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1、密封基础知识介绍,主讲：何 兵2012年12月31日,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。密封的分类见下表。,1、密封的类型和分类,密封件材料应满足密封功能的要求。由于被密封的工作介质以及设备工作条件的不同，密封件材料应具有不同的适应性。,密封材料的一般要求：1）材料密实，不易泄漏工作介质；2）对工作介质有良好的适应性和稳定性；3）有适当的机械强度和硬度，受工作介质的影响小；4）压缩性和复原性好，永久变形小；5）温度适应性好，高温下不软化、不分解；低温下不硬化、不脆裂；,1.对密
2、封件材料的要求,密封材料的一般要求：6）摩擦因数小，耐磨性好；7）抗腐蚀性能好，能在工作介质中长期工作，其体积和硬度变化小；8）与密封面贴合的柔软性和弹性好；9）耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长；10）加工性能好，价格低廉。,2、密封的类型和分类,3、密封的类型与选择,3.1.3 密封材料的选择用于密封件的材料常有以下几种：1.液体材料 2.纤维材料 3.弹性材料 4.无机材料 5.金属材料,4、密封装备,4.1 O型密封圈4.2 迷宫式密封4.3 机械密封,4.1O型密封圈,4.1.1O型密封圈的定义O形封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，如图所示。其材料主要为丁腈橡胶或氟橡胶。O形密封圈是液压与
3、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移动密封。,O形密封圈d1O形圈内径 d2O形圈截面直径,其使用速度范围一般为0.0050.3m/s。当圆周速度小于2m/s 用于旋转运动密封。如液压挖掘机的中央回转接头的分配阀动密封机构。一般O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。,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。,4.1 O型密封
4、圈,4.1.2 O型密封圈的密封原理1.用于静密封时的密封原理,当没有介质压力时，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，如图所示。,O形密封圈的静密封原理a)空载状态,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,4.1 O型密封圈,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Q。此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为p1+p=pm，从而大大增加了密封效果，如图所示。,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
5、O形密封圈的自密封作用。,O形密封圈的静密封原理b)承载状态,4.1O型密封圈,2.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。,O形密封圈的动密封原理,4.1O型密封圈,4.2迷宫式密封,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
6、、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。,4.2迷宫式密封,4.2.1迷宫密封的密封机理 流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。,4.2迷宫式密封,4.2.2迷宫密封的结构型式迷宫密封按密封齿的结构不同，分为密封片和密封环两大类型。密封片结构紧凑，运转中与机壳相碰，密封片能向两侧
7、弯曲，减少摩擦，且拆换方便。密封环由68块扇形块组成，装入机壳与转轴中，用弹簧片将每块环压紧在机壳上，弹簧片压紧力约60100N，当轴与齿环相碰时，齿环自行弹开，避免摩擦。这种结构尺寸较大，加工复杂，齿磨损后将整块密封环调换，因此应用不及密封片广泛。,4.2.3 迷宫特性的影响因素：1)齿的影响。齿距一定时，齿数越多，泄露量越少。齿距改变时，齿距越大，泄露量会急剧下降，同时还可以减少透气现象的影响。2)膨胀室的影响。国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究，结论是浅的膨胀室对减少泄露量有利。根据对膨胀室流动状态的观察，认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。由于旋涡能很快地把能量耗尽，所以膨胀室的渐近速度
8、减小，起到减小泄漏的效果。3)副室的影响。所谓“副室”是指直通型迷宫光滑面上开的附属槽，开槽后迷宫中的流动状态立即发生明显的变化。试验证明，只要副室的位置恰当，泄露量的减少率是相当大的。,4.2.4迷宫密封设计的注意点总结迷宫密封设计中积累的经验，归纳起来有下列要点：1）尽量使气流的动能转化为热能，而不使余速进入下一个间隙。齿与齿之间应保持适当的距离，或用高-低齿强制改变气流方向。齿间距一般为59mm。2）密封齿要做得尽量薄,并带锐角。齿尖厚度应小于0.5mm，运行中偶尔与轴的相碰时，齿尖先磨损而脱离接触，不致因摩擦出现轴的局部过热而造成事故。3）由于迷宫密封泄露量大，因此在密封易燃、易爆或有
9、毒气体时，要注意防止污染环境。采用充气式迷宫密封，间隙内引入惰性气体，其压力稍大于被密封气体压力；如果介质不允许混入充气，则可采用抽气式迷宫密封。,4.3 机械密封,4.3.1机械密封的作用 1.提高机器效率、降低能耗。2.节约原材料。3.提高机器可靠性。,机械密封工作原理,机械密封的工作原理机械密封又称端面密封，是旋转轴用动密封。机械密封性能可靠，泄露量小，使用寿命长，功耗低。毋须经常维修，且能适应于生产过程自动化和高温，低温，高压，真空，高速以及各种强腐蚀性介质。含固体颗粒介质等苛刻工况的饿密封要求。机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相对润动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保
10、持接合并配以辅助密封而达到的阻漏的轴封装置。,机械密封原理图,机械密封动静组件,机械密封有三个密封点，这三个密封点的密封原理如下：1.动环与静环之间的密封：是靠弹性组件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用，两端面之所以必须高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合和使比压均匀的条件，这是相对旋转密封。2.静环与压盖之间的密封：用各种形状有弹性的辅助密封圈(例如橡胶)来防止液体从静环与压盖之间泄漏，属静密封
11、。3.动环与轴之间的密封：也是用各种形状有弹性的辅助密封圈来防止液体从动环与轴之间泄漏。这是一个相对静止的密封。但当端面磨损时，允许其作补偿磨损的轴向移动。,优点：1）密封可靠，在长期运转中密封状态很稳定，泄露量很小，其泄露约为软填料密封的1%：2）使用寿命长，在油，水介质中一般可达12年或更长。在化工介质中一般工作半年以上：3）擦功率消耗小，其摩擦功率仅为软填料密封的10%50%4）轴或轴套基本上不摩损：5）维修周期长。端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需要经常性维修：6）抗震性好，对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感：7）适用范围广，机械密封能用于高温，低温，高压，真空，不同旋转频率，以及各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封。缺点：1）较复杂，对加工要求高 2）安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的技术水平 3）发生偶然性事故时，处理较困难。,谢 谢!,
