密封基础知识

车氏密封 · 发表于 2008-3-7 09:30:52

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密封基础知识
泄露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露。
减小或消除间隙是阻止泄露的主要途径。密封的作用就是将接合面间的间隙封住，隔离或切断泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加设小型做功元件，对泄露物造成压力，与引起泄露的压差部分抵消或完全平衡，以阻止泄露。
对于真空系统的密封，除上述密封介质直接通过密封面泄露外，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{TodayHot}的泄露称为渗漏；
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。
1.2 密封的分类
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。
1.3 密封的选型
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。
1.4 密封材料
1.4.1 密封材料的种类及用途
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：
1）材料致密性好，不易泄露介质；
2）有适当的机械强度和硬度；
3）压缩性和回弹性好，永久变形小；
4）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂；
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{HotTag}度变化小，且不粘附在金属表面上；
6）摩擦系数小，耐磨性好；
7）具有与密封面结合的柔软性；
8）耐老化性好，经久耐用；
9）加工制造方便，价格便宜，取材容易。
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。
1.4.2 通用的橡胶密封制品材料
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。
橡胶密封制品常用材料如下。
1.4.2.1 丁腈橡胶
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。
1.4.2.2氯丁橡胶
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，可制成膜片和真空用的密封制品。

1.4.2.4 氟橡胶
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。
1.4.2.5 硅橡胶
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。
1.4.2.6 三元乙丙橡胶
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。
1.4.2.7 聚氨脂橡胶
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。
2、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。
3.1 概述
密封材料的功能是填充构形复杂且不利施工的间隙，以起密封作用。密封材料主要有三种类型：
1）硫化型的橡胶垫片或密封圈；
2）非硫化型的密封胶带；
3）无固定形状的膏状或腻子状的液体密封胶。
3.2 密封胶的分类
密封胶的品种及类型很多。为了满足同一使用要求，可以使用几种不同基料的密封胶；而同一种基料又能制造出不同性能和不同的用途的密封胶。从密封胶的制造者和使用者两方面考虑，密封胶有多种分类方法。一般可按下述四种方法进行分类。
体密封垫中占主要地位，广泛应用于可拆卸部位的密封。
4、填料密封
填料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：
1）有一定的塑性，在压紧力作用下能产生一定的径向力并紧密与轴接触。
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。
3）自润滑性能良好，耐磨，摩擦因数小。
4）轴存在少量偏心时，填料应有足够的浮动弹性。
5）制造简单，填装方便。
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。
4.1 绞合填料和编结填料
绞合填料即把几股石棉线绞合在一起，将它填塞在填料腔内即可起密封作用。
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。
4.2 塑性填料
塑性填料是几经膜具压制成型的填料。
4.3 金属填料
金属填料有半金属填料和全金属填料两种。所谓半金属填料是金属与非金属组合而成，全金属填料则不含非金属。
4.4 碳纤维填料
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露，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。`
4.5 填料的选择
选择填料时，应考虑：机器的种类、介质的物理、化学特性、工作温度和工作压力，以及运动速度等，其中尤以介质的腐蚀性（以pH值表示），pH值及使用温度为最重要。
4.6 填料的合理装填
填料的合理装填应按下列步骤进行：
1）清理填料腔，检查轴表面是否有划伤、毛刺等现象。
2）用百分表检查轴在密封部位的径向跳动量，其公差应在允许范围内。
3）填料腔内和轴表面应涂密封剂或与介质想适应的密封剂。
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。
5）装填时应一圈一圈装填，不得同时装填几圈。
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。
7）以同样的方法装填第二圈、第三圈。
8）最后一圈填料装填完毕后，应用压盖压紧，但压紧力不宜过大。
5、成型填料密封
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。
5.1 O型密封圈
O型密封圈简称O型圈，开始出现在19世纪中叶，当时用它作蒸汽机汽缸的密封元件。
O型橡胶密封圈有如下的优点：
1）密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻；
2）有自密封作用，往往只用一个密封件便能完成密封；
3）密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄露；
4）运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应；
5）尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。
5.2 V型密封圈
V型密封圈为一种唇形密封圈，是使用最早使用最多的成型填料之一。它主要用于往复运动，作活塞或活塞杆的密封。很少用于转动中或作静密封。
V形密封圈有下列特点：
1）密封性能良好；
2）允许一定的偏心载荷、和偏心运动；
3）可以多圈重叠使用，并通过调节压紧力来获得最大密封效果；
4）耐冲击压力和振动压力；
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。
5.3 Y型密封圈
活塞密封用的U形和Y形密封圈在形状上略有不同，U形圈的唇长，底部与唇部同厚度或略大于唇部厚度。Y形圈的纯短，底部厚，这是为了克服U形圈常常不能稳定安放而设计的，同时可增大唇的强度，以免唇根部被撕裂。
5.4 鼓形和山形密封圈的结构
5.4.1 鼓形密封圈的结构
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。
5.5 J形和L形密封圈
J形和L形密封圈，都是用于工作压力不大于1MPa的气压或液压机械设备的密封。
J形密封圈的是用于活塞杆密封。
6.1 油封
油封，即润滑油的密封。它常用于各种机械的轴承处，特别是滚动轴承部位。其功能在于把油腔和外界隔离，对内封油，对外封尘。
油封与其他密封比较有下列优点：
1）油封重量轻，耗材少。
2）油封的安装位置小，轴向尺寸小，容易加工。
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。
4）拆卸容易，检修方便。
5）价格便宜。
6.2 防尘密封
油封可作防尘密封的件使用。但是在粉尘严重或是为了保护其他密封件时，常常使用专门的防尘密封。
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。

tudou198423 · 发表于 2008-3-8 13:04:28

很详细，感谢楼主分享！

hmilylaji · 发表于 2008-3-12 21:38:00

很好，很强大！！
谢谢！！！！

yzhiq58 · 发表于 2008-3-13 08:30:39

讲的很详细
谢谢分享

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