机械轴封-密封面材料组合&影响密封性能的因素

密封面材料组合

下面我们将讲述的是用于工业应用中机械轴封的重要材料组合主要有：碳化钨/碳化钨、碳化硅/碳化硅、石墨/碳化钨或石墨/碳化硅。

• 碳化钨/碳化钨（WC/WC）

烧结碳化钨包含了基于一个硬质碳化钨（WC）相和一个较软的金属粘合剂的硬质金属类型。正确的技术术语叫烧结碳化钨，然而，通常采用碳化钨的缩略术语WC代替表示。如果水泵采用基本金属，例如铸铁，在水中只有钴（Co）结碳化钨能抗腐蚀。铬-镍-钼结碳化钨具有等同于En14401的抗腐蚀性。

烧结无粘结型碳化钨具有不错的抗腐蚀性。然而，在例如次氯酸盐这样的液体中，其抗腐蚀性就没有那么出色。材料组合WC/WC具有如下特征：

1. 不错的耐磨性

2. 及其坚固

3. 干转性能查，当发生干转时，温度将在几分钟之内上升至几百摄氏度，并最终损坏O型密封圈如果超出一定的温度和压力，密封可能会发出噪音。噪音说明密封运行条件不良，长期下去可引起密封的磨损。使用的限制取决于密封面直径和设计。对于一个WC/WC密封面组合而言，虽然一般来说开始的3-4天不会出现噪音，但是进入磨合磨损期之后将会出现噪音，磨合磨损期可能持续3~4周。

• 碳化硅/碳化硅（SiC/SiC）

碳化硅/碳化硅（SiC/SiC）是WC/WC的一个替代品，多用于需要更高耐腐蚀性的地方。

SiC/SiC材料组合具有下列特征：

1. 极易碎，需小心处理

2. 不错的耐磨性

3. 不错的耐腐蚀性：无论泵送何种液体，SiC（碳化硅的变异体有三种Q₁S、Q₁P、Q₁G）均极难被腐蚀。然而，对于不良导电性的水来说就是一个例外。例如去离子水，它能腐蚀SiC的变异体Q₁S和Q₁P，但Q₁G在这种液体中耐腐蚀。

4. 通常，这些材料组合的干转性能不佳。然而，由于含有一定量石墨，Q₁G/Q₁G材料可承受有限时间的干转。对于不同的应用目的，采用不同的SiC/SiC变异体；

5. Q₁S，致密烧结、纹理细密的SiC直接烧结纹理细密，且带有少量微孔的SiC 多年以来，这类SiC的变异体被用作标准的机械轴封材料。其压力和温度极限略低于WC/WC。

6. Q₁P，多孔、烧结、纹理细密的SiC 致密烧结SiC变异体具有大圆形闭孔。其温度和压力极限超过WC/WC。因此在温水中，Q₁P/Q₁P面材料组合比WC/WC组合产生的噪音小，然而，在3~4天的磨合期间，多孔SiC密封会发出噪音。

7. Q₁G，自润滑、烧结SiC 在市场上可以买到含有干润滑剂的几种SiC变异体。与上述材料相反，Q₁G是一种适用于蒸馏水或去离子水的SiC材料。Q₁G/Q₁G温度和压力极限与Q₁P/Q₁P的相近。当发生干转时，干润滑剂（例如石墨）可减轻摩擦，这对于干转时密封的耐久性至关重要。

• 石墨/碳化钨或石墨/碳化硅的特征

具有一个石墨密封面的密封具有如下特征：

1. 易碎，需小心处理

2. 易被含有固体颗粒的液体磨损

3. 良好的耐腐蚀性

4. 良好的抗干转特征（临时性的干转）

5. 石墨的自润滑特性使得密封适用于润滑条件差的应用（比如高温），且不会产生噪音。然而，这种条件将引起石墨密封面的磨损，导致密封寿命减少。磨损取决于压力、温度、液体类型和密封结构。

6. 低速将减少密封面之间的润滑，从而导致更大的磨损。然而由于密封面的移动距离被缩短，一般不会出现这种情况。

7. 金属浸渍石墨的耐磨性有限，但是其机械强度、导热性良好，从而减轻磨损。

8. 具有较差机械强度但耐腐蚀性更高的合成树脂浸渍石墨的应用范围广泛。合成树脂浸渍石墨被批准适用于饮用水。

9. 石墨/SiC用于热水应用可引起SiC的严重磨损，具体实际程度取决于石墨于水的质量。对于这种类型的磨损，主要发生在采用Q₁S/石墨。使用Q₁P 、Q₁G或石墨/WC组合可大大减轻磨损。因此，对于热水系统，建议采用石墨/WC、石墨/Q₁P或石墨/Q₁G

影响密封性能的因素

如前文所述，任何密封均无法达到完全密闭。在下面一页的篇幅中我们将描述影响密封性能的如下因素：能耗、噪音和泄露。这些

因素将被进行单独描述。然而，需要着重指出的是，它们之间相互关系密切，因而须作为一个整体来考虑。

能耗

毫无疑问，密封的旋转需要能量。引起能耗（即机械轴封的能量损耗）的因素如下：

• 旋转部件的离心抽吸作用。能耗随着旋转速度的加快而显著增加（三次方关系）

• 密封面摩擦。

两个密封面之间的摩擦由以下两部分组成：
--液体薄膜内的摩擦

--密封面见接触点引起的摩擦

能耗水平取决于密封设计、润滑条件和密封面材料。

能耗（特别是采用填料箱密封的能耗）是一个重要问题。正如实例所示，用机械轴封替代填料箱密封节省了大量的能量。

噪音

密封面材料的选择对于机械轴封的功能和寿命具有决定性的作用。在处理低粘度液体时，密封内的不良润滑条件可引发噪音。

水的粘度随着温度的上升而减小。这意味着润滑条件随着温度的上升而恶化。如果泵送液体达到或超过沸点温度，密封面上的液体将蒸发，这导致润滑条件恶化加剧。速度减慢具有相同的效应。

泄露

泵送液体可润滑机械轴封的密封面。因而，良好的润滑意味着摩擦减少而泄露增加。实际上，在机械轴封内出现的泄露和能量损失的数量可以发生变化。原因在于，由于密封面类型、液体类型、弹簧荷载的不同，无法引起泄露的因素进行理论上的量化。