O型圈的结构、摩擦副材料的热力性以(例如导热系数、线膨胀系数和散热系数等)的差异以及O型圈各点温度不均匀是产生热变形的根本原因,破坏了密封端面的平行。对于具体的结构和材料,不仅是径向温度差,就是轴向温度差也能影响密封的缝隙形状。为了说明这个问题,假设有个圆筒型O型圈,密封端面处于高温介质(因摩擦使温度升高)中,下端是大气端。这是实际工作中经常出现的情况。由于两端温度不同,高温段的直径膨胀量必定大于大气端,使密封端面的内径高于外径,运转中呈收敛形缝隙。

沿密封端面的温度梯度也能改变面的缝隙形状。沿密封端面处,外缘接触高温介质,内缘向大气散热,而温度较低。由于存有温度梯度造成外缘热膨胀大于内缘的热膨胀量,终形成扩散形状的缝隙。

热变形量的大小,除了前面谈的影响因素外,还与密封端面的温度差有很大关系。如带急冷水的高温油泵机械密封,沿径向和轴向的温度梯度都很大,变形量当然也大。选择导热性能良好和线膨胀系数小的材料制造O型圈,对减少密封端面的热变形是有利的。此外,密封端面的宽度也是重要因素。选择较窄的密封端面不但能减少摩擦热的产生,还能减少热变形量,因为其变形量与密封端面宽度成正比。

一、 如何避免因温度变化造成O型圈密封介质的变质问题

对于石油化工离心泵密封,要注意避免因温度变化造成O型圈密封介质的变质问题。

1、 固化。对于凝固点高的密封介质,应注意液体凝固的问题,如蜡油、渣油、石蜡、沥青等。为了预防固化,可以采用蒸汽急冷(t>150℃),要求冲洗和保温,以防温度低于凝固点

2、 聚合。对于因温升会引起聚合的介质密封,应注意保温,不超过聚合温度,为了防止聚合,可采用串级密封,保证充分的冷却以防温升。

3、 结晶。对于易结晶介质,如经氧化钙、磷酸、胺等,在常温下容易结晶,因溶解质变化,使溶解物析出,这类介质的密封,摩擦副采用硬对硬,要有充分的冷却或保温。

4、 溶解。对于溶解性大(对水、油脂或乙醇等)的异丙醇、磺化油、明矾、硫酸钠、硫酸钾(对水)、戊烷(对油)、橡胶(对液氮、苯、氨水等)和甘油(对乙醇)等介质,应注意使用介质和采用材料的溶解问题。

5、 结焦、腐蚀、磨损等问题在高温下产生或加剧,应适当防止温升问题。

二、 O型圈动环材料选择不合适易发生哪些故障?

用户购进的机械密封,一定要弄清楚个零件的材料。如果材料不适应工作介质和工作条件,密封会很快失效,处于高速旋转中的动环尤其要注意。

1、 O型圈动环材料的导热系数要高于静环,这有利于热量的散失,否则密封端面温度升高,使用寿命短;

2、 在腐蚀性很小的场合,尽量不选用喷涂陶瓷的动环,特别是液态烃中禁止使用。因为喷涂陶瓷导热性能差,易裂纹。

3、 在没有冲洗的密封中,尽量不选用1Cr13表面堆焊硬质合金及耐磨性低的材料制造动环,因为表现易出现沟纹,使用寿命短;

4、 高温泵中不采用冲洗的密封尽量不选用热装式密封环,因为松脱的几率较高。如果选用热装式动环,动环座的线膨胀系数应和硬质合金环接近;

5、 钴基硬质合金如果用在酸性介质中,因耐腐蚀性差而寿命短;

6、 直径较大的密封,动环和传动座靠传动突耳传动时,突耳易磨损,使传动失效或与动环磨损后嵌在一起失去补偿能力。动环材料采用石墨或碳化硅可避免此现象。