷裂現(xiàn)象， 稱為(wèi)應力腐蝕斷裂。奧氏體(tǐ)鋼彈簧在交變應力作(zuò)用下(xià)易受氧化(huà)物(wù)的(de)應力腐蝕， 對(duì)此，推薦使用哈氏合金(jīn)。
在腐蝕性介質中工(gōng)作(zuò)的(de)彈簧和(hé)波紋管，在其截面的(de)應力區(qū)域，由于腐蝕與應力共同作(zuò)用在元件(jiàn)的(de)某些薄弱處，首先被腐蝕，形成裂紋核心，随着承載時(shí)間(jiān)的(de)延長(cháng)，裂紋緩慢(màn)地(dì)向亞臨界擴展。當裂紋達到臨界尺寸時(shí)，其彈性元件(jiàn)便突然斷裂。應力腐蝕斷裂與工(gōng)作(zuò)介質有(yǒu)着密切的(de)關系，如介質中含有(yǒu)氯 、溴或氟時(shí)，金(jīn)屬彈性元件(jiàn)易發生(shēng)應力腐蝕斷裂。應力腐蝕斷裂，從(cóng)機(jī)理(lǐ)上(shàng)來(lái)講是陽極反應，而氫脆斷裂則主要是陰極反應。在多數情況下(xià)，彈簧的(de)氫脆斷裂，即氫原子(zǐ)滲入彈簧材料的(de)晶界，并結合成氫分子(zǐ)，從(cóng)而産生(shēng)很(hěn)大的(de)應力，結果導緻彈簧在低(dī)應力載荷下(xià)發生(shēng)脆性斷裂。氫脆斷裂通(tōng)常發生(shēng)在45°~90°的(de)彎曲角度的(de)範圍內(nèi)。如将已變脆的(de)彈簧圈夾在虎鉗上(shàng)，用鉗子(zǐ)夾緊外(wài)伸部分并用力彎曲，即可輕易地(dì)将彈簧折斷成二或三段。若是其它原因引起的(de)斷裂，則會發現(xiàn)，彈簧材料仍保持足夠的(de)韌性。在海(hǎi)水(shuǐ)、硫化(huà)物(wù)、硫酸 、硫酸鹽、苛性堿 、液氨以及含氫氣的(de)介質中，由于化(huà)學反應所産生(shēng)的(de)氫氣為(wèi)彈簧材料所吸收，從(cóng)而造成的(de)脆性斷裂。
彈簧或波紋管的(de)斷裂破壞除上(shàng)述因素外(wài)，還(hái)有(yǒu)以下(xià)原因。
① 熱處理(lǐ)缺陷。由于熱處理(lǐ)工(gōng)藝不當而使材料隐含內(nèi)部缺陷。如熱處理(lǐ)造成彈簧材質的(de)晶粒粗大，盡管得到了需要的(de)硬度，但(dàn)在使用中很(hěn)快發生(shēng)變形最終斷裂。
② 工(gōng)具造成的(de)傷痕。彈簧制造過程中，特别是帶鈎彈簧的(de)彎鈎，往往由于制造工(gōng)藝不當造成傷痕而出現(xiàn)應力集中區(qū)，緻使彎鈎斷裂。
由此可見，防止斷裂破壞的(de)措施，除了在設計(jì)時(shí)根據彈簧的(de)工(gōng)作(zuò)條件(jiàn)，選擇适宜的(de)材料，确定恰當的(de)應力值外(wài)，在制造過程中采取合适的(de)加工(gōng)工(gōng)藝方法，也是十分必要的(de)。
