關(guān)于機械密封可靠性的探討

　　運用統計概念探討了機械密封可靠性的相關(guān)問(wèn)題，對于機械密封壽命預測以及失效預防具有一定的參考意義。

1、引言

　　流體密封技術(shù)對于大多數工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域都有著(zhù)重要意義，并一直是各方面專(zhuān)家所關(guān)注的問(wèn)題，其中機械密封技術(shù)是最主要的動(dòng)密封形式之一。機械密封的平均壽命為8~13 個(gè)月，某些情況下甚至可以達到3~5 年。然而，即使在實(shí)行嚴格質(zhì)量保證的工業(yè)部門(mén)，如原子能工業(yè)，由于原因不明的“早期失效”和偶然性損壞事故仍時(shí)有發(fā)生。針對某一特定過(guò)程獲得所期望的密封壽命的一般規律是十分困難的。

　　研究密封的使用壽命，重要的是不僅要考慮泵(和密封)的一次性投資，還要考慮由于密封失效而帶來(lái)的經(jīng)濟損失：產(chǎn)品損失;備用設備的投資;由于流體泄漏帶來(lái)的對人、環(huán)境及設備(包括毗鄰密封的軸承)的損害;更換密封所需的工時(shí)及部件，包括備件的庫存等。據報道，密封的使用壽命極限可能相差很大，在化學(xué)腐蝕工況下僅為幾天，而在烯烴應用中能有效運行20 年以上。

2、機械密封的可靠性

　　除前述不同工況條件會(huì )使密封壽命有很大差異外，相同的密封在相同使用條件下的使用壽命也會(huì )顯著(zhù)不同。這與滾動(dòng)軸承所做的試驗相似，因此在討論密封的可靠性時(shí)，應用統計概念比較恰當。

　　以下兩個(gè)統計值已用于機械密封：

　　(1)L10 壽命

　　當一個(gè)零件抽樣數組中失效數目達到10%時(shí)的運轉時(shí)間為L(cháng)10 使用壽命，與用韋伯失效分析方法有緊密關(guān)系。

　　(2)平均工作壽命(MTBF)

　　平均工作時(shí)間定義為抽樣依次失效的間隔時(shí)間的算術(shù)平均值： MTBF=(L1+L2+…+Ln)/n

　　式中，L1、L2-單個(gè)密封的工作壽命。

　　注意：數組是一個(gè)統計學(xué)概念，是指標定值相同的部件在相同運行條件下得到的數值。

　　失效分析可用韋伯分析法，它可以用來(lái)確定失效時(shí)間分布。通過(guò)分析，韋伯系數β′的取值可按不同的失效時(shí)間分布類(lèi)型選用下列值：早期壽命失效(早期失效)β′=0.5;中期失效(隨機發(fā)生失效)β′=1.0，磨損失效β′>3.4。

　　圖1 是一組由29 個(gè)甲醇泵的抽樣數據而得的機械密封失效韋伯曲線(xiàn)。其中，0.8 表示處于早期失效和中期隨機失效的混合狀態(tài)。這種典型的機械密封遵循早期失效和中期隨機失效的模式，而不是磨損失效模式。L10 壽命可由韋伯曲線(xiàn)中直接得到，為46 天(1100h)。應注意，上述分析中包括仍在正常使用的密封的數據(如有些密封在工作5 年(40000h)后仍在正常使用)。

圖1 甲醇泵密封失效的韋伯曲線(xiàn)

　　與流程泵內滾動(dòng)軸承的最低預定壽命25000h 相比，L10壽命太短了。如此低的數值意味著(zhù)壽命分布的范圍太廣，由此可見(jiàn)，MTBF 與L10 壽命相比在應用方面更具有統計意義。韋伯統計分析與MBTF 的實(shí)用性在于它們可以用來(lái)相互比較，尤其在改變了設計或運行條件，并且已經(jīng)達到延長(cháng)壽命的預期效果的情況下，以上兩種分析方法更有使用價(jià)值。

　　圖2 是硝酸循環(huán)泵的密封失效韋伯曲線(xiàn)，這種泵的運行條件比較惡劣，應注意，盡管韋伯系數僅有很小的改變，在一些性能指標稍加改善后，其L10 壽命可由2.1d 提高到10.05d，提高約5 倍。

圖2 硝酸循環(huán)泵密封失效的韋伯曲線(xiàn)

3、結語(yǔ)

　　在許多場(chǎng)合下，用戶(hù)對準確預測壽命比對提高可靠性更感興趣。但預測壽命與隨機失效分布有矛盾，只有在排除早期失效和中期隨機失效之后才有可能提高預測能力，目前的研究工作應集中在如何預防密封失效方面。