機械軸封-密封面材料組合&影響密封性能的因素

密封面材料組合

下面我們將講述的是用于工業(yè)應(yīng)用中機械軸封的重要材料組合主要有：碳化鎢/碳化鎢、碳化硅/碳化硅、石墨/碳化鎢或石墨/碳化硅。

• 碳化鎢/碳化鎢（WC/WC）

燒結(jié)碳化鎢包含了基于一個硬質(zhì)碳化鎢（WC）相和一個較軟的金屬粘合劑的硬質(zhì)金屬類型。正確的技術(shù)術(shù)語叫燒結(jié)碳化鎢，然而，通常采用碳化鎢的縮略術(shù)語WC代替表示。如果水泵采用基本金屬，例如鑄鐵，在水中只有鈷（Co）結(jié)碳化鎢能抗腐蝕。鉻-鎳-鉬結(jié)碳化鎢具有等同于En14401的抗腐蝕性。

燒結(jié)無粘結(jié)型碳化鎢具有不錯的抗腐蝕性。然而，在例如次氯酸鹽這樣的液體中，其抗腐蝕性就沒有那么出色。材料組合WC/WC具有如下特征：

1. 不錯的耐磨性

2. 及其堅固

3. 干轉(zhuǎn)性能查，當(dāng)發(fā)生干轉(zhuǎn)時，溫度將在幾分鐘之內(nèi)上升至幾百攝氏度，并最終損壞O型密封圈如果超出一定的溫度和壓力，密封可能會發(fā)出噪音。噪音說明密封運行條件不良，長期下去可引起密封的磨損。使用的限制取決于密封面直徑和設(shè)計。對于一個WC/WC密封面組合而言，雖然一般來說開始的3-4天不會出現(xiàn)噪音，但是進入磨合磨損期之后將會出現(xiàn)噪音，磨合磨損期可能持續(xù)3~4周。

• 碳化硅/碳化硅（SiC/SiC）

碳化硅/碳化硅（SiC/SiC）是WC/WC的一個替代品，多用于需要更高耐腐蝕性的地方。

SiC/SiC材料組合具有下列特征：

1. 極易碎，需小心處理

2. 不錯的耐磨性

3. 不錯的耐腐蝕性：無論泵送何種液體，SiC（碳化硅的變異體有三種Q?S、Q?P、Q?G）均極難被腐蝕。然而，對于不良導(dǎo)電性的水來說就是一個例外。例如去離子水，它能腐蝕SiC的變異體Q?S和Q?P，但Q?G在這種液體中耐腐蝕。

4. 通常，這些材料組合的干轉(zhuǎn)性能不佳。然而，由于含有一定量石墨，Q?G/Q?G材料可承受有限時間的干轉(zhuǎn)。對于不同的應(yīng)用目的，采用不同的SiC/SiC變異體；

5. Q?S，致密燒結(jié)、紋理細密的SiC直接燒結(jié)紋理細密，且?guī)в猩倭课⒖椎腟iC 多年以來，這類SiC的變異體被用作標(biāo)準的機械軸封材料。其壓力和溫度極限略低于WC/WC。

6. Q?P，多孔、燒結(jié)、紋理細密的SiC 致密燒結(jié)SiC變異體具有大圓形閉孔。其溫度和壓力極限超過WC/WC。因此在溫水中，Q?P/Q?P面材料組合比WC/WC組合產(chǎn)生的噪音小，然而，在3~4天的磨合期間，多孔SiC密封會發(fā)出噪音。

7. Q?G，自潤滑、燒結(jié)SiC 在市場上可以買到含有干潤滑劑的幾種SiC變異體。與上述材料相反，Q?G是一種適用于蒸餾水或去離子水的SiC材料。Q?G/Q?G溫度和壓力極限與Q?P/Q?P的相近。當(dāng)發(fā)生干轉(zhuǎn)時，干潤滑劑（例如石墨）可減輕摩擦，這對于干轉(zhuǎn)時密封的耐久性至關(guān)重要。

• 石墨/碳化鎢或石墨/碳化硅的特征

具有一個石墨密封面的密封具有如下特征：

1. 易碎，需小心處理

2. 易被含有固體顆粒的液體磨損

3. 良好的耐腐蝕性

4. 良好的抗干轉(zhuǎn)特征（臨時性的干轉(zhuǎn)）

5. 石墨的自潤滑特性使得密封適用于潤滑條件差的應(yīng)用（比如高溫），且不會產(chǎn)生噪音。然而，這種條件將引起石墨密封面的磨損，導(dǎo)致密封壽命減少。磨損取決于壓力、溫度、液體類型和密封結(jié)構(gòu)。

6. 低速將減少密封面之間的潤滑，從而導(dǎo)致更大的磨損。然而由于密封面的移動距離被縮短，一般不會出現(xiàn)這種情況。

7. 金屬浸漬石墨的耐磨性有限，但是其機械強度、導(dǎo)熱性良好，從而減輕磨損。

8. 具有較差機械強度但耐腐蝕性更高的合成樹脂浸漬石墨的應(yīng)用范圍廣泛。合成樹脂浸漬石墨被批準適用于飲用水。

9. 石墨/SiC用于熱水應(yīng)用可引起SiC的嚴重磨損，具體實際程度取決于石墨于水的質(zhì)量。對于這種類型的磨損，主要發(fā)生在采用Q?S/石墨。使用Q?P 、Q?G或石墨/WC組合可大大減輕磨損。因此，對于熱水系統(tǒng)，建議采用石墨/WC、石墨/Q?P或石墨/Q?G

影響密封性能的因素

如前文所述，任何密封均無法達到完全密閉。在下面一頁的篇幅中我們將描述影響密封性能的如下因素：能耗、噪音和泄露。這些

因素將被進行單獨描述。然而，需要著重指出的是，它們之間相互關(guān)系密切，因而須作為一個整體來考慮。

能耗

毫無疑問，密封的旋轉(zhuǎn)需要能量。引起能耗（即機械軸封的能量損耗）的因素如下：

• 旋轉(zhuǎn)部件的離心抽吸作用。能耗隨著旋轉(zhuǎn)速度的加快而顯著增加（三次方關(guān)系）

• 密封面摩擦。

兩個密封面之間的摩擦由以下兩部分組成：
--液體薄膜內(nèi)的摩擦

--密封面見接觸點引起的摩擦

能耗水平取決于密封設(shè)計、潤滑條件和密封面材料。

能耗（特別是采用填料箱密封的能耗）是一個重要問題。正如實例所示，用機械軸封替代填料箱密封節(jié)省了大量的能量。

噪音

密封面材料的選擇對于機械軸封的功能和壽命具有決定性的作用。在處理低粘度液體時，密封內(nèi)的不良潤滑條件可引發(fā)噪音。

水的粘度隨著溫度的上升而減小。這意味著潤滑條件隨著溫度的上升而惡化。如果泵送液體達到或超過沸點溫度，密封面上的液體將蒸發(fā)，這導(dǎo)致潤滑條件惡化加劇。速度減慢具有相同的效應(yīng)。

泄露

泵送液體可潤滑機械軸封的密封面。因而，良好的潤滑意味著摩擦減少而泄露增加。實際上，在機械軸封內(nèi)出現(xiàn)的泄露和能量損失的數(shù)量可以發(fā)生變化。原因在于，由于密封面類型、液體類型、彈簧荷載的不同，無法引起泄露的因素進行理論上的量化。