唇形密封圈是一种用于密封较低压力介质工况的产品。典型唇形密封圈结构如图1 所示。泄露是密封圈失效的主要表现形式,但是导致泄露的原因并非是单一的,更多的是由于多种因素共同作用的结果。如果想要了解密封圈失效的原因,就需要至少拿到轴,或者是密封圈。最好的情况是,在现场观察密封圈失效现象和特征,并且能够现场见证密封圈从轴上取下的过程。
图1 唇形径向密封圈
基于Freudenberg Sealing Technologie数据,通过对于工作时间小于100小时或者使用性能小于10000km的密封圈的失效分析,认为典型的失效包括:
30%:轴设计和制造过程存在问题;
30%:轴和密封圈的装配不正确;
10%:选用错误的密封圈;
15%:其它原因,例如润滑油不相容,过大温升、振动,过多污物如灰尘。
15%:早期明显的泄露。
下面是主要的失效表现形式以及主要的原因。
(1) 密封圈无显著破坏并且无碎片
过盈量不足,或者需要使用弹簧;
高粘度润滑油导致过量的油膜;
轴上的机械导线导致油泄露;
过量使用油脂,导致出现泄露的现象。
(2)密封唇机械损伤
轴或者安装槽刮伤密封唇;
安装时通过槽、齿轮导致刮伤;
装配工具不足;
保护措施不到位,导致轴损伤;
塑性密封圈,如PTFE,更容易刮伤。保护措施不到位,易导致损伤概率显著增大
(3)密封唇及其附近积碳
积碳主要是由于接触区域的油膜温升较高导致。比较轻微的积碳往往存在于靠近空气侧的唇口区域。当温升过高,积碳严重时,往往会与密封唇产生干涉,导致泄露。改善措施:改善系统传热性能,降低摩擦,更换耐高温润滑油。
(4)密封唇轴向裂纹
轴向裂纹有可能是细小裂纹,也可能是大裂纹。小裂纹通常需要仔细检查才能发现。密封唇出现裂纹一般认为是密封唇在高温环境下长期运行所致。高温指的是工作时密封唇接触区域的温度。高温加速密封唇老化。此外,油品与高温共同作用下,老化会更严重。
(5)密封圈和流体相容性
密封唇可能由于密封流体或者润滑油的作用下而发生膨胀,导致密封唇显著变形。当密封介质与橡胶材料发生化学反应,导致起泡现象发生。
(6)无显著温升时密封唇磨损和密封区域存有碎片
密封区域的碎片说明产品设计时wipper唇的功能不满足要求;
金属碎片:可能是因为清洗和装配工序有问题;或者因为装配偏心问题;
灰尘和杂质:可能是因为保管不善。
(7)过量磨损并形成槽
过宽的磨损轨道和中等程度槽:可能是因为局部的干摩擦运行或者是在高压力工况下运行所致;
密封唇重度磨损和轴表面磨损:可能是旋转轨道上有细小磨粒;
重度磨损和严重变形密封唇:往往是流体压力过大,导致磨损严重。
(8)密封圈周向破坏
密封唇的橡胶发生周向断裂,主要是由于工作过程中交变应力的作用。
结论:
通过上面的分析发现,密封圈的失效形式主要是泄露,通常表现为磨损。失效的原因主要是旋转力矩增大导致的温升。温升高一方面会导致橡胶材料老化急速,另一方面也会导致润滑油发生碳化