众所周知,密封件在确保旋转系统正常运行方面起着至关重要的作用,但设计师可能没有意识到有多少因素会影响密封件的性能。好消息是,每个因素都可以在很大程度上得到缓解,大大降低了密封失效的风险。
通过充分了解安装的重要性、污染的可能性、系统内的摩擦量、涉及的配合表面、轴动力学和流体条件,设计师可以选择一种能够在尽可能长的时间内发挥作用的密封。我们将详细分析每个因素。
安装
密封唇是确保密封磨损低的关键。适量的润滑剂在唇下保持低摩擦/磨损而不会导致泄漏。如今复杂的密封唇就是为了做到这一点而设计的,但这种功能增加了安装的复杂性。
首先,密封唇(无论是橡胶还是聚四氟乙烯[PTFE])往往是脆弱的。
如果密封安装的几何形状不理想,密封唇可能会损坏,甚至在安装过程中翻过来。
其次,密封唇的尺寸较小,这意味着它们相对容易向后安装,将流体推向错误的方向。
幸运的是,这两个问题都可以通过在安装过程中密切注意以下问题来解决:
确保密封件不以一个角度进入系统(密封件倾斜)。在密封安装过程中,应确保密封条件理想,以免损坏密封唇。
在安装过程中插入一个检查密封的步骤:这个密封唇适合这个系统吗?密封介质的朝向正确吗?安装时,轴的旋转是否与密封的定向泵送特性一致?
污染
在旋转系统中,通常在滚珠轴承或其他旋转轴承附近有密封。系统中的碎屑通常会向轴承移动,导致更多的碎屑从轴承上脱落,破坏密封。
改变系统流体通常不能完全缓解这个问题,因为轴承对污染物的完全冲洗起威慑作用。这往往沉淀在海豹附近。
为了减少由于污染导致密封失效的几率,应考虑以下因素:
确保所有系统元件在组装前都被彻底清洁。要特别注意加工过程中产生的小金属碎片。
经常检查系统中的油,以确定污染程度。如果液位过高,请彻底清洗系统。
每当更换旋转泵的轴承时,也要更换密封。它可能已经暴露在污染物中,可能容易发生故障。
摩擦
由于旋转系统内的热量不以与线性系统相同的方式消散,轴表面和密封周围的区域都有经历更高温度的趋势。
这可能导致流体破裂、轴材料损坏、密封唇退化或变脆。
解决办法可能在于改变部分或全部相关材料。换句话说,在摩擦量很大的情况下,可能需要将橡胶密封改为温度更高的橡胶或聚四氟乙烯材料,使轴硬化或改为粘度更高的流体。
设计师可能还想考虑流体流动。
在密封圈和轴之间添加更多的润滑剂可以降低温度,而设计导热外壳的目的是尽可能快地将热量排出密封圈。
交配表面
在旋转系统内的轴上的精加工过程对正确的功能是必不可少的。首先,安装过程中不能有毛刺或锋利的边缘,以免损坏密封件。其次,除非采取预防措施,否则轴表面可能会嵌入一个微小的螺旋图案,从而形成一个无意中引导流体的微型泵。解决方案是使用直线磨削而不是传统的磨削,并确保加工痕迹没有角度。
此外,轴的表面光洁度应与密封类型和材料相匹配。
太粗糙的表面处理会导致密封件磨损很快,而太细的表面处理不会让润滑剂保留在唇下,导致更高的摩擦。
轴动力学
轴运动中的任何异常都可能危及密封功能。例如,一个不太理想的轴承允许轴移位,对密封造成不适当的磨损。同样,如果轴在组装时没有正确对齐,密封的一个部分将比其他部分受压更大。压缩段磨损严重,而未压缩段易发生泄漏。
轴不对齐也会导致问题,因为轴的摆动会导致密封的一部分在每次旋转时被压缩,从而导致高度的材料疲劳。
答案首先在于设计:确保成品中的所有东西都完全对齐。
轴承在轴内的精确加工和正确定位对于防止密封因不均匀压缩而失效也很重要。
流体状况
密封在旋转系统中的位置(隐藏在轴承后面)意味着有最小量的流体交换。为了防止泄漏,密封唇上的液体被剪切掉,这只会加剧问题。在理想条件下,流体足够薄,可以润滑系统,而不会因为太薄而发生泄漏。
这是一个困难的平衡,因为缺乏液体交换意味着液体会随着时间的推移而分解。因此,定期检查流体状况是很重要的,有以下几个因素:
- 系统中空气过多,会在密封件周围产生气泡
- 泵周围空气中的水分含量高,这可能导致流体中的水分含量超过正常值
- 油位(由于油位低而导致密封失效是常见的。)
当我们谈到流体条件时,我们又回到了密封失效的原因。当流体条件不是最佳时,轴承可能过早磨损。这导致轴承与轴不对齐,进而产生碎片,破坏密封。