第三節(jié)  從失效形式分析故障原因
 

　　通過對(duì)失效原因的分析，可以提高應(yīng)用機(jī)械密封的技術(shù)水平。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，在很大程度上是源于故障分析。對(duì)分析故障要做到盡可能確切，有時(shí)需要花費(fèi)時(shí)間，甚至需要使用專門的測(cè)試技術(shù)。
 

　　一、密封失效分析的原則和方法
 

　　對(duì)每一套機(jī)械密封，無論以何種原因失效，都應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。密封件損壞后，不能局限于從被損件上查找失效原因。還應(yīng)將拆卸下來的機(jī)械密封妥善地收集，清洗干凈；按靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩部分分別放置，貼上標(biāo)簽，以備檢查和記錄。
 

　　檢查程序是；首先，弄清受損傷的密封件對(duì)密封性能的影響，然后依次對(duì)密封環(huán)、傳動(dòng)件、加載彈性元件、輔助密封圈、防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、緊固螺釘?shù)茸屑?xì)檢查磨損痕跡。對(duì)附屬件、如壓蓋、軸套、密封腔體以及密封系統(tǒng)等也應(yīng)進(jìn)行全面的檢查。此外，還要了解設(shè)備的操作條件，以及以往密封失效的情況。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合分析，就會(huì)找出產(chǎn)生失效的根本原因。
 

　　二、根據(jù)磨損痕跡分析故障原因
 

　　磨損痕跡可以反映運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)情況和磨損情況。每一個(gè)磨損痕跡都可以為故障分析提供有用線索。例如，摩擦副磨損痕跡均勻正常，各零件的配合良好，這就說明機(jī)器具有良好的同軸度。如果密封端面仍發(fā)生泄漏，就可能不是由密封本身問題引起的。例如，金屬波紋管機(jī)械密封的端面磨損痕跡均勻正常，泄漏量為常數(shù)，這就意味著泄漏不是發(fā)生在兩端面之間，有可能發(fā)生在其它部位上，如固定波紋管的靜密封處等。
 

　　當(dāng)端面出現(xiàn)過寬的磨損，表明機(jī)器的同軸度很差。轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈密封件都要作軸向位移和徑向擺動(dòng)，顯然在每一次轉(zhuǎn)動(dòng)中，密封端面都趨向于產(chǎn)生輕微的分離和泄漏。以離心泵為例，造成過寬的磨損的原因大致有：聯(lián)軸器不對(duì)中、泵軸彎曲、泵軸偏斜、軸的精度低、管線張力過大、振動(dòng)等。
 

　　引起振動(dòng)的原因還有氣穴、喘振、水錘沖擊、介質(zhì)流動(dòng)不平衡等。但以聯(lián)軸器對(duì)中不良，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度差引起振動(dòng)的情況居多。
 

　　安裝聯(lián)軸器時(shí)，應(yīng)測(cè)量兩軸中心線位置精度，通常是用百分表和塞尺進(jìn)行測(cè)量，兩聯(lián)軸器外圓的偏差和端面間隙的偏差測(cè)量數(shù)值需控制在表12-1所示的范圍內(nèi)。
 

　　表12-1  聯(lián)軸器安裝允差(mm)
 

　　對(duì)于水力特性所引起的震動(dòng)，其有效的補(bǔ)救措施是控制泵的排量在設(shè)計(jì)值以下，減輕泵的氣穴現(xiàn)象。
 

　　對(duì)出現(xiàn)的磨損痕跡寬度小于窄環(huán)環(huán)面寬度時(shí)，這就意味著密封受到過大的壓力，使密封面呈現(xiàn)變形。對(duì)此，應(yīng)從密封結(jié)構(gòu)設(shè)讓上加以解決，采用能承受高壓的密封結(jié)構(gòu)。
 

　　機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，若摩擦端面沒有磨損痕跡，表明密封開始使用時(shí)就泄漏，泄漏介質(zhì)被氧化并沉積在補(bǔ)償環(huán)密封圈附近，阻礙了補(bǔ)償環(huán)作補(bǔ)償位移。這種情況是產(chǎn)生泄漏的原因。粘度較高的高溫流體，若不斷地泄漏，易于出現(xiàn)這種情況。
 

　　對(duì)橡膠波紋管式密封件，若摩擦副端面沒有磨損痕跡，這表明密封端面可能已經(jīng)壓合在一起，摩擦副間無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而是橡膠波紋管相對(duì)于軸旋轉(zhuǎn)。如果出現(xiàn)這種情況，彈簧就會(huì)磨損，還會(huì)磨損固定部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件。
 

　　有時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)相對(duì)于靜止環(huán)不旋轉(zhuǎn)，而相對(duì)于靜環(huán)壓蓋旋轉(zhuǎn)，這種情況下摩擦副端面也不會(huì)產(chǎn)生磨損痕跡。其原因可能是防轉(zhuǎn)銷折斷了，或是靜環(huán)壓蓋的孔徑小于密封件的外徑而安裝不到位所致。
 

　　在密封端面上有光點(diǎn)而沒有磨痕，這表明端面已產(chǎn)生較大的翹曲變形。這是由于流體壓力過大，密封環(huán)剛度差，以及安裝不良等原因所至。外裝式機(jī)械密封，若夾固式非補(bǔ)償環(huán)僅用兩個(gè)螺栓固定而靜環(huán)壓蓋沒有足夠的厚度，或定位端面不平整，也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
 

　　硬質(zhì)環(huán)端面出現(xiàn)較深的溝槽(環(huán)狀紋路，形如密紋唱片)。其原因主要是泵的聯(lián)軸器對(duì)中不良，或密封的追隨性不好。當(dāng)振動(dòng)引起密封端面分離時(shí)，兩者之間有較大顆粒物質(zhì)入侵，假如顆粒嵌入較軟的碳石墨密封環(huán)端面內(nèi)，軟質(zhì)環(huán)就象砂輪一樣磨削硬質(zhì)端面，造成硬質(zhì)端面的過度磨損。若是由振動(dòng)引起端面分離，那么傳動(dòng)銷釘之類的傳動(dòng)件必然也會(huì)出現(xiàn)不正常的磨損痕跡。
 

　　在顆粒介質(zhì)中工作的機(jī)械密封，組對(duì)材料均采用硬質(zhì)端面，這是解決密封端面出現(xiàn)深溝槽的一種有效辦法。例如，硬質(zhì)合金與硬質(zhì)合金或與碳化硅組對(duì)為最佳。因?yàn)轭w粒無法嵌入任何一個(gè)端面，而是被磨碎后從兩端面之間通過。
 

　　金屬軸套外圓表面的磨痕，可能是進(jìn)入套內(nèi)的固體微粒造成的，它干擾密封的追隨能力；也可能是軸偏斜，軸與密封腔的同軸度偏差大造成的。
 

　　三、熱負(fù)荷對(duì)端面材料的損傷
 

　　在一個(gè)或兩個(gè)端面上出現(xiàn)缺口，這種現(xiàn)象說明兩個(gè)端面分開的距離太大，而當(dāng)兩個(gè)端面用力合緊時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生缺口。造成端面分離的常見原因是介質(zhì)急驟蒸發(fā)。例如：水，特別是在熱水系統(tǒng)或是含凝結(jié)水的液體中，水蒸發(fā)時(shí)膨脹，因而將兩端面分開。泵的氣穴現(xiàn)象加上密封件的阻塞也可能是使密封端面產(chǎn)生缺口的原因。在這種情況下，不是由于振動(dòng)和聯(lián)軸器不對(duì)中引起的，因?yàn)檫@不足以使端面產(chǎn)生缺口。
 

　　降低端面溫度是防止介質(zhì)急劇蒸發(fā)造成端面損壞的常用方法。同時(shí)，采用導(dǎo)熱性好的材料組對(duì)也是有利的，如用鎳基硬質(zhì)合金與浸銅石墨組對(duì)。此外，采用平衡型機(jī)械密封，或利用特種壓蓋從外部注液冷卻，或直接冷卻腔內(nèi)的密封，等等，對(duì)降低密封端面的溫度都十分有效。
 

　　失效的機(jī)械密封，摩擦副端面常會(huì)留下很細(xì)的徑向裂紋，或者是徑向裂紋兼有水泡痕，甚至龜裂。這是由于密封過熱引起的，特別是陶瓷、硬質(zhì)合金密封面容易產(chǎn)生這類損傷。介質(zhì)潤滑性差、過載、操作溫度高、線速度高、配對(duì)材料組合不當(dāng)?shù)?，其中任何一種因素，或者是幾種因素的疊加，都可以產(chǎn)生過大的摩擦熱，若摩擦熱不能及時(shí)散發(fā)，就會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。這些細(xì)裂紋猶如切削刃一樣，切削碳石墨或其它對(duì)偶件材料，從而出現(xiàn)過度磨損和高泄漏。解決密封過熱問題，除改變端面平衡系數(shù)，減少載荷外，還可采用靜止型密封并加導(dǎo)流套強(qiáng)制將冷卻循環(huán)流體導(dǎo)向密封面，或在密封端面上開流體動(dòng)力槽來加以解決。
 

　　摩擦端面上有許多細(xì)小的熱斑點(diǎn)和孤立的變色區(qū)，這說明密封件在高壓和熱影響下變形扭曲。對(duì)于端面的熱變形，應(yīng)采用有限元法計(jì)算分析，改進(jìn)密封環(huán)的設(shè)計(jì)。
 

　　表面噴涂硬質(zhì)材料的密封環(huán)，無論是噴涂陶瓷還是硬質(zhì)合金，在熱負(fù)荷下其面層都有可能在基材上起鱗片或剝落。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，說明密封出現(xiàn)過干摩擦。為消除這一現(xiàn)象，首先應(yīng)檢查密封的潤滑、冷卻是否充分、冷卻系統(tǒng)有無堵塞現(xiàn)象，操作是否得當(dāng)，根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的對(duì)策。
 

　　四、腐蝕對(duì)密封件的危害
 

　　化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕對(duì)于機(jī)械密封的使用壽命是一個(gè)嚴(yán)重威脅。構(gòu)成腐蝕的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，這里僅就機(jī)械密封件最常見的腐蝕形態(tài)以及影響最大的因素進(jìn)行分析。
 

　　1.全面腐蝕與局部腐蝕全面腐蝕，即零件接觸介質(zhì)的表面產(chǎn)生均勻腐蝕，其特征是零件的重量減輕。甚至?xí)勘桓g、失去強(qiáng)度、降低硬度。如用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制作的多彈簧，用于稀硫酸時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情況。局部腐蝕，可以簡(jiǎn)單地用零件上的蝕斑，蝕孔來判明。局部腐蝕是零件表面層變得松軟多孔、易于脫落、失去耐磨強(qiáng)度。局部腐蝕是多相合金中的某一相或單相固溶體的某一元素，被介質(zhì)選擇性溶解的腐蝕形態(tài)。例如，鈷基硬質(zhì)合金用于高溫強(qiáng)堿中時(shí)，粘結(jié)相金屬鈷易被腐蝕，硬質(zhì)相碳化鎢骨架失去強(qiáng)度，在機(jī)械力的作用下產(chǎn)生晶粒剝落。又如，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅，因游離硅被腐蝕而表面呈現(xiàn)麻點(diǎn)( pH>10時(shí))。
 

　　腐蝕對(duì)密封件的性能影響很大。由于密封件比主機(jī)的零件小，而且更精密，通常要選用比主機(jī)更耐腐蝕的材料。對(duì)于直接與介質(zhì)接觸的密封件，雖然可參閱有關(guān)腐蝕手冊(cè)中的數(shù)據(jù)選擇適宜的材料。但這些數(shù)據(jù)未必與機(jī)械密封系統(tǒng)中的使用條件相符，因?yàn)樗鼈兇蠖嗍庆o態(tài)條件下單一種介質(zhì)的腐蝕數(shù)據(jù)，而工藝流程中的介質(zhì)是多種介質(zhì)的混合物。經(jīng)驗(yàn)表明壓力、溫度和滑動(dòng)速度都能使腐蝕加速。密封件的腐蝕率隨溫 升呈指數(shù)規(guī)律增加。
 

　　處理強(qiáng)腐蝕流體時(shí)，采用外裝式或雙端面密封，可以最大限度減輕腐蝕對(duì)密封件的影響，因?yàn)樗c工藝流體相接觸的零件數(shù)最少。這也是在強(qiáng)腐蝕條件下，選擇密封結(jié)構(gòu)的一條最重要的原則。
 

　　2.應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕是金屬材料在承受應(yīng)力狀態(tài)下處于腐蝕環(huán)境中所產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象。不論是外部載荷或殘余應(yīng)力，腐蝕都會(huì)加劇。容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料是奧氏體不銹鋼、銅合金等。應(yīng)力腐蝕的過程一般是在金屬表面上形成選擇性的腐蝕溝槽，持續(xù)產(chǎn)生局部腐蝕，最后在應(yīng)力的作用下，從溝槽底部產(chǎn)生裂紋。典型的實(shí)例是104型機(jī)械密封的傳動(dòng)套，它的材料為1Cr18Ni9Ti，當(dāng)用于氨水泵上時(shí)，傳動(dòng)套的傳動(dòng)耳環(huán)最容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，使耳環(huán)損壞。為此，將其凹形耳環(huán)改為實(shí)心凸耳，即可防止產(chǎn)生這種應(yīng)力腐蝕。
 

　　3.磨蝕  密封件與流體間的高速運(yùn)動(dòng)，致使接觸面上發(fā)生微觀凹凸不平。當(dāng)流體為腐蝕性介質(zhì)時(shí)，將加快密封接觸表面的化學(xué)反應(yīng)，這種反應(yīng)有時(shí)是有利的，有時(shí)是有害的。如果所形成的氧化層被破壞，即出現(xiàn)腐蝕。由磨損與磨蝕的交替作用而造成材料的破壞稱為磨蝕。通常磨蝕對(duì)機(jī)械密封的非主要元件如彈簧座、推環(huán)、環(huán)座等所帶來的危害還不致迅速地反應(yīng)出密封性能的變化，但卻是摩擦副失效的主要形態(tài)之一。為此，在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中，摩擦副應(yīng)采用耐腐蝕性能好的材料，如采用99.5%的高純氧化鋁陶瓷，或不含游離硅的熱壓燒結(jié)碳化硅等。
 

　　4.間隙腐蝕  當(dāng)介質(zhì)處于金屬與金屬或非金屬元件之間，存在很小的縫隙時(shí)，由于介質(zhì)呈滯流狀態(tài)，會(huì)引起縫隙內(nèi)金屬的腐蝕加速，這種腐蝕形態(tài)稱為間隙腐蝕。例如機(jī)械密封彈簧座與軸之間，補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈與軸之間(當(dāng)然此處還存在微動(dòng)磨損)出現(xiàn)的溝槽或蝕點(diǎn)即是典型的例子。究其原因，是由于縫內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，使得參加腐蝕反應(yīng)的物質(zhì)難以向縫內(nèi)補(bǔ)充，而縫內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物又難以向外擴(kuò)散，于是造成縫內(nèi)介質(zhì)隨著腐蝕的進(jìn)行，在組成的濃度、pH值等方面愈來愈和整體介質(zhì)產(chǎn)生很大差異，結(jié)果便導(dǎo)致縫內(nèi)金屬表面的腐蝕加劇。間隙腐蝕對(duì)密封性能的危害很大，密封圈與對(duì)隅軸處產(chǎn)生溝槽，將導(dǎo)致補(bǔ)償環(huán)不能作軸向位移，失去追隨性，使端面分離而泄漏。對(duì)于間隙腐蝕，通?？梢酝ㄟ^正確選材和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以減輕。如選用具有良好的抗間隙腐蝕性能的材料，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能避免形成縫隙和積液死區(qū)；采用自沖洗方式進(jìn)行循環(huán)，使密封腔內(nèi)的介質(zhì)處于不斷更換和流動(dòng)狀態(tài)，防止介質(zhì)組分的濃度變化，長期停用的機(jī)泵，應(yīng)將積液及時(shí)排空等等。在結(jié)構(gòu)上要消除間隙是不可能的，因此，一般采用保護(hù)性的軸套，在其密封圈安裝部位可噴涂耐腐蝕材料加以防止。
 

　　5.電化學(xué)腐蝕  實(shí)際上，機(jī)械密封的各種腐蝕形態(tài)，或多或少都同電化學(xué)腐蝕有關(guān)。就機(jī)械密封摩擦副而育，常常會(huì)受到電化學(xué)腐蝕的危害，因?yàn)槟Σ粮苯M對(duì)常用不同種材料，當(dāng)它們處于電解質(zhì)溶液中，由于材料固有的腐蝕電位不同，接觸時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不同材料之間的電偶效應(yīng)，即一種材料的腐蝕會(huì)受到促進(jìn)，另一種材料的腐蝕會(huì)受到抑制。例如銅與鎳鉻鋼組對(duì)，用于氧化性介質(zhì)中時(shí)，鎳鉻鋼發(fā)生電離分解。鹽水，海水，稀硫酸等都是典型電解質(zhì)溶液。密封件易于產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，因而最好是選擇電位相近的材料或陶瓷與填充玻璃纖維聚四氟乙烯組對(duì)。
 

　　五、橡膠密封圈的失效
 

　　機(jī)械密封用輔助密封圈，以采用合成橡膠O形圈較多。機(jī)械密封失效中約有30%是因?yàn)镺形圈失效而引起的。其失效表現(xiàn)如下：
 

　　1.老化  高溫及化學(xué)腐蝕通常是造成橡膠制品硬化、產(chǎn)生裂紋的主要原因。橡膠老化，表現(xiàn)為橡膠變硬，強(qiáng)度和彈性降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)開裂，致使密封性能喪失。
 

　　橡膠在儲(chǔ)存保管中，長期曝露日照下，或接觸了臭氧，或儲(chǔ)存時(shí)間太長，都會(huì)發(fā)生老化，過熱會(huì)使橡膠組分分解，甚至碳化。在高溫流體中，橡膠有繼續(xù)硫化的危險(xiǎn)，最終失去彈性而泄漏。所以有必要了解每一種合成橡膠的安全使用溫度。
 

　　2.變形  橡膠密封件的性變形通常比其它材料更嚴(yán)重。例如，橡膠O形圈使用中變成方形。密封圈長時(shí)間處于高溫之中，會(huì)變成與溝槽一樣的形狀，當(dāng)溫度保持不變，還可起密封作用；但溫度降低后，密封圈便很快收縮，形成泄漏通道而產(chǎn)生泄漏。因此，應(yīng)注意各種膠種的使用溫度極限，應(yīng)避免長時(shí)期在極限溫度下使用。如果不能改變密封運(yùn)轉(zhuǎn)條件，則要從結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，以減輕溫度對(duì)橡膠材料的不良影響。例如，盡可能地選用截面較大的橡膠O形圈、O形圈要遠(yuǎn)離摩擦副端面、適當(dāng)提高O形圈的硬度、采用溝槽式的裝配結(jié)構(gòu)(不用推環(huán)擠壓式結(jié)構(gòu)，勿使彈簧力作用于O形圈上)等等。
 

　　3.溶脹變形  合成橡膠在某些介質(zhì)中會(huì)發(fā)生膨脹、發(fā)粘或溶解等現(xiàn)象。因此，應(yīng)根據(jù)工作介質(zhì)的性質(zhì)，利用有關(guān)資料的圖表選擇合適的材料。如果對(duì)所輸送的工作介質(zhì)的組分不十分清楚，就應(yīng)進(jìn)行浸漬試驗(yàn)，以指導(dǎo)合理選材。有些混合溶液可能會(huì)侵蝕各種合成橡膠，這時(shí)就需要選用聚四氟乙烯作密封圈。
 

　　4.扭曲及擠出損傷補(bǔ)償環(huán)矩形槽中的橡膠O形圈，在裝配或使用中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)扭扭曲。其原因有：O形圈的硬度低且截面直徑太小，或者是圓截面直徑不均，工作壓力波動(dòng)，沖擊振動(dòng)，以及內(nèi)壓小且潤滑不良等都能使O形圈產(chǎn)生扭曲。發(fā)生扭曲的部位大多數(shù)在O形圈的中部。扭曲嚴(yán)重時(shí)，該處截面會(huì)變細(xì)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)泄漏量和摩擦力增大。防止O形圈扭曲的方法如下：
 

　　(1)O形圈在安裝前，應(yīng)在槽內(nèi)涂以潤滑脂，轉(zhuǎn)軸應(yīng)光潔，保證O形圈滾動(dòng)自如。
 

　　(2)壓縮量應(yīng)盡量取適宜值，適當(dāng)放寬槽的寬度使O形圈能在槽內(nèi)滾動(dòng)。
 

　　(3)在可選用幾種截面的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用較大截面的O形圈。
 

　　(4)改用其它不發(fā)生扭曲的密封圈，如X形截面的密封圈。
 

　　橡膠O形圈在靜態(tài)和位移運(yùn)動(dòng)情況下，總是處于壓縮狀態(tài)，所以在高壓工況下存在擠入間隙的傾向。O形圈擠出，即受高壓作用的O形圈在間隙處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)其應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，O形圈就會(huì)形成一道飛邊嵌入間隙之中，導(dǎo)致O形圈的磨損或啃傷，使密封件過早失效，釀成介質(zhì)從密封圈處泄漏，顯然，造成擠出的原因主要與壓力及密封部位妁間隙有關(guān)，與O形圈材料的硬度也有關(guān)。減小間隙雖然能防止擠出，但是會(huì)降低密封環(huán)的浮動(dòng)追隨特性。所以，在高壓工況下。防止橡膠O形圈的擠出措施是在O形圈溝槽中安裝擋圈。尤其對(duì)于小截面的O形圈一定要增設(shè)聚四氟乙烯或聚酰亞胺材質(zhì)的檔圈。
 

　　六、彈簧或波紋管的失效
 

　　在使用中，機(jī)械密封的彈簧或金屬波紋管的失效形式有。變形、斷裂、腐蝕，蠕變或松弛等。其中，以金屬波紋管產(chǎn)生變形和斷裂失效的影響因素最為復(fù)雜。機(jī)械密封的加載彈性元件大都采用圓柱壓縮螺旋彈簧。所以，這里主要是對(duì)圓柱壓縮螺旋彈簧的失效進(jìn)行分析，原則上也適用于其它彈簧或金屬波紋管。
 

　　1.變形  彈簧變形是彈簧失效的主要原因之一，彈簧產(chǎn)生變形，超過允許范圍便將影響密封的正常工作。
 

　　彈簧的變形，即彈簧自由高度減小，在工作高度一定的情況下，工作載荷就會(huì)減小。變形的原因是彈簧的設(shè)計(jì)不合理和制造工藝不完善而出現(xiàn)的失效現(xiàn)象。它與下列因素有關(guān)。
 

　　(1)在給定的條件下，影響彈簧變形的主要因素是工作應(yīng)力。在不同的工作載荷條件下，彈簧的變形也不同。國外資料認(rèn)為，彈簧的工作應(yīng)力不應(yīng)超過其材料的0.3δb(抗拉強(qiáng)度)。
 

　　(2)彈簧的變形與其直徑有關(guān)。密封設(shè)計(jì)者往往注意調(diào)整彈簧直徑，以滿足負(fù)荷要求，很少注意彈簧直徑對(duì)變形的影響，其結(jié)果很可能顧此失彼。減小彈簧直徑，可以減小變形。
 

　　(3)設(shè)計(jì)彈簧的自由高度越小，相對(duì)的變形越大。試驗(yàn)表明，通過增加彈簧的自由高度，可減小彈簧的變形。但也應(yīng)注意，過大的自由高度，也可能產(chǎn)生彎曲而失穩(wěn)(小直徑彈簧)。
 

　　(4)彈黃的變形與節(jié)距有關(guān)。當(dāng)彈簧的自由高度不變，增加彈簧的節(jié)距，減少工作圈數(shù)，則可以減小彈簧的變形。
 

　　(5)彈簧的變形與彈簧的材料性能、制造工藝(卷簧或磨簧)，選擇熱處理方法等因素有關(guān)。對(duì)彈簧廠來說，必須加強(qiáng)對(duì)材料性能及加工質(zhì)量的管理。首先是加強(qiáng)進(jìn)廠材料的質(zhì)量檢測(cè)和妥善管理，嚴(yán)禁不合格的材料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。選擇彈簧的加工及熱處理工藝時(shí)，不僅要遵循一般的原則，還要考慮變形的影響，以提高機(jī)械密封彈簧的質(zhì)量。
 

　　彈簧及金屬波紋管的變形除上述因素外，還與使用溫度有關(guān)，使用溫度必須在材料規(guī)定的溫度以內(nèi)。
 

　　2.斷裂  彈簧斷裂也是彈簧失效的主要形式之一。根據(jù)彈簧的載荷性質(zhì)、工作環(huán)境、其斷裂形式有：疲勞斷裂，應(yīng)力一腐蝕斷裂及過載斷裂等。
 

　　彈簧或金屬波紋管疲勞斷裂的原因，多數(shù)屬于設(shè)計(jì)不當(dāng)、材料缺陷、制造不良及工作條件惡劣等因素導(dǎo)致疲勞裂紋的擴(kuò)展而造成的。疲勞裂紋往往起源于高應(yīng)力區(qū)。如壓縮彈簧的
 

　　內(nèi)表面出現(xiàn)了斷口，常與彈簧材料軸線成45°角方向擴(kuò)展到外表面而斷裂，金屬波紋管的斷裂常出現(xiàn)在波紋管的波谷處。
 

　　焊接金屬波紋管，如果由于制造上的缺陷，如波片間距不等，因而會(huì)存某些波片中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而使這些波片產(chǎn)生早期破裂。所謂制造上的缺陷，是指波片間距不勻，波的深度不等以及片厚不一等等。安裝靜止型金屬波紋管機(jī)械密封時(shí)，有可能由于壓蓋與支承點(diǎn)連接時(shí)呈傾斜狀態(tài)面產(chǎn)生缺陷。這種缺陷亦會(huì)在波片內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，從而出現(xiàn)斷裂。
 

　　在許多情況下，焊接金屬波紋管周期伸縮運(yùn)動(dòng)的頻率和密封裝置的固有頻率相等時(shí)則可能發(fā)生共振，產(chǎn)生較大的應(yīng)力而導(dǎo)致早期疲勞斷裂。在焊接金屬波紋管密封裝置內(nèi)可能產(chǎn)生兩種形式的振動(dòng)，軸向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。軸向振動(dòng)是由軸的軸向竄動(dòng)產(chǎn)生的，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)通常是由摩擦副之間的摩擦力產(chǎn)生的。摩擦力趨向于繞緊波紋管，直至摩擦力小于波紋管內(nèi)的繞緊力為止。此后，該力自身釋放。如此重復(fù)自行循環(huán)。這種扭轉(zhuǎn)振動(dòng)自行轉(zhuǎn)變成軸向振動(dòng)，當(dāng)兩鄰近的波片焊球相互碰撞時(shí)，振動(dòng)減弱、振幅減小、如此重復(fù)自行循環(huán)。
 

　　為了防止產(chǎn)生共振，密封的固有頻率應(yīng)設(shè)計(jì)得比主振動(dòng)頻率大一些(通過改變材料、片厚、片數(shù)、間距、安裝長度)，或利用不對(duì)稱型波形以及采用撥叉來傳遞轉(zhuǎn)矩。此外，采用各種阻尼方法也可消除振動(dòng)，如使用一阻尼片裝在波紋管的周圍，產(chǎn)生輕微的彈性載荷，從而保證與波紋管相接觸，在振幅形成前就減弱振動(dòng)，減振片就把波紋管的動(dòng)能導(dǎo)出
 

　　在介質(zhì)侵蝕和材料應(yīng)力的作用下，彈簧和金屬波紋管會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力一腐蝕斷裂。奧氏體鋼彈簧在交變應(yīng)力作用下易受氧化物的應(yīng)力腐蝕，對(duì)此，推薦使用哈氏合金。
 

　　在腐蝕性介質(zhì)中工作的彈簧和波紋管，在其截面的應(yīng)力區(qū)域，由于腐蝕與應(yīng)力共同作用在元件的某些薄弱處，首先被腐蝕，形成裂紋核心。隨著承載時(shí)間的延長，裂紋緩慢地向亞臨界擴(kuò)展。當(dāng)裂紋達(dá)到臨界尺寸時(shí)，其彈性元件便突然斷裂。應(yīng)力一腐蝕斷裂與工作介質(zhì)有著密切的關(guān)系，如介質(zhì)中含有氯，溴或氟時(shí)，金屬彈性元件易發(fā)生應(yīng)力一腐蝕斷裂。應(yīng)力一腐蝕斷裂，從機(jī)理上來講是陽極反應(yīng)，而氫脆斷裂則主要是陰極反應(yīng)。在多數(shù)情況下，彈簧的氫脆斷裂，即氫原子滲入彈簧材料的晶界，并結(jié)合成氫分子，從而產(chǎn)生很大的應(yīng)力，結(jié)果導(dǎo)致彈簧在低應(yīng)力截荷下發(fā)生脆性斷裂。氫脆斷裂通常發(fā)生在45°～90°的彎曲角度的范圍內(nèi)。如將已變脆的彈簧圈夾在虎鉗上，用鉗子夾緊外伸部分并用力彎曲，即可輕易地將彈簧折斷成二或三段。若是其它原因引起的斷裂，則會(huì)發(fā)現(xiàn)，彈簧材料仍保持足夠的韌性。在海水、硫化物、硫酸、硫酸鹽、苛性堿、液氨以及含氫氣的介質(zhì)中，由于化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氫氣為彈簧材料所吸收，從而造成的脆性斷裂。
 

　　彈簧或波紋管的斷裂破壞除上述因素外，還有以下原因：
 

　　(1)熱處理缺陷  由于熱處理工藝不當(dāng)而使材料隱含內(nèi)部缺陷。如熱處理造成彈簧材質(zhì)的晶粒粗大，盡管得到了需要的硬度，但在使用中很快發(fā)生變形最終斷裂。
 

　　(2)工具造成的傷痕  彈簧制造過程中，特別是帶鉤彈簧的彎鉤，往往由予制造工藝不當(dāng)造成傷痕而出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，致使彎鉤斷裂。
 

　　由此可見，防止斷裂破壞的措施，除了在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)彈簧的工作條件，選擇適宜的材料，確定恰當(dāng)?shù)膽?yīng)力值外，在制造過程中采取合適的加工工藝方法，也是十分必要的。
 

　　七、密封驅(qū)動(dòng)件的磨損、斷裂或腐蝕
 

　　傳動(dòng)銷，傳動(dòng)螺釘、凸緣，撥叉甚至單只的大彈簧都能用來傳遞轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)密封件旋轉(zhuǎn)。振動(dòng)或安裝位置偏斜，不同心等，都會(huì)使傳動(dòng)件磨損，彎曲甚至損壞。機(jī)械密封使用的固定螺釘不能用硬化后的材料制作。檢查磨損時(shí)，首先要檢查傳動(dòng)連接點(diǎn)，可以在銷子、槽口、凸緣、拔叉上尋找磨損痕跡。傳動(dòng)銷或傳動(dòng)槽的磨損是由于粘合——滑動(dòng)作用而引起的。如果兩個(gè)端面在瞬時(shí)間粘合在一起，這時(shí)由于旋轉(zhuǎn)環(huán)不平滑旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)，傳動(dòng)銷將承受很大的應(yīng)力。開停車頻繁或受力過大時(shí)，傳動(dòng)銷也容易折斷，使密封突然失效。潤滑不良也會(huì)產(chǎn)生粘合一滑動(dòng)作用。
 

　　產(chǎn)生傳動(dòng)銷折斷的其它原因還有；彈簧力過大；介質(zhì)壓力高而采用了非平衡型密封或密封流體潤滑性能很差，而使轉(zhuǎn)矩大；傳動(dòng)銷裝配傾斜；單只受力；選擇時(shí)只考慮了摩擦副材料的耐腐蝕性，而沒有考慮組對(duì)性能；泵的氣穴現(xiàn)象等。
 

　　八、摩擦熱損傷
 

　　非正常的摩擦熱損傷也是機(jī)械密封失效的原因之一。軸(或軸套)、壓蓋、密封腔和密封件都會(huì)因非正常的過熱而損傷。摩擦熱損傷可以從摩擦痕跡和顏色來判斷。隨著溫升金屬要改變顏色，例如不銹鋼的顏色：淡黃色約370℃，蘭色約590℃，墨色約648℃。在一些泵中，出現(xiàn)非正常的過熱原因有；軸的偏斜過大使泵的喉口與軸產(chǎn)生摩擦，無定位導(dǎo)向的壓蓋與泵軸(或軸套)相摩擦；固定螺釘松脫與密封腔摩擦，壓蓋墊片滑移接觸旋轉(zhuǎn)環(huán)等。
 

　　非正常的摩擦所產(chǎn)生大量熱能熔融聚四氟乙烯V形圈或使橡膠O形圈焦化。
 

　　造成非正常的摩擦發(fā)熱的原因還有；無定位導(dǎo)向的壓蓋與泵軸(或軸套)相碰；靜止環(huán)發(fā)生旋轉(zhuǎn)；密封腔內(nèi)聚結(jié)污垢；密封腔與軸不同心等。