密封基本知识介绍(最终版).ppt

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1、密封基本知识介绍,目录,密封基础知识 1.1 密封的定义 1.2 泄露 1.3 密封的分类 1.4 密封的材料2.常用密封件 2.1 O形密封圈 2.2 油封 2.3 带密封 2.4 垫密封,2,目录,2.5 填料密封 2.6 迷宫密封 2.7 蜂窝密封 2.8 干气密封 2.9 机械密封,3,1.1 什么密封？,密封：是防止流体或是固体颗粒等工作介质从相邻结合面间泄露以及防止外界尘埃和异物侵入机器设备内部的零部件或是设施。,4,1.2 泄露,泄露：它是机械设备常产生的故障之一，当工作介质在系统及元件的容腔内流动或暂存时，由于间隙、压力、粘度等因素的变化，而导致少量工作介质越过容腔边界，由高压

2、腔向低压腔或外界流出，这种“越界流出”现象称为泄漏。,5,泄漏分为内泄漏和外泄漏两类。,1.2 泄露,密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有两方面：一是密封面上有间隙；二是密封部位两侧存在较大压力差。消去或减小任一因素都可以阻止或减小泄漏。因此，密封的方法通常有：1）封住结合面的间隙；2）切断泄漏通道；3）增加泄漏通道中的阻力；4）设置作功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或平衡泄漏通道的压力差。,6,1.3 密封的分类,按密封副的材料分为：硬密封：密封副的两侧均是金属材料或较硬的其他材料的被称为“硬密封”；软密封：密封副的两侧一侧是金属材料，另一侧是有弹性的非金属材料的被称为“软密封”。,

3、7,1.3 密封的分类,根据被密封的偶合面在设备运转时有无相对运动，可将密封分为静密封和动密封两大类。另外按照密封件的制作材料、结构形式和密封机理等还可进一步细分。密封的分类见表1-3。,8,表1-3 密封的分类,1.3 密封的分类,9,1.4 密封件的材料,对密封的基本要求：密封性好，安全可靠，寿命长，并应力求结构紧凑，系统简单，制造维修方便，成本低廉。大多数密封件是易损件，应保证互换性，实现标准化，系列化。常用橡胶密封材料：常用的橡胶密封材料主要是合成橡胶。由于合成橡胶的胶种较多，且各自的性能也各不相同。应根据不同胶种的特性和使用范围，参照密封件的工况条件，进行正确选择。常用橡胶密封材料所

4、适应的介质和使用温度范围见表1-4。,10,注：可以使用；有条件使用；不可使用。,11,表1-4 常用橡胶密封材料所适应的介质和使用温度范围,1.4 密封件的材料,常用合成树脂密封材料常用合成树脂中，使用最多的是聚四氟乙烯树脂。在聚四氟乙烯中掺入不同的充填材料，可改善和提高其综合物理化学性能，从而扩大了它的使用范围。因此，聚四氟乙烯树脂密封材料可适用石油基液压油、水-油乳化液、水-乙二醇基液压液、磷酸脂基液压液等工作介质的密封。常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围见表1-5。,12,1.4 密封件的材料,表1-5 常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围,13,常用金属密封材料金属密封材料

5、主要用于静密封。常用金属密封材料的种类和应用范围见表1-6。,14,表1-6 常用金属密封材料的种类和应用范围,1.4 密封件的材料,15,2.常用密封件,2.1 O形密封圈,2.1.1 主要性能 O形封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，如图2-1示。其材料主要为丁腈橡胶或氟橡胶。O形密封圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。它主要用于静密封和往复运动密封。其使用速度范围一般为0.0050.3m/s。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。一般O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。,图2-1 O形密封圈d1O形圈内径 d2O形圈截面直径,16,2.1 O形密封圈,2.1.2 标准 大

6、部分国家对O形密封圈都制定系列产品标准，其中美国标准（AS 568）、日本标准（JIS B 2401）、国际标准（ISO 3601/1）较为通用。,17,2.1 O形密封圈,O形密封圈与其他形式密封圈比较，具有以下优点：1）结构小巧，装拆方便。2）静、动密封均可使用。3）动摩擦阻力比较小。4）使用单件O形密封圈，可对两个方向起密封作用。5）价格低廉。但是，当设备闲置时间过久而再次起动时，O形密封圈的摩擦阻力会因其与密封副耦合面的粘附而陡增，并出现蠕动现象。,18,2.1 O形密封圈,2.1.3 用于静密封时的密封原理,O形密封圈装入密封槽后，其界面承受接触压缩应力而产生变形,当没有介质压力时，

7、密封圈在自身的弹性力作用下，对接触面产生一个预接触应力p0，如图2-1a所示。,图2-1 O形密封圈的静密封原理a)空载状态,19,2.1 O形密封圈,2.1.3 用于静密封时的密封原理,而当容腔内充入有压力的介质后，则在介质压力p的作用下，O形密封圈发生位移，移向低压侧，且其弹性变形进一步加大，填充和封闭了密封间隙。此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为p0+p=pm，从而大大增加了密封效果，如图2-1b所示。,图2-1 O形密封圈的静密封原理b)承载状态,当容腔内的介质卸压后（p=0），则由于O形密封圈仍具有初装时的预接触应力p0，故仍能保证密封性能。此即所谓O形密封圈的自密封作用。,2

8、0,2.1 O形密封圈,2.1.4 用于往复运动密封时的密封原理,O形密封圈在往复运动滑移面上的接触情况，如图2-2所示。此时O形密封圈的动密封作用主要还是依靠其预压缩和加压后作用于耦合面上的接触应力，且由于O形密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。,图2-2 O形密封圈的动密封原理,21,2.1 O形密封圈,此外，还存在其他复杂情况：当用于液体介质密封时，由于液体的压力、粘度及运动速度等因素的作用，沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层液体膜，如图2-2a所示。这层液体薄膜始终存在着，它亦起一定的密封作用。当滑移面向外伸出时，液体膜随之一起探出，如图2-2b所示。当滑移面缩回时，

9、液体膜则被密封件阻留于外侧。随着滑移面往复次数的增加，阻留于密封件外侧的液体膜日渐增厚，最后形成液滴，从滑移面滴下（见图2-2c）。这就是O形密封圈用于往复运动密封时会产生泄漏的原因。,因此，O形密封圈不宜应用于滑移面需频繁往复运动的密封装置中。,22,2.1 O形密封圈,2.1.5 应用,O形密封圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用，如图2-3所示。,图2-3 O形密封圈的安装a)在外圆的矩形槽内 b)在内圆的矩形槽内,23,2.1 O形密封圈,2.1.5 应用,O形密封圈良好的密封效果很大程度上取决于O形密封圈尺寸与沟槽尽寸匹配的正确性，世界各国的标准对此都有较严格的规定。

10、密封装置设计时若O形密封圈的压缩量选择过小，或加工沟槽时公差波动使压缩量趋小，装配后就会引起泄漏；如果压缩量选择过大，或加工沟槽时公差波动使压缩量趋大，则会导致O形密封圈橡胶应力松弛而形成泄漏。同样，若装配后O形密封圈拉伸过度，也会因其过早老化而引起密封装置泄漏。,24,2.1 O形密封圈,2.1.5 应用,O形密封圈安装沟槽的宽度为O形密封圈直径的1.31.5倍，即b=1.31.5d。静密封时，压缩量较大，应取大值；往复动密封时，应取小值，旋转动密封时，取b=1.051.1d，并应考虑摩擦生热引起密封圈内径收缩，从而影响密封质量的问题。式中 b安装沟槽的宽度；dO形密封圈截面直径。,25,2

11、.常用密封件,2.2 油封旋转轴唇形密封圈俗称油封。它是安装在旋转轴和静止件之间，用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂物侵入设备内部的动密封元件。普通油封的使用压力小于0.5MPa，耐压油封的工作压力可达11.2MPa。,2.2.1 密封原理在自由状态下，油封的内径小于轴径，有一定的过盈量。这样，当油封装到轴上后，即使没有弹簧，也有一定的径向力作用在轴上。为了保证密封的可靠性，在油封唇缘的上方，加装一个弹簧。依靠弹簧对轴的抱紧力来克服轴在旋转状态下，因振摆、跳动所造成的间隙，并使油封的唇缘能始终紧贴于轴的表面。,26,2.2油封,维持油封密封性能的关键是介于唇缘与轴表面之间的一层油膜。因此，油

12、封的密封原理是建立在滑动轴承的润滑理论上的。在轴旋转的动态过程中，油膜的厚度也在不断变化，其变动量一般约在20%50%之间。油膜厚度变化的原因是维持油膜存在的表面张力在不断波动。而油膜的表面张力则与油的粘度、运动速度等因素有关。,一般认为油膜过厚，容易泄漏；油膜过薄，则会导致干摩擦。最理想的情况是保持“临界油膜厚度”，即始终保持临界润滑状态。而“临界油膜厚度”的形成与保持，与油封对轴的径向力的大小及其分布状况直接有关。,27,2.2油封,2.2.2 油封的选用,选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质、工作温度及唇缘在轴高速旋转时的适应性。一般油封工作时若唇缘的温度高于工作介质温度2050，应

13、引起重视。油封的型式和种类很多，可按工作条件与使用要求查阅有关设计手册选用。,油封安装时，为获得适当的初始径向力，应保证唇缘对旋转轴的过盈量要求，其值如下表所示。,28,2.常用密封件,2.3 带密封它是将密封带缠绕在需要密封的螺纹上，从而在螺纹副的间隙中填满密封材料，形成泄漏阻力。常用的密封带有聚四氟乙烯生料带。带密封的优点是操作简便，干净，连接牢固，耐压高，耐油性好，不污染工作介质，不腐蚀螺纹。,29,2.常用密封件,2.4 垫密封垫密封广泛应用于管道，压力容器以及各种壳体的结合面的静密封中。垫密封有非金属密封垫，非金属与金属组合密封垫和金属密封垫三大类。其常用材料有橡胶，皮革，石棉，软木

14、，聚四氟乙烯，钢，铁，铜和不锈钢等。垫密封的泄露有三种形式：界面泄露，渗透泄露和破坏性泄露。其中以前二者为主要形式。,30,2.常用密封件,密封垫的选用原则是：对于要求不高的场合，可凭经验来选取，不合适时再更换。但对那些要求严格的场合，例如易爆、剧毒和可燃性气体以及强腐蚀的液体设备、反应罐和输送管道系统等，则应根据工作压力、工作温度、密封介质的腐蚀性及结合密封面的形式来选用。一般来讲，在常温低压时，选用非金属软密封垫；中压高温时，选用非金属与金属组合密封垫或金属密封垫；在温度、压力有较大波动时，选用弹性好的或自紧式密封垫；在低温、腐蚀性介质或真空条件下应考虑密封垫的特殊性能。,31,2.常用密

15、封件,2.5 填料密封填料密封又称为压紧填料密封，俗称盘根。填料密封式最古老的一种密封结构，主要用于机械行业中的过程机器和设备运动部分等动密封，比如离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机的转轴密封和往复泵、往复式压缩机的柱塞或活塞杆，以及做螺旋运动阀门的阀杆与固定机体间的密封。,32,2.4 填料密封,2.5.1 填料密封原理填料装入填料腔以后，经压盖螺丝对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的凹部形成小油槽

16、，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应”。这就是填料密封的机理。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整，以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。,33,2.4

17、填料密封,2.5.2 填料材料及其形式材料要求：强塑性：当填料受轴向压紧时能产生较大的径向压紧力，以获得密封；追随性：当机器和轴有振动或轴有跳动及偏心时，能有一定的补偿能力；化学稳定性：既不被介质所腐蚀、溶涨，也不污染介质；不渗透性：介质对大部分纤维均有一些渗透，故要求填料组织致密，为此在制作填料时往往需要浸渍、填充各种润滑剂和填充剂；自润滑性好，摩擦系数小并耐磨；耐温性：当摩擦发热后能承受一定的温度；拆卸方便；制造简单，价格低廉。,34,2.4 填料密封,常用材料：芳纶系列：盘根以芳纶纤维为主要材料，多次浸渍润滑剂、四氟乳液等精密编制而成。有较好的高回弹、耐化学性、低冷流、高线速，与其它类型

18、的盘根比较，它能抵抗颗粒结晶介质和更高的温度。既可单独使用也可与其它盘根组合。主要用于介质颗粒多、易磨损工况下。四氟系列：盘根以聚四氟乙烯为主要材料。具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性和良好的抗老化耐力。能在+250至-180的温度下长期工作，除熔融金属钠和液氟外，能耐其它一切化学药品，在王水中煮沸也不起变化。主要用于不允许污染的工况环境下卫生级、腐蚀性强等要求较高、线速度高、易磨损等工况下。石墨系列：以石墨为主体材料精工编制而成。具有良好的自润滑性及导热性，摩擦系数小，通用性强，柔软性好，强度高，对轴杆有保护作用等优点。根据不同的要求，可采用碳纤维、铜丝、304、316L、

19、茵苛镍合金丝等材料加强。主要用于高温高压的工况下。,35,2.4 填料密封,碳纤维系列：碳纤维增强石墨盘根、碳纤维金属增强石墨盘根 该系列盘根主要以碳纤维为主题材料，碳纤维是一种力学性能优异的新材料，碳纤维无蠕变，耐疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，导热性好。主要用于高温高压耐磨工况下。带胶心系列：以超强弹性硅胶芯包覆于高品质的合成纤维内，经多次浸渍四氟乳液、润滑剂、阻隔剂编织而成。可以有效的吸收机械振动，控制因振动产生缝隙的泄漏。具有优异的回弹性、自润滑性、柔韧性、耐磨性、较高的抗拉强度、较好的耐化学性等。高温超高温盘根：由高品质的合成纤维精密编织而成，结构细密，具有极好的耐高温高压性能、

20、低导热系数、非燃烧性等优点。广泛应用在超高温、高压恶劣环境下的水、蒸汽、酸、碱等介质中。用于管道等处的绝热防火，容器、加热器、人孔、炉门口加热器、高温法兰等处的静密封。钢厂高温推广使用，高炉燃烧阀专用。,36,2.常用密封件,2.6 迷宫密封迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封

21、。,37,2.常用密封件,2.6.1 迷宫密封的类型和结构 密封效果曲折式最好，阶梯式和高低式其次，光轴式最差。,38,2.常用密封件,2.6.2 迷宫密封的材料迷宫密封的材料主要根据密封的工作温度和介质选择。为了取得很小的齿顶间隙，达到良好的密封效果，可在轴表面涂覆软质材料涂层。软质材料涂层为巴氏合金、石墨、聚四氟乙烯等。对于介质为有爆炸性的（如石油气）则应采用碰撞不会产生火花的材料如铝及铝合金。,39,2.常用密封件,2.7 蜂窝密封原理：当轴高速旋转时，气流成螺旋方式向前流动，经过蜂窝带时被无数的六角网格所分解，被分解的气流在网格内的微小空间形成一气旋。这样，在轴和蜂窝带形成若干道“气帘

22、”，这些气帘可以高效地阻止介质向外流动。这个“气帘”的刚度随螺旋气流的强弱而强弱。,40,2.常用密封件,2.8 干气密封干气密封：即“干运转气体密封”，是一种气膜润滑的流体动、静压结合型非接触式机械密封。,41,2.8 干气密封,2.8.1 干气密封结构简图及端面形状,42,2.8 干气密封,2.8 干气密封原理 干气密封是一种非接触式轴封，干气密封与机械密封在结构上并无太大区别，也有动环、静环、弹簧等组成；不同之处在于其动环端面开有气体动压槽。动环密封面分为两个功能区，即外区和内区。外区域由动压槽和密封堰组成，内区域又称为密封坝，是指动环的平面部分。在运转时，动环随转子一起转动，气体被引入

23、动压槽，引入沟槽内的气体在被压缩的同时遇到密封堰的阻拦，压力进一步升高。这一压力克服静环后面的弹簧弹力和作用在静环上的流体压力，把静环推开，使动静环之间的接触面分开而形成一层稳定的动压气膜，此气膜对动静环的端面提供充分的润滑和冷却。这个稳定的气膜使密封端面间保持一定的密封间隙。气体介质通过密封间隙时靠节流和阻塞的作用而被减压，从而实现对气体介质的密封。,43,2.8 干气密封,44,2.9 机械密封,2.9.1 定义在国家有关标准中的定义：由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成,在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作用下，以及辅助密封圈的配合下，该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的

24、装置。,它密封可靠、泄露少、寿命长、摩擦功耗小、适用范围广（高低温、高压、真空、不同旋转频率，腐蚀介质和含磨粒介质）。泄漏量一般为10ml/h，仅为填料密封的1%。可连续使用1-2年，摩擦功耗仅为填料密封的10-50%，但结构复杂，加工制造要求高，造价高。,45,2.9 机械密封,2.9.2 组成密封端面：动环、静环摩擦副缓冲补偿机构：由弹性元件（圆柱弹簧、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等）构成。（使贴合）辅助密封圈：包括动环密封圈、静环密封圈等，有各种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等,46,2.9 机械密封,2.9.3 密封机理1）4个密封点（亦称4个泄漏点，如图1-1）泄漏点1摩擦端面泄漏点，

25、依靠弹力和介质压力保持贴和；（动密封点,两个摩擦副之间有相对转动）泄漏点2 补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封；（静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动）泄漏点3 非补偿环密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封；（静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）泄漏点4 压盖与腔体间的密封圈，依靠密封圈的过盈量实现密封；（静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止）,47,2.9 机械密封,传动关系轴或轴套紧固螺钉5弹簧座4弹簧3补偿环1压盖防转销8非补偿环63）原理通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。由

26、于机械密封（轴向密封）在运行中可以对轴向磨损进行补偿，而填料密封（径向密封）不能对径向磨损进行补偿，故机械密封比填料密封寿命长。,48,2.9 机械密封,2.9.4 机械密封的类型按摩擦副对数分为：单端面、双端面、串联多端面机械密封；按弹簧对介质接触与否分为：内装式、外装式机械密封；按照介质泄露方向：内流式（一般密封都采用此结构）、外流式；按缓冲补偿元件的形式分为：弹簧式、波纹管式机械密封，其中弹簧式分为单弹簧和多弹簧。,49,2.9 机械密封,双端面机械密封（图1-4）由两对密封端面组成的机械密封。用于工作介质有毒、易燃、易爆、易挥发、易结晶、高温、低温，或气体、高真空度等场合。两套密封之间

27、形成一个密封腔，在密封腔中引入封液：堵封、润滑、冷却，选洁净、润滑性好的封液介质。缺点：结构较为复杂且体积较大。,50,2.9 机械密封,双端面机械密封 双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄露。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。,51,2.9 机械密封,串联式机械密封（图1-5）1）两套密封沿同一方向布置，密封腔压力逐级降低,2）用于高压场合。,52,2.9 机械密封,波纹管机械密封1）去掉了补偿环密封圈及其

28、摩擦阻力，补偿环密封圈改至弹簧座处,补偿环追随性提高.2）避免了补偿环密封圈因轴串、振动所产生的磨损；3）金属波纹管用于高温介质；4）聚四氟乙烯波纹管用于腐蚀性介质。,53,2.9 机械密封,集装式机械密封（图1-6）1）将机械密封、轴套、压盖组合成一个整体。2）安装时只需固定压盖、轴套，取下定位挡块即可。3）安装方便，排除了安装不良的影响。,54,2.9 机械密封,2.9.5 机械密封的冲洗冲洗的作用：冷却、润滑、净化、保压（易汽化介质）、保温和供热（低温泵）。冲洗的分类：自冲洗(介质冲洗）:依靠泵本身产生的压差（或密封腔内的泵送装置产生的压差）使密封介质通过密封腔形成闭合回路，介质在当中循

29、环实现冲洗。,55,2.9 机械密封,2.注入式冲洗（简称冲洗）:对于内装单端面机械密封，当被密封介质不宜作冲洗液时（如含固体颗粒，比如炼油厂催化裂化装置中的油浆泵）或温度高、粘度大（如炼油厂常减压装置中的塔底泵），需从外部引入密封流体（炼油厂常用蜡油和柴油馏分）注入到密封腔中，改善密封工作环境。适用于单端面密封的高温泵，易结晶、含固体颗粒或腐蚀性介质泵。,56,2.9 机械密封,3.循环冲洗:通过产生压差的设施（泵效环、外加油站、热虹吸原理）使外加封液进行循环，达到冲洗的目的。,57,2.9 机械密封,API Piping Plans：API 冲洗方案21（glycol boost pump）,58,2.9 机械密封,API Piping Plans：API 冲洗方案31,59,2.9 机械密封,API Piping Plans：API 冲洗方案53,60,2.9 机械密封,更多冲洗方案的选用可参考API 610/682 Piping Plans冲洗方案。,61,密封基本知识介绍,欲知详情如何？且听下回分解,62,密封基本知识介绍,Any Questions？,63,密封基本知识介绍,Thank you!,