密封基本知识介绍(最终版)

密封基本知识介绍目录1.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2.1O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31.1什么密封？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。41.2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。61.3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”。71.3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密封的分类分类主要密封件静密封非金属静密封O形橡胶密封圈橡胶垫片聚四氟乙烯生料带橡胶-金属复合静密封组合密封垫圈金属静密封金属垫圈空心金属O形密封圈液态密封垫密封胶1.3密封的分类91.4密封件的材料①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。②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密封材料石油基液压油和矿物基润滑酯难燃性液压油使用温度范围水-油乳化液水-乙二醇基磷酸酯基静密封动密封丁腈橡胶聚氨酯橡胶氟橡胶硅橡胶丙烯酸酯橡胶丁基橡胶乙丙橡胶○○○○○××○△○○○××○×○×○○○××○△×△△-40~+120-30~+80-25~+250-50~+280-10~+180-20~+130-30~+120-40~+100一般不用-25~+180一般不用-10~+130-20~+80-30~+120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③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。121.4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名称使用温度/℃主要特点应用范围聚四氟乙烯及加充填物聚四氟乙烯-100~+260耐磨性极佳,耐热\耐塞性优良,能耐几乎全部化学药品及溶剂和油等液体.弹性差,热胀系数大适用于制作挡圈、支承环、导向支承环及压环，与O形圈等组合成同轴密封圈。喷涂、贴粘在密封件工作面，以降低摩擦因数，提高耐热性。制作生料带聚酰胺尼龙-40~+100耐磨性能佳（优于铜和一般钢材），耐弱酸、弱碱和水、醇等溶剂。冲击性好，有一定的机械强度，抗强酸腐蚀性差，溶于浓硫酸、苯酚，有吸水性及冷流性适用于制造挡圈、压环、导向支承环等。三元尼龙与丁腈并用制作往复动密封，可改善密封件性能聚甲醛-40~+100动静摩擦因数较小，耐有机溶剂及化学腐蚀，具有良好的机械性能及抗蠕变性适用于制作往复运动密封圈用的挡圈和导向支承环等④常用金属密封材料金属密封材料主要用于静密封。常用金属密封材料的种类和应用范围见表1-6。14材料使用温度/℃应用范围材料使用温度/℃应用范围铅银黄铜镍紫铜100650260810315适用于高温、高压油、高压水蒸气等场合蒙乃尔合金铝不锈钢钦锆810430870540适用于高温、高压油、高压水蒸气等场合表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152.常用密封件2.1O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0.005~0.3m/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2-1O形密封圈d1—O形圈内径d2—O形圈截面直径162.1O形密封圈2.1.2标准大部分国家对O形密封圈都制定系列产品标准，其中美国标准（AS568）、日本标准（JISB2401）、国际标准（ISO3601/1）较为通用。172.1O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。182.1O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，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2-1O形密封圈的静密封原理a)空载状态192.1O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δ。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2-1O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。202.1O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2-2O形密封圈的动密封原理212.1O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，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。222.1O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2-3O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232.1O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。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。242.1O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1.3~1.5倍，即b=1.3~1.5d。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=1.05~1.1d，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；d—O形密封圈截面直径。252.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1~1.2MPa。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。262.2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。272.2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20~50℃，应引起重视。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。轴径/mm油封唇的过盈量/mm轴径/mm油封唇的过盈量/mm3030~5050~800.5~0.90.6~1.00.7~1.280~120120~180180~2200.8~1.30.9~1.41.0~1.5282.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。292.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，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。302.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。312.常用密封件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