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一文讲全密封技术基础知识

发布时间:2022-09-20 20:12:30 来源:环球体育官网是多少 作者:环球体育官网链接
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  泄漏是机械设备常产生的故障之一。造成泄露的原因主要有两方面:一是由于机械加工的结果,机械产品的表面必然存在各种缺陷和形状及尺寸偏差,因此,在机械零件联接处不可避免地会产生间隙;二是密封两侧存在压力差,工作介质就会通过间隙而泄漏。

  减小或消除间隙是阻止泄漏的主要途径。密封的作用就是将接合面间的间隙封住,隔离或切断泄漏通道,增加泄漏通道中的阻力,或者在通道中加设小型做功元件,对泄漏物造成压力,与引起泄漏的压差部分抵消或完全平衡,以阻止泄漏。

  对于真空系统的密封,除上述密封介质直接通过密封面泄漏外,还要考虑下面两种泄露形式:

  渗漏。即在压力差作用下,被密封的介质通过密封件材料的毛细管的泄漏称为渗漏;

  扩散。即在浓度差作用下,被密封的介质通过密封间隙或密封材料的毛细管产生的物质传递成为扩散。

  密封可分为相对静止接合面间的静密封和相对运动接合面间的动密封两大类。静密封主要有点密封,胶密封和接触密封三大类。根据工作压力,静密封由可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软,垫片较宽的垫密封,高压静密封则用材料较硬,接触宽度很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作用相对运动的零部件是否接触,可以分为接触式密封和非接触式密封。一般说来,接触式密封的密封性好,但受摩擦磨损限制,适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性较差,适用于较高速度的场合。

  对密封的基本要求是密封性好,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。

  密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同,以及设备的工作条件不同,要求密封材料的具有不同的适应性。对密封材料的要求一般是:

  5)抗腐蚀性能好,在酸,碱,油等介质中能长期工作,其体积和硬度变化小,且不粘附在金属表面上;

  橡胶是最常用的密封材料。除橡胶外,适合于做密封材料的还有石墨等,聚四氟乙烯以及各种密封胶等。

  通用的橡胶密封制品在国防,化工,煤炭,石油,冶金,交通运输和机械制造工业等方面的应用越来越广泛,已成为各种行业中的基础件和配件。

  丁腈橡胶具有优良的耐燃料油及芳香溶剂等性能,但不耐酮,酯和氯化氢等介质,因此耐油密封制品以及采用丁腈橡胶为主。

  氯丁橡胶具有良好的耐油和耐溶剂性能。它有较好的耐齿轮油和变压器油性能,但不耐芳香族油。氯丁橡胶还具有优良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡胶的交联断裂温度在200℃以上,通常用氯丁橡胶制作门窗密封条。氯丁橡胶对于无机酸也具有良好的耐腐蚀性。此外,由于氯丁橡胶还具有良好的挠曲性和不透气性,可制成膜片和线 天然橡胶

  天然橡胶与多数合成橡胶相比,具有良好的综合力学性能,耐寒性,较高的回弹性及耐磨性。天然橡胶不耐矿物油,但在植物油和醇类中较稳定。在以正丁醇与精制蓖麻油混合液体组成的制动液的液压制动系统中作为密封件的胶碗,胶圈均用天然橡胶制造,一般密封胶也常用天然橡胶制造。

  氟橡胶具有突出的耐热(200~250℃),耐油性能,可用于制造气缸套密封圈,胶碗和旋转唇形密封圈,能显著地提高使用时间。

  硅橡胶具有突出的耐高低温,耐臭氧及耐天候老化性能,在-70~260℃的工作温度范围内能保持其特有的使用弹性及耐臭氧,耐天候等优点,适宜制作热机构中所需的密封垫,如强光源灯罩密封衬圈,阀垫等。由于硅橡胶不耐油,机械强度低,价格昂贵,因此不宜制作耐油密封制品。

  三元乙丙橡胶的主链是不含双键的完全饱和的直链型结构,其侧链上有二烯泾,这样就可用硫磺硫化。三元乙丙橡胶具有优良的耐老化性,耐臭氧性,耐候性,耐热性(可在120℃环境中长期使用),耐化学性(如醇,酸,强碱,氧化剂),但不耐脂肪族和芳香族类溶剂侵蚀。三元乙丙橡胶在橡胶中密度是最低的有高填充的特性,但缺乏自粘性和互粘性。此外,三元乙丙橡胶有突出的耐蒸汽性能,可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡胶已广泛用于洗衣机,电视机中的配件和门窗密封制品,或多种复合体剖面的胶条生产中。

  聚氨脂橡胶具有优异的乃磨性和良好的不透气性,使用温度范围一般为-20~80℃。此外,还具有中等耐油,耐氧及耐臭氧老化特性,但不耐酸碱、水、蒸汽和酮类等。适于制造各种橡胶密封制品,如油封、O形圈和隔膜等。

  氯醚橡胶兼有丁腈橡胶,氯丁橡胶,丙烯酸酯橡胶的优点,其耐油、耐热、耐臭氧、耐燃、耐碱、耐水及耐有机溶剂性能都很好,并有良好的工艺性能,其耐寒性较差。在使用温度不太低的情况下,氯醚橡胶仍是制造油封,各种密封圈,垫片,隔膜和防尘罩等密封制品的良好材料。

  丙烯酸酯橡胶具有耐热油(矿物油,润滑油和燃料油),特别是在高温下的耐油稳定性能,一般可达175℃,间隙使用或短时间可耐温200℃。它的缺点是耐寒性差。因此在非寒冷地区适合制作耐高温油的油封,但不适合作高温下受拉伸或压缩应力的密封制品。

  垫密封的泄漏有三种形式:界面泄漏,渗透泄漏和破坏性泄漏。其中以前二者为主要形式。

  密封垫的选用原则是,对于要求不高的场合,可凭经验选取,不合市时再更换。但对于那些要求严格的场合,例如易爆,剧毒和可燃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。一般来说,在常温低压时,选用非金属软蜜密封垫;中压高温时,选用金属与非金属组合密封垫或金属密封垫;在温度,压力有较大的波动时,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,应考虑具有特殊性能的密封垫。这里需要说明的是法兰情况对垫片选择的影响。

  法兰形式的影响。法兰形式不同,要求使用的垫片也不同。光滑面法兰一般只用于低压,配软质的薄密封垫;在高压下,如果法兰的强度足够,也可以用光滑面法兰,但应该用厚软质垫,或者用带内加强环或加强环的缠绕密封垫。在这种场合,金属垫片也不适用,因为这时要求的压紧力过大,导致螺栓较大的变形,使法兰不易封严。如果要用金属垫片,则应将光滑面缩小,使其与垫片的接触面积减小。这样,在螺栓张力相同的情况下,缩小后的窄光滑面的压紧应力就会增大。

  法兰表面粗糙度的影响。法兰表面粗糙度对密封效果影响很大,特别是当采用非软质垫片时,密封表面粗糙的度值大是造成泄露的主要原因之一。例如,车削法兰面的刀纹是螺旋线,使用金属垫片时,如果粗糙度值较大,垫片就不能堵死刀纹所形成的这条螺旋槽,在压力作用下,介质就会顺着这条沟槽泄漏出来。软质密封垫对法兰面的光洁程度要求低很多,这是因为,它容易变形,能够堵死加工刀纹,从而防止了泄漏。对软质垫片,法兰面过于光滑反而不利,因为此时发生界面泄漏阻力变小了。所以,垫片不同,所要求的法兰表面粗糙度也不相同。

  此类密封胶以橡胶为基料。常用橡胶有聚硫橡胶,硅橡胶,聚氨酯橡胶,氯丁橡胶和丁基橡胶等。

  此类密封胶以树脂为基料。常用树脂有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸树脂、聚氯乙烯树脂等。

  此类密封胶以油料为基料。常用的油类有各种植物油如亚麻油,蓖麻油和桐油,以及动物油(如鱼油)等。

  此类密封胶系列利用空气中的水分进行硫化。它主要包括单组分的聚氨酯、硅橡胶和聚硫橡胶等。其聚合物基料中含有活性基因,能同空气中的水发生反应,形成交联键,使密封胶硫化成网状结构。大气中的湿气作为硫化反应中的催化剂。

  双组分的聚氨酯、硅橡胶、聚硫橡胶、氯丁橡胶和环氧树脂密封胶都属于这一类,一般在室温条件下完成硫化。某些单组分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡胶密封胶以及聚氯乙烯溶胶糊状密封胶(如汽车用点焊胶),则须在加条件下经化学反应完成硫化。

  用增塑剂分散的聚氯乙烯树脂和含有沥青的橡胶并用的密封胶是两个不同类型的热转变体系 。乙烯基树脂增塑体在室温下是液态悬浮体,通过加热转化为固体而硬化;而橡胶——沥青并用密封胶则为热熔性的。

  表面干燥的嵌缝或安装玻璃用密封胶属这种类型,主要以干性和半干性植物油为基材。着中类油料可以是精制聚合的、吹制的或化学改性的。用环烷酸钴作催干剂加速表面干燥而内部不硬化;环烷酸铅可使表面和内部都硬化;而环烷酸锰使内部硬化更有效。

  这是以溶剂挥发后无粘性高聚物为基料的密封胶。这一类密封胶主要有丁基相交、高分子量聚异丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡胶等密封胶。

  这类密封胶通常包括以聚丁烯、中等分子量的聚异丁烯、高粘度的非氧化性粘接料如苯乙烯基油、不干性植物油、吹制半干性油或丁基橡胶为基料的密封胶。

  这类密封胶属低级别密封胶,通常采用3种主要材料:油和树脂;聚丁烯;沥青。常用于密封小窗户的固定玻璃,其接缝移动变形量最大为 +5%或-5%,使用有效期一般为2年。

  这类密封胶包括经硫化可形成弹性状态的液态聚合物。他们具有承受重复的接缝变形能力。液态弹性体密封胶使用寿命一般为15~20年。这类密封胶具有高的粘接力和剪切强度,室温下具有良好的柔软性。其缺点为价格高,通常情况下需要底胶,双组分密封胶现场混合不方便,硫化时对温度和湿度敏感等。

  热熔密封胶又称为热施工型密封胶,是指以弹性体同热塑性树脂掺合物为基料的密封胶。

  热熔密封胶可配制成性能接近于液体弹性密封胶,但它比液体弹性体密封胶优越的是不需要加入硫化剂。

  这类密封胶主要用于机械结合面的密封,以代替固体密封材料(纸片、石棉、软木和硫化橡胶),以防止机械内部流体从结合面泄露,所以液体密封胶又称为液体垫圈。

  这类密封胶又可分为刚性和柔性两类。刚性密封胶硫化或凝固后形成的固体,很少具有弹性;柔性密封胶在硫化后具有弹性及柔软性。

  这类密封胶是软质凝固性的密封胶,施工后仍保持不干性(增粘剂不断地迁移到表面)状态。这种胶通常为膏状,可用刮刀或刷子施用到接缝中,可以配合出不同粘度和不同性能的密封胶使用。

  液体密封胶的施工方法可根据胶的状态选用。膏状密封可用刮刀刮涂或注射枪注射施工;液体密封胶采用的刷子刷涂或喷涂施工;膜状密封胶用铺贴方法施工。

  非硫化型密封胶大部分为不干性和半干性,其中呈腻子状的又称非硫化型腻子。这类胶对温度敏感性小,在使用温度范围内密封胶不变形,不开裂,不结皮,而且长期储存性好,但力学性能低,适用于可拆卸部位或紧固联接接合面密封、沟槽密封及填堵较大的结构空隙,在液体密封垫中占主要地位,广泛应用于可拆卸部位的密封。

  填料蜜密封是一种最古老的密封方式,在中国已有上千年的历史。它最早以棉、麻的纤维填塞在泄露通道内来阻止液流泄露,主要用作提水机械的密封。

  填料密封主要用作动密封。它广泛用作离心泵、压缩机、真空泵、搅拌机和船舶螺旋桨的转轴密封,往复式压缩机、制冷机的往复运动轴封,以及各种阀门阀杆的旋动密封等。为了适应上述设备的工作条件,填料密封必需具备下列条件:

  2)有足够的化学稳定性,不污染介质,填料不被介质泡胀,填料中的侵渍剂不被介质溶解,填料本身不腐蚀密封面。

  填料的种类很多,可以从其功用方面、构造方面和材料方面分类,最常用的有下面四类:绞合填料、编结填料、塑性填料、金属填料。

  编结填料是以棉、麻以及石棉纤维纺线后编结而成,并于其中侵入润滑剂或聚四氟乙烯。

  碳纤维填料是一种新型填料。其优异的自润滑性能、耐高、低温性能和耐化学品性能引起人们的极大的注意,而且作为压缩填料的弹性和柔软性也极为良好,其缺点仅在于有渗透泄漏,但侵渍聚四氟乙烯或其他粘接剂之后可以防止。目前其成本较高,但随着碳纤维的发展,其成本定会下降,因此,碳纤维填料是一种最为理想和最有希望的填料。`

  4)对成卷包装的填料,使用时应先取一根与轴径同尺寸的木棒,将填料缠绕在其上,再用刀切断,切口最好呈450斜面,对切断后的每一节填料,不应让它松散,更不应将它拉直,而应取与填料同宽度的纸带把每节填料呈圆圈形包扎好,置于洁净处。

  6)取一只与填料强同尺寸的木质两半轴套,合于轴上,将填料推入腔的深部,并用压盖对木轴套施加一定的压力,使填料得到预压缩。

  成型填料密封泛指用橡胶、塑料、皮革及金属材料经模压或车削加工成型的环状密封圈。

  成型填料按工作特性分为挤压型密封圈和唇形密封圈两类;按材料可分为橡胶类、塑料类、皮革类和金属类。各种材料的挤压型密封圈中橡胶挤压型密封圈应用最广,其中O形圈历史最悠久,最典型。唇形密封圈的类型很多,有V形、U形、L形、J形和Y形等。

  5)当填料不能从轴向装入时,可以开切口使用,只要安装时将切口互相错开,不影响密封效果。其缺点是摩擦阻力较其他成型填料的大。

  鼓形密封圈又称活塞密封圈,它是为单向和双向工作的活塞而设计的。密封圈的截面、衬套或挡环的结构与活塞的设计有很大关系。由于有各种性能的要求,所以鼓形密封圈的结构也不可能是一致的。

  3)密封性能好,使用寿命较长,对机器的振动和主轴的偏心都有一定的适应性。

  防尘密封的材料,油压机械多用橡胶,气压机械多用毛毡,飞机和寒带工作的油缸为了对付活塞杆外部结冰而用金属,化工部门为防止活塞杆上的粘着物也用金属。

  防尘密封对保护关键性的液压设备是十分重要的。渗入尘土,不仅磨损密封件,而且会大大的磨损导向套和活塞杆。此外,杂质进入液压介质中,也会影响操作阀和泵的功能,在最坏的情况下,也可能损坏这些装置。防尘圈能除掉活塞杆表面上的尘土和杂物,但损坏活塞杆上的油膜,这对密封件的润滑也有一定作用。

  1995年由美国帕佩尔(Papell)发明的磁性流体,是把磁铁矿等强磁性的微细粉末(约100Å)在水、油类、酯类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下,既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性,可以被磁铁所吸引的特性。

  磁流体是一种叫胶体溶液。作为密封用的磁流体,其性能要求是:稳定性好,不凝聚、不沉淀、不分解;饱和磁化强度高;起始磁导率大;粘度和饱和蒸气低,其他如凝固点、沸点、导热率、比热和表面张力等也有一定的要求。

  影响磁流体稳定的主要因素有:微粒力度大小、表面活性剂和载液以及它们的合理配比。稳定性是磁流体各种特性存在的前提。

  圆环形永久磁铁,极靴和转轴所构成的磁性回路,在磁铁产生的磁场作用下,把放置在轴与极靴顶端缝隙间的磁流体加以集中,使其形成一个所谓的“O”形环,将缝隙通道堵死而达到密封的目的。这种密封方式可用于转轴是磁性体和转轴是非磁性体两种场合。前者磁束集中于间隙处并贯穿转轴而构成磁路,而后者磁束比不通过转轴,只是通过密封间隙中的磁流体而构成磁路。

  1)蒸发。磁流体由磁性微粒、表面活性剂和载液3部分组成,载液的蒸发是决定密封极限旋转频率和使用寿命的主要因素。因为密封是靠有限的磁流体工作的。为此,应选用蒸汽压低的载液,使蒸发损失为最小值。

  2)温升。温度升高会导致磁铁退磁和磁流体的蒸发。因为温度升高,粘度降低,功率消耗也就降低,这是有利的一面。但是温度的、升高,磁饱和强度下降,也可能使密封的耐压能力有些下降,因此,磁流体温度一般不应高于105℃,否则应采用冷却措施。

  3)极限真空度。磁流体密封极限真空度取决于载液的挥发度,用二脂润滑剂作成的载液可满足1.333×10-7Pa超高线)周速。一般磁流体密封适用于高周速30m/s以上的运转,无极限标志。但考虑到温度和散热,周速应限制在60~80m/s,此时还要考虑极限耐压能力。

  高压密封的型式很多,按其工作原理分为强制密封和自紧密封两类。强制密封是依靠联接件(螺栓)的预紧力来保证压力容器的顶盖、密封元件和圆筒体端部之间具有一定的接触压力,以达到密封的目的。自紧密封是随着压力容器内的操作压力增加,密封元件与顶盖、圆筒体端部之间的接触压力也随之增加,由此实现密封作用。自紧密封的特点是压力越高,密封元件在接触面的压紧力就 越大,密封性能也就越好,操作条件波动时,密封仍然可靠。但是结构比较复杂,制造较困难。自紧密封按密封元件变形方式还可以分为轴向自紧密封和径向自紧密封。按密封材料性能,高压密封又可分为使密封元件产生塑性变形的塑性密封,使密封元件产生弹性变形的弹性密封。

  3)自紧密封有楔形密封,五德密封,空心金属O形环密封,C形环密封,B形环密封,三角垫密封,八角垫密封,平垫自紧密封及橡胶O形圈密封等。

  真空联机密封性能取决于联接处的泄露和真空材料的放气。对任何真空系统总希望漏、放气量与密封形式、密封材料、加工精度及装配质量等诸多因素有关,故在联接处总会存在一定的漏、放气量,因此可根据真空系统工作的性质,真空室工作工作应力的高低及其出口处抽气速度的大小提出要求。线Pa真空范围内广泛使用合成橡胶、环氧树脂和塑料。当线Pa的真空范围时,这些密封材料就不能用了,需要应用超高真空的密封材料如金或铜作垫圈,而真空壳体不能用软刚需要改用不锈钢。

  超真空气体内的气体状态是动态平衡状态。系统内的压力极限,一方面与泵的有效抽速有关,另一方面与来自真空壳体及其内部的零部件的气流量有关。因虽有系统的有效抽速由于泵有结构尺寸和费用的原因,总存在实际限制。所以,减少气流量就成为达到超高真空状态的基本设计目标,成为选择超高真空材料的主要准则。

  作为真空系统内部用的材料,要求饱和蒸汽压低,为了减少慢性解吸和体出气,要求能耐450℃高温烘烤,而不降低机械强度和不发生化学和物理损伤。作为真空系统壳体材料,要求能忽略气体渗透,承受得住大气压的压力,烘烤期间耐空气侵蚀和不发生漏气。此外,要求选用材料,加工制作容易,价廉易得。

  对于线Pa的超高真空,虽然天然和合成橡胶是理想的密封圈材料,弹性好,装配成真空密封后法兰螺栓受力很小,而且可以多次重复使用。但由于超高真空系统要求密封圈材料耐250℃烘烤,实际上可可供选用的几种橡胶材料都不能满足要求。真空度更高(即压力更低)的超高真空,则必须采用金属密封。

  1)J型真空用橡胶密封。J型真空用橡胶密封圈工作表面应平整光滑,不允许有气泡杂质、凹凸不平等缺陷。

  常用的金属密封圈的材料有金丝和无氧铜两种,它们有下列一些性能:金(Au)具有高的化学稳定性,高温时不氧化,塑性好,屈服极限比铜或铝低一倍,在较小的夹紧力下即可产生塑性变形,膨胀系数为αg=14×10-6cm/cm•℃,比不锈钢的膨胀系数αs=18×10-6cm/cm•℃稍低。金制密封圈虽有良好的密封性能,但在夹紧力的作用下会发生显著的变形硬化,强度增加。为了保证密封圈密封,必须增大加紧力,而过大的加紧力又会在法兰表面上引起压力痕,影响密封性能。因此,用在要求较高而不经过装拆的联接,拆开后重新装配时需要更换密封圈。由于金的价格比较贵,它的应用受到较大的限制。

  铜(Cu)的热膨胀系数为αs=16.4×10-6 cm/cm•℃。铜的硬度比较大,铜制密封圈在使用前必须在真空或氢气中进行退火处理,消除内应力。无氧铜是目前超高真空密封联接中常用的密封圈材料。其不足之处是高温烘烤中与大气接触部分会氧化,因此,在要求高的情况下,将无氧铜的密封圈的表面镀一层金,使其具有更好的密封性能。作为联接用的法兰盘材料也必须能承受高温烘烤、抗氧化以及在高温时仍有良好的力学性能。最常用的材料是不锈钢。法兰密封表面的粗糙度和尺寸就精度均应满足超高线 采用软件变形的动联接密封

  真空转轴密封具有代表的典型结构是接触式的威尔逊密封。为了防止轴在高速旋转、下气体的泄露,只能增加密封接触界面上的压力。但是由此而产生的摩擦发热问题却难以解决。因此,研制摩擦损失小,使用寿命长的新型密封结构已成为真空装置中应当解决的重大问题之一。为了解决这一问题,近年来应用磁流体进行真空转轴动密封的技术已经在国内外取得了成功。

  1)磁流体密封真空转轴可消除密封件间的接触所产生的摩擦损失,提高轴的转速(可达120000r/min),大大减少泄露。如果采用低蒸汽压的磁流体可将线)磁流体的密封结构简单,维护方便,轴与极靴间的间隙较大,因此可不必要求过高的制造精度。

  离心密封的特点:它没有直接接触的摩擦副,可以采用较大的密封间隙,因此能密封含有固相杂质的介质,磨损小,寿命长,若设计合理可以做到接近于零泄露。但是这种密封所能克服的压差小,亦即密封的减压能力低。离心密封的功率消耗大,甚至可达泵有效功率的1/3。此外,由于它是一种动力密封,所以一停车立即丧失密封功能,为此必须辅以停车密封。

  如果工作轮后盖板上无叶片,亦即为光滑盘时,则处于后盖板与泵壳间隙腔中的液体将以工作轮角速度的ω/2的旋转。此时,间隙空腔中的压力沿径向按抛物线中的压力将沿ABEKG分布,也就是说,轴封处的压力降低了。

  停车密封是动力密封的重要组成部分。当部件旋转频率降低或停车时,动力密封失去密封能力,只有依靠停车密封阻止流体泄漏。某些液封和气封液带有停车密封,以便停车后将封液、封气系统关闭。停车密封的结构类型有多种,其中应用最广的是离心式停车密封,此外还有压力调节式停车密封,胀胎式停车密封等。

  6)能用于10000~20000r/min的高速旋转流体机械,尤其使用于气体压缩机,其许用速度高达100m/s以上,这是其他密封所不能比拟的。

  浮环密封属于流阻型非接触式动密封,是依靠密封间隙内的流体阻力效应而达到阻漏目的。由于存在间隙,避免了固体摩擦,适用于高速情况,即可封堵液体,也可封堵气体,但泄露量较大,某些情况下还须配置比较复杂的密封辅助系统。

  浮环密封装置的结构有多种型式,其主要型式有:宽环和窄环、光滑环和开口环、 液膜和干式浮动环。

  宽环的宽度相对其直径来说较大,其比例l/D=0.4~0.6。这种环的特点在于工作时作用在此环上的流体动力要比窄环大,并且不需用对正中心的附件。在一定的压差和泄露量之下,其数目可以比窄环少些,这样,密封装置的结构可以简化,并便于装拆和检修。

  窄环的宽度相对其直径较小,其比例l/D=0.1~0.2。窄环与轴的间隙较小,工作时,间隙中形成的流体动力较小,因此其自动同心的能力较差,大多用橡胶O型圈来帮助对正中心。由于采用这种辅助措施,偏心度较小,停车时间也较少,这样,虽然环窄,泄露量却不大。

  由于作用在每个窄环上的压力差比宽环小,所以环作用在隔离环端面上的压力也就小,即窄环容易浮动。

  光滑环的内孔是光滑的;开槽环的内孔全长开槽或部分开槽。由于光滑环与轴表面的间隙中水力摩擦较小,使用中回出现较大的泄露量。开槽环的内孔加工有许多道环形槽,与轴的 间隙中水力摩擦较大,在同样的压差和同样的宽度下,泄露量要比光滑环小,特别是在高转速下可以作到完全不漏,液膜形成也很稳定,能有效的起到密封作用。所以,对于高速转轴,开槽环比光滑环好,如将光滑浮环密封与机械密封作比较,在低速时机械密封的泄露量少些,高速下则光滑环少些,因此,高速转动密封宜用光滑环。但是,当旋转频率太高时,由于密封油的粘性阻滞作用,密封油会发热。为了散热,常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除与环的形式有关外,还与运动速度、油的特性、入口油温和大气温度等有关。

  石墨浮环密封:波形片弹簧的弹力及气体压力使各浮动环的一个端面分别与各隔离环的一个端面紧密贴合,组阻止气体沿径向泄露,并靠端面的摩擦力防止环转动通过浮动环密封沿轴向漏出的少量气体由排漏空排出,或引至主机的气体进口。石墨浮环密封的工作间隙不是定值,而是随摩擦发热状况而自行调整,故有“热自调间隙密封”之称。

  石墨既耐腐蚀又耐热,但它太脆,在径向载荷作用下易断裂。在离心压气机中,采用了石墨作浮环,为了防止断裂,常在石墨环的外周镶有金属环。石墨环用冷缩方法套用金属环内,然后再加工石墨环的内孔,使之达到规定的尺寸。当轴封的温度上升时,如镶环与轴的材料相同或相似,他们的膨胀量就会相同或相差不大。而不致影响密封性能。这种结构已成功应用于温度高达400℃的气体密封。

  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。

  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。

  由于流体通过迷宫缝口,会因惯性的影响而产生收缩,流束的截面减小。设孔口面积为A,则收缩后的流束最小面积为 Cc A,此处 Cc 是收缩系数。同时,气体通过孔口后的速度也有变化,设在理想状态下的流速为u1,实际流速比u1小,令Cd为速度系数,则实际流速u1为u1= Cd u1于是,通过孔口的流量将等于q=CcCdA u1式中Cc•Cd=α(流量系数)。

  迷宫缝口的流量系数,与间隙的形状,齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体,还与雷诺数有关;对压缩性流体,还于压力比和马赫数有关。同时,对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫只,不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验,第一级的流量系数小一些,第二级以后的缝口流量系数大一些,一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小,约在0.7左右,圆齿的流量系数接近于1,通常取α=1,计算的泄露量是偏大。

  理想的迷宫流道模型,它是由一个个环形齿隙和齿间空腔串联而成的。气体每通过一个齿隙和齿间空腔的流动可描述如下:在间隙入口处,气体状态为p0,T0和零开始,气体越接近入口,气流越是收缩和加速,在间隙最小处的后面不远处,气流获得最大的速度;当进入空腔,流速截面突然扩大,并在空腔内形成强烈的旋涡。从能量观点来看,在间隙前后,气流的压力能转变为动能。同时,当温度下降(热焓值h减小),气体以高速进入两齿之间的环行腔室时,体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦的结果,使气流的绝大部分动能转变为热能,被腔室中的气流所吸收而升高温度,热焓又恢复到接近进入间隙前的值,只有小部分动能仍以余速进入下一个间隙,如此逐级重复上述过程。

  在理想迷宫中,认为通过缝口的气流在膨胀室内动能,全部变成热能。也就是说,假定到下一个缝口时的渐近速度等于零,但这只是在膨胀室特别宽阔和特别长时才成立。在一般直通迷宫中,由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散,在膨胀室内不能充分的进行这种速度能(动能)向热能的能量转换,而靠光滑壁一侧有一部分气体速度不减小或者只略微减小,直接越过各个齿顶流向低压侧,把这种一掠而过的现象称为 “透气效应”。

  由于在轴表面加工沟槽或各种形状的齿要比孔内加工容易,因此常把孔加工成光滑面,与带槽或带齿的轴组成迷宫,这就是直通型迷宫,因制作方便,所以直通型迷宫应用最广。但是,直通型迷宫存在着透气现象,其泄露量大于理想迷宫的泄露量。

  除特殊情况外,一般气轮机、燃气轮机等叶轮机械都采用迷宫式气体密封。其径向间隙应根据以下因素选取:轴承间隙,制造公差与装配误差,部件的变形(如铸件收缩和失圆),转子的挠度,以及通过临界旋转频率时的振幅,热膨胀以及由此引起的变形等。在多种情况下,热膨胀的影响最突出。因此,对启动与停车时单个部件尺寸的变化,以及部件的相对位移必须预先估算。可用静态和动态有限元算法出随时间变化的热膨胀规律,由此可了解哪些是临界条件,间隙实际上应当多大尺寸。

  螺旋密封应用于许多尖端技术部门,如气冷堆压缩机密封、增殖堆钠泵密封等。有时也用于减速机高速轴密封。它的最大优点是密封偶件之间既使有较大的间隙,也能有效的起密封作用。如设计合理,其使用寿命可达无限大。由于可以从材料上作广泛的选择,且制造上极其容易,当压差不大时,螺旋密封功率耗损和发热都很小,用冷却水套散热已足够。螺旋密封往往需要辅以停车密封,这样就使结构复杂,并加大了尺寸,故常使应用受到限制。螺旋密封可用于高温、深冷、腐蚀和带有颗粒等的液体,密封条件苛刻,密封效果良好。

  螺旋密封的轴表面开有螺旋槽,而孔为光表面,这同迷宫密封的开槽情况是一致的,所以可以把螺旋密封看成是迷宫密封的一种特殊型式,称为螺旋迷宫。但是,螺旋迷宫的齿是连续的,不象前述的各种迷宫的齿是连续的齿。由于齿的连续性,通过齿的介质的流动状态发生变化。螺旋槽不再作为膨胀室产生旋涡来消耗流动能量,而是作为推进装置与介质发生能量交换,产生所谓的“泵送作用”,并产生泵送压头,与被密封介质的压力相平衡,即压力差 p=0,从而阻止泄露。所以在密封机理上与迷宫密封略有不同。但是,介质在通过间隙时会有一部分越过齿顶留过,而不沿槽向流动,即有透气效应,这和迷宫密封中的情况是一样的。

  单段螺旋,它利用螺旋杆泵原理,利用螺旋的泵送作用,把沿泄露间隙的介质推赶回去,以实现密封。它适用于密封液体或气液混合物,无须外加封液,常用于轴承封油。须注意的,螺旋的赶油方向需与油的泄露方向相反,否则,不但不能实现密封,反而会导致泄露量急剧增加。

  两段旋向相反的螺旋在高旋转频率下将气体向两侧排出,使中间形成高真空陷阱以实现密封。这种密封可用作真空密封。

  迷宫螺旋密封在工业上使用还是不久以前的事,它与螺旋密封的不同之处在于:在轴表面车制了螺旋槽,在密封的孔上也车制成螺套,而且具有与轴相反的螺纹旋向,使轴与螺套间的流动形成强烈的紊流。此外,迷宫螺旋密封的螺旋运动速度要比螺杆密封的高,它在紊流工况下用于低粘度液体。螺旋密封一般用于层流工况下大粘度液体(如粘度大于水的液体)。

  工作原理:在螺杆与螺套之间的工作空间内,液于螺套两齿面和螺杆两齿面所围成的若干个蜂窝状的空间内。螺杆与螺套表面间的缝隙呈带凹槽的环形柱面。液体通过这些螺纹时形成旋涡,方向与流出方向相反。由于螺杆绕流液体的动量交换结果,螺杆将能量传给液体。螺旋和螺套与液体相互作用,其结果在通过螺杆与螺套之间间隙的名义分界面上产生摩擦力。液体中产生的摩擦力就在螺杆与螺套之间产生了压力。

  机械密封又称端面密封(Mechanical Seal),是旋转轴用动密封。机械密封性能可靠,泄漏量小,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密封要求。

  机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持接合并配以辅助密封而达到的阻漏的轴封装置。

  2)使用寿命长,在油、水介质中一般可达1~2年或更长,在化工介质中一般能工作半年以上;

  4)检查主机的窜动量、摆动量和挠度是否符合技术要求,密封腔是否符合安装尺寸,密封端盖与轴是否垂直,一般要求:轴窜动量不大于±0.5mm;轴摆动量(旋转环密封圈处)不大于0.06mm;轴最大挠度不大于0.05mm;密封端盖与垫片接触平面对中心线)应保持清洁,特别是旋转环和静止环密封面及辅助密封圈表面应无杂质、灰尘。不允许用不清洁的布擦拭密封面。

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