1、密封技術基礎知識一、密封技術     1.1泄露     泄露是機械設備常產生的故障之一。造成泄露的原因主要有兩方面：一是由于機械加工的結果，機械產品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機械零件聯接處不可避免地會產生間隙；二是密封兩側存在壓力差，工作介質就會通過間隙而泄露。     減小或消除間隙是阻止泄露的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加設小型做功元件，對泄露物造成壓力，與引起泄露的壓差部分抵

2、消或完全平衡，以阻止泄露。     對于真空系統的密封，除上述密封介質直接通過密封面泄露外，還要考慮下面兩種泄露形式：     滲漏。即在壓力差作用下，被密封的介質通過密封件材料的毛細管的泄露稱為滲漏；     擴散。即在濃度差作用下，被密封的介質通過密封間隙或密封材料的毛細管產生的物質傳遞成為擴散。     1.2 密封的分類     密封可分為相對靜止接合面間的靜密封和相對運動接合面間的動密封

3、兩大類。靜密封主要有點密封，膠密封和接觸密封三大類。根據工作壓力，靜密封由可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質較軟，墊片較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬，接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型。按密封件與其作用相對運動的零部件是否接觸，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。一般說來，接觸式密封的密封性好，但受摩擦磨損限制，適用于密封面線速度較低的場合。非接觸式密封的密封性較差，適用于較高速度的場合。     1.3 密封的選型     對密封的基本要求是密封性好，安全可

4、靠，壽命長，并應力求結構緊湊，系統簡單，制造維修方便，成本低廉。大多數密封件是易損件，應保證互換性，實現標準化，系列化。     1.4 密封材料     1.4.1 密封材料的種類及用途     密封材料應滿足密封功能的要求。由于被密封的介質不同，以及設備的工作條件不同，要求密封材料的具有不同的適應性。對密封材料的要求一般是：     1） 材料致密性好，不易泄露介質；     2） 有適當的機

5、械強度和硬度；     3） 壓縮性和回彈性好，永久變形小；     4） 高溫下不軟化，不分解，低溫下不硬化，不脆裂；     5） 抗腐蝕性能好，在酸，堿，油等介質中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；     6） 摩擦系數小，耐磨性好；     7） 具有與密封面結合的柔軟性；     8） 耐老化性好，經久耐用； 

6、60;   9） 加工制造方便，價格便宜，取材容易。     橡膠是最常用的密封材料。除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。     1.4.2 通用的橡膠密封制品材料     通用的橡膠密封制品在國防，化工，煤炭，石油，冶金，交通運輸和機械制造工業等方面的應用越來越廣泛，已成為各種行業中的基礎件和配件。     橡膠密封制品常用材料如下。    

7、 1.4.2.1 丁腈橡膠     丁腈橡膠具有優良的耐燃料油及芳香溶劑等性能，但不耐酮，酯和氯化氫等介質，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡膠為主。     1.4.2.2氯丁橡膠     氯丁橡膠具有良好的耐油和耐溶劑性能。它有較好的耐齒輪油和變壓器油性能，但不耐芳香族油。氯丁橡膠還具有優良的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡膠的交聯斷裂溫度在200以上，通常用氯丁橡膠制作門窗密封條。氯丁橡膠對于無機酸也具有良好的耐腐蝕性。此外，由于氯丁橡膠還具有良好的撓曲性和不透氣性，可制成

8、膜片和真空用的密封制品。     1.4.2.3 天然橡膠     天然橡膠與多數合成橡膠相比，具有良好的綜合力學性能，耐寒性，較高的回彈性及耐磨性。天然橡膠不耐礦物油，但在植物油和醇類中較穩定。在以正丁醇與精制蓖麻油混合液體組成的制動液的液壓制動系統中作為密封件的膠碗，膠圈均用天然橡膠制造，一般密封膠也常用天然橡膠制造。     1.4.2.4 氟橡膠     氟橡膠具有突出的耐熱（200250），耐油性能，可用于制造氣缸套密封圈，膠

9、碗和旋轉唇形密封圈，能顯著地提高使用時間。     1.4.2.5 硅橡膠     硅橡膠具有突出的耐高低溫，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70260的工作溫度范圍內能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優點，適宜制作熱機構中所需的密封墊，如強光源燈罩密封襯圈，閥墊等。由于硅橡膠不耐油，機械強度低，價格昂貴，因此不宜制作耐油密封制品。     1.4.2.6 三元乙丙橡膠     三元乙丙橡膠的主鏈是不含雙鍵的完全飽和的直鏈型結構，其側

10、鏈上有二烯涇，這樣就可用硫磺硫化。三元乙丙橡膠具有優良的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐熱性（可在120環境中長期使用），耐化學性（如醇，酸，強堿，氧化劑），但不耐脂肪族和芳香族類溶劑侵蝕。三元乙丙橡膠在橡膠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，三元乙丙橡膠有突出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡膠已廣泛用于洗衣機，電視機中的配件和門窗密封制品，或多種復合體剖面的膠條生產中。     1.4.2.7 聚氨脂橡膠     聚氨脂橡膠具有優異的乃磨性和良好的不透氣性，使用溫度范圍一般

11、為-2080。此外，還具有中等耐油，耐氧及耐臭氧老化特性，但不耐酸堿、水、蒸汽和酮類等。適于制造各種橡膠密封制品，如油封、O形圈和隔膜等。     1.4.2.8 氯醚橡膠     氯醚橡膠兼有丁腈橡膠，氯丁橡膠，丙烯酸酯橡膠的優點，其耐油、耐熱、耐臭氧、耐燃、耐堿、耐水及耐有機溶劑性能都很好，并有良好的工藝性能，其耐寒性較差。在使用溫度不太低的情況下，氯醚橡膠仍是制造油封，各種密封圈，墊片，隔膜和防塵罩等密封制品的良好材料。     1.4.2.9 丙烯酸酯橡膠 

12、    丙烯酸酯橡膠具有耐熱油（礦物油，潤滑油和燃料油），特別是在高溫下的耐油穩定性能，一般可達175，間隙使用或短時間可耐溫200。它的缺點是耐寒性差。因此在非寒冷地區適合制作耐高溫油的油封，但不適合作高溫下受拉伸或壓縮應力的密封制品。膠種主要特點工作溫度主要用途丁腈橡膠耐油、耐熱、耐磨性好。廣泛用于制作密封制品，但不適用于磷酸酯系列液壓及含極性添加劑的齒輪油。-40120用于制作“O”形圈，油封，適用于一般的液壓、氣動系統。氫化丁腈橡膠強度高、耐油、耐磨、耐熱、耐老化。-40150用于高溫、高速的往復密封和旋轉密封。橡塑膠材料彈性模量大，強度高，其他性能同上。

13、-3080用于制作“O”形圈、“Y”形圈、防塵圈等，應用于工程機械及高壓液壓系統的密封。氟橡膠耐熱、耐酸堿及其它化學藥品、耐油（包括磷酸酯系列液壓油），適用于所有潤滑油、汽油、液壓油、合成油。-20200適用于耐高溫、化學藥品、耐燃液壓油的密封，在冶金、電力等行業用途廣泛。聚氨酯耐磨性能優異、強度高、耐老化性能好。-2080適用于工程機械和冶金設備中的高壓、高速系統密封。硅橡膠耐熱、耐寒性好。壓縮永久變形小，但機械強度低-60230適用于高、低溫下的高速旋轉密封及食品機械的密封。聚丙烯酸酯耐熱性優于NBR，可在含極性添加劑的各種潤滑油、液壓油、石油系液壓油中工作，耐水性較差。-20150可用于

14、各種小汽車油封及各種齒輪箱、變速箱，可耐中高溫。乙丙橡膠耐氣候性能好，在空氣中耐老化、耐油性能一般，可耐氟里昂及多種制冷劑。-50150應用于冰箱及制冷機械的密封。聚四氟乙烯化學穩定性好，耐熱、耐寒性好，耐油、水、汽、藥品等各種介質。機械強度較高，耐高溫、耐磨，摩擦系數極低，自潤滑性好。-55260制作耐磨環、導向環、擋圈，為機械上常用的密封材料，廣泛用于冶金、石化、工程機械、輕工機械。尼龍耐油、耐熱、耐磨性好，抗壓強度高，抗沖擊性能好，但尺寸穩定性差。-40120用于制作導向環、支撐環、壓環、擋圈。聚甲醛耐油、耐熱、耐磨性好，抗壓強度高，抗沖擊性能好，有較好的自潤滑性能，尺寸穩定性好，但屈撓

15、性差。-40140用于制作導向環、擋圈。二、墊密封2.1 概述     墊密封廣泛應用于管道，壓力容器以及各種殼體的結合面的靜密封中。墊密封有非金屬密封墊，非金屬與金屬組合密封墊和金屬密封墊三大類。其常用材料有橡膠，皮革，石棉，軟木，聚四氟乙烯，鋼，鐵，銅和不銹鋼等。     墊密封的泄露有三種形式：界面泄露，滲透泄露和破壞性泄露。其中以前二者為主要形式。     2.2密封墊的選用     密封墊的選用原則是，對于要求不高的場合，可憑

16、經驗選取，不合市時再更換。但對于那些要求嚴格的場合，例如易爆，劇毒和可燃氣體以及強腐蝕的液體設備，反應罐和輸送管道系統等，則應根據工作壓力，工作溫度，密封介質的腐蝕性及結合密封面的形式來選用。一般來說，在常溫低壓時，選用非金屬軟蜜密封墊；中壓高溫時，選用金屬與非金屬組合密封墊或金屬密封墊；在溫度，壓力有較大的波動時，選用彈性好的或自緊式密封墊；在低溫，腐蝕性介質或真空條件下，應考慮具有特殊性能的密封墊。這里需要說明的是法蘭情況對墊片選擇的影響。     法蘭形式的影響。法蘭形式不同，要求使用的墊片也不同。光滑面法蘭一般只用于低壓，配軟質的薄密封墊；在高壓

17、下，如果法蘭的強度足夠，也可以用光滑面法蘭，但應該用厚軟質墊，或者用帶內加強環或加強環的纏繞密封墊。在這種場合，金屬墊片也不適用，因為這時要求的壓緊力過大，導致螺栓較大的變形，使法蘭不易封嚴。如果要用金屬墊片，則應將光滑面縮小，使其與墊片的接觸面積減小。這樣，在螺栓張力相同的情況下，縮小后的窄光滑面的壓緊應力就會增大。      法蘭表面粗糙度的影響。法蘭表面粗糙度對密封效果影響很大，特別是當采用非軟質墊片時，密封表面粗糙的度值大是造成泄露的主要原因之一。例如，車削法蘭面的刀紋是螺旋線，使用金屬墊片時，如果粗糙度值較大，墊片就不能堵死刀紋所形成的這條螺旋

18、槽，在壓力作用下，介質就會順著這條溝槽泄露出來。軟質密封墊對法蘭面的光潔程度要求低很多，這是因為，它容易變形，能夠堵死加工刀紋，從而防止了泄露。對軟質墊片，法蘭面過于光滑反而不利，因為此時發生界面泄露阻力變小了。所以，墊片不同，所要求的法蘭表面粗糙度也不相同。三、膠密封 3.1 概述     密封材料的功能是填充構形復雜且不利施工的間隙，以起密封作用。密封材料主要有三種類型：     1） 硫化型的橡膠墊片或密封圈；     2） 非硫化型的密封膠帶； &

19、#160;   3） 無固定形狀的膏狀或膩子狀的液體密封膠。     3.2 密封膠的分類     密封膠的品種及類型很多。為了滿足同一使用要求，可以使用幾種不同基料的密封膠；而同一種基料又能制造出不同性能和不同的用途的密封膠。從密封膠的制造者和使用者兩方面考慮，密封膠有多種分類方法。一般可按下述四種方法進行分類。     3.2.1 按密封膠基料分類     3.2.1.1 橡膠型   

20、;  此類密封膠以橡膠為基料。常用橡膠有聚硫橡膠，硅橡膠，聚氨酯橡膠，氯丁橡膠和丁基橡膠等。     3.2.1.2 樹脂型     此類密封膠以樹脂為基料。常用樹脂有環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚氯乙烯樹脂等。     3.2.1.3 油基型     此類密封膠以油料為基料。常用的油類有各種植物油如亞麻油，蓖麻油和桐油，以及動物油（如魚油）等。     3.2.2

21、 按密封膠硫化方法分類     此類密封膠系列利用空氣中的水分進行硫化。它主要包括單組分的聚氨酯、硅橡膠和聚硫橡膠等。其聚合物基料中含有活性基因，能同空氣中的水發生反應，形成交聯鍵，使密封膠硫化成網狀結構。大氣中的濕氣作為硫化反應中的催化劑。     3.2.2.2 化學硫化型密封膠     雙組分的聚氨酯、硅橡膠、聚硫橡膠、氯丁橡膠和環氧樹脂密封膠都屬于這一類，一般在室溫條件下完成硫化。某些單組分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡膠密封膠以及聚氯乙烯溶膠糊狀密封膠（如汽車用點焊膠），則

22、須在加條件下經化學反應完成硫化。     3.2.2.3 熱轉變型密封膠     用增塑劑分散的聚氯乙烯樹脂和含有瀝青的橡膠并用的密封膠是兩個不同類型的熱轉變體系 。乙烯基樹脂增塑體在室溫下是液態懸浮體，通過加熱轉化為固體而硬化；而橡膠瀝青并用密封膠則為熱熔性的。     3.2.2.4 氧化硬化型密封膠     表面干燥的嵌縫或安裝玻璃用密封膠屬這種類型，主要以干性和半干性植物油為基材。著中類油料可以是精制聚合的、吹制的或化學改性的。

23、用環烷酸鈷作催干劑加速表面干燥而內部不硬化；環烷酸鉛可使表面和內部都硬化；而環烷酸錳使內部硬化更有效。     3.2.2.5 溶劑揮發凝固型密封膠     這是以溶劑揮發后無粘性高聚物為基料的密封膠。這一類密封膠主要有丁基相交、高分子量聚異丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡膠等密封膠。     3.2.2.6 不干性能夠永久塑性密封膠     這類密封膠通常包括以聚丁烯、中等分子量的聚異丁烯、高粘度的非氧化性粘接料如

24、苯乙烯基油、不干性植物油、吹制半干性油或丁基橡膠為基料的密封膠。     3.2.3 按密封膠形態分類     3.2.3.1 膏狀密封膠     這類密封膠屬低級別密封膠，通常采用3種主要材料：油和樹脂；聚丁烯；瀝青。常用于密封小窗戶的固定玻璃，其接縫移動變形量最大為 +5%或-5%，使用有效期一般為2年。     3.2.3.2 液態彈性體密封膠     這類密封膠包括經硫化可形成彈性狀態的液

25、態聚合物。他們具有承受重復的接縫變形能力。液態彈性體密封膠使用壽命一般為1520年。這類密封膠具有高的粘接力和剪切強度，室溫下具有良好的柔軟性。其缺點為價格高，通常情況下需要底膠，雙組分密封膠現場混合不方便，硫化時對溫度和濕度敏感等。     3.2.3.3 熱熔密封膠     熱熔密封膠又稱為熱施工型密封膠，是指以彈性體同熱塑性樹脂摻合物為基料的密封膠。     熱熔密封膠可配制成性能接近于液體彈性密封膠，但它比液體彈性體密封膠優越的是不需要加入硫化劑。 

26、0;   3.2.3.4 液體密封膠     這類密封膠主要用于機械結合面的密封，以代替固體密封材料（紙片、石棉、軟木和硫化橡膠），以防止機械內部流體從結合面泄露，所以液體密封膠又稱為液體墊圈。     3.2.4 按密封膠施工后性能分類     3.2.4.1 固化型密封膠     這類密封膠又可分為剛性和柔性兩類。剛性密封膠硫化或凝固后形成的固體，很少具有彈性；柔性密封膠在硫化后具有彈性及柔軟性。 &#

27、160;   剛性密封膠的特點是不能彎曲，通常接縫不可移動。     柔性密封膠經硫化后保持柔軟性。     3.2.4.2 非固化型密封膠     這類密封膠是軟質凝固性的密封膠，施工后仍保持不干性（增粘劑不斷地遷移到表面）狀態。這種膠通常為膏狀，可用刮刀或刷子施用到接縫中，可以配合出不同粘度和不同性能的密封膠使用。     3.3常用密封膠的種類     在前面密封膠的分類

28、中列舉了多種方法，其中應用最廣泛的是將密封膠分為硫化型和非硫化型兩大類。在硫化型密封膠中應用最廣泛的是室溫硫化型，加溫硫化型用的較少。非硫化型密封膠有液體密封膠和膩子。此外，在加上常用的厭氧膠。     3.4 液體密封膠的選用和施工工藝     密封膠的選用，應根據使用條件、密封件的材料和密封面狀態、密封介質的種類和特性以及涂敷工藝等要求綜合考慮。一般情況下當受力較大，且受沖擊力及交變力時，應選用強度較高的密封膠；當變溫差很大時，應選用韌性好的密封膠。     3.4.1

29、液體密封膠的施工方法     液體密封膠的施工方法可根據膠的狀態選用。膏狀密封可用刮刀刮涂或注射槍注射施工；液體密封膠采用的刷子刷涂或噴涂施工；膜狀密封膠用鋪貼方法施工。     3.5 國產密封膠     3.5.1 室溫硫化聚硫橡膠密封膠為多組分材料，室溫硫化成彈性體，為干性粘著型密封膠，常用的有XM系列密封膠。     3.5.2 室溫硫化硅橡膠密封膠     硅橡膠密封膠的有多種特殊性能，

30、如耐高溫、耐低溫性能，良好的電絕緣性能。     3.5.3 厭氧膠     3.5.4其他硫化型密封膠     3.5.5非硫化型密封膠     非硫化型密封膠大部分為不干性和半干性，其中呈膩子狀的又稱非硫化型膩子。這類膠對溫度敏感性小，在使用溫度范圍內密封膠不變形，不開裂，不結皮，而且長期儲存性好，但力學性能低，適用于可拆卸部位或緊固聯接接合面密封、溝槽密封及填堵較大的結構空隙，在液體密封墊中占主要地位，廣泛應用于可拆卸部位的密封。

31、四、填料密封  填料蜜密封是一種最古老的密封方式，在中國已有上千年的歷史。它最早以棉、麻的纖維填塞在泄露通道內來阻止液流泄露，主要用作提水機械的密封。     填料密封主要用作動密封。它廣泛用作離心泵、壓縮機、真空泵、攪拌機和船舶螺旋槳的轉軸密封，往復式壓縮機、制冷機的往復運動軸封，以及各種閥門閥桿的旋動密封等。為了適應上述設備的工作條件，填料密封必需具備下列條件：     1） 有一定的塑性，在壓緊力作用下能產生一定的徑向力并緊密與軸接觸。     2） 有足夠的

32、化學穩定性，不污染介質，填料不被介質泡脹，填料中的侵漬劑不被介質溶解，填料本身不腐蝕密封面。     3） 自潤滑性能良好，耐磨，摩擦因數小。     4） 軸存在少量偏心時，填料應有足夠的浮動彈性。     5） 制造簡單，填裝方便。     填料的種類很多，可以從其功用方面、構造方面和材料方面分類，最常用的有下面四類：絞合填料、編結填料、塑性填料、金屬填料。     4.1 絞合填料和編結填料

33、     絞合填料即把幾股石棉線絞合在一起，將它填塞在填料腔內即可起密封作用。     編結填料是以棉、麻以及石棉纖維紡線后編結而成，并于其中侵入潤滑劑或聚四氟乙烯。     4.2 塑性填料      塑性填料是幾經膜具壓制成型的填料。     4.3 金屬填料     金屬填料有半金屬填料和全金屬填料兩種。所謂半金屬填料是金屬與非金屬組合而成，全金屬填料

34、則不含非金屬。     4.4 碳纖維填料     碳纖維填料是一種新型填料。其優異的自潤滑性能、耐高、低溫性能和耐化學品性能引起人們的極大的注意，而且作為壓縮填料的彈性和柔軟性也極為良好，其缺點僅在于有滲透泄露，但侵漬聚四氟乙烯或其他粘接劑之后可以防止。目前其成本較高，但隨著碳纖維的發展，其成本定會下降，因此，碳纖維填料是一種最為理想和最有希望的填料。     4.5 填料的選擇     選擇填料時，應考慮：機器的種類、介質的物理、化

35、學特性、工作溫度和工作壓力，以及運動速度等，其中尤以介質的腐蝕性（以pH值表示），pH值及使用溫度為最重要。     4.6 填料的合理裝填     填料的合理裝填應按下列步驟進行：     1） 清理填料腔，檢查軸表面是否有劃傷、毛刺等現象。     2） 用百分表檢查軸在密封部位的徑向跳動量，其公差應在允許范圍內。     3） 填料腔內和軸表面應涂密封劑或與介質想適應的密封劑。 &

36、#160;   4） 對成卷包裝的填料，使用時應先取一根與軸徑同尺寸的木棒，將填料纏繞在其上，再用刀切斷，切口最好呈450斜面，對切斷后的每一節填料，不應讓它松散，更不應將它拉直，而應取與填料同寬度的紙帶把每節填料呈圓圈形包扎好，置于潔凈處。     5） 裝填時應一圈一圈裝填，不得同時裝填幾圈。     6） 取一只與填料強同尺寸的木質兩半軸套，合于軸上，將填料推入腔的深部，并用壓蓋對木軸套施加一定的壓力，使填料得到預壓縮。     7） 以同樣的方法裝

37、填第二圈、第三圈。     8） 最后一圈填料裝填完畢后，應用壓蓋壓緊，但壓緊力不宜過大。五、成型填料密封成型填料密封泛指用橡膠、塑料、皮革及金屬材料經模壓或車削加工成型的環狀密封圈。     成型填料按工作特性分為擠壓型密封圈和唇形密封圈兩類；按材料可分為橡膠類、塑料類、皮革類和金屬類。各種材料的擠壓型密封圈中橡膠擠壓型密封圈應用最廣，其中O形圈歷史最悠久，最典型。唇形密封圈的類型很多，有V形、U形、L形、J形和Y形等。     5.1 O型密封圈  &

38、#160;  O型密封圈簡稱O型圈，開始出現在19世紀中葉，當時用它作蒸汽機汽缸的密封元件。     O型橡膠密封圈有如下的優點：     1） 密封部位結構簡單，安裝部位緊湊，重量較輕；     2） 有自密封作用，往往只用 一個密封件便能完成密封；     3） 密封性能較好，用作靜密封時幾乎可以做到沒有泄露；     4） 運動摩擦阻力很小，對于壓力交變的場合也能適應； 

39、    5）尺寸和溝槽已標準化，成本低，便于使用和外購。     5.2 V型密封圈     V型密封圈為一種唇形密封圈，是使用最早使用最多的成型填料之一。它主要用于往復運動，作活塞或活塞桿的密封。很少用于轉動中或作靜密封。     V形密封圈有下列特點：     1）密封性能良好；     2）允許一定的偏心載荷、和偏心運動；    &

40、#160;3）可以多圈重疊使用，并通過調節壓緊力來獲得最大密封效果；     4）耐沖擊壓力和振動壓力；     5）當填料不能從軸向裝入時，可以開切口使用，只要安裝時將切口互相錯開，不影響密封效果。其缺點是摩擦阻力較其他成型填料的大。     5.3 Y型密封圈     活塞密封用的U形和Y形密封圈在形狀上略有不同，U形圈的唇長，底部與唇部同厚度或略大于唇部厚度。Y形圈的純短，底部厚，這是為了克服U形圈常常不能穩定安放而設計的，同時可

41、增大唇的強度，以免唇根部被撕裂。     5.4 鼓形和山形密封圈的結構     5.4.1 鼓形密封圈的結構     鼓形密封圈又稱活塞密封圈，它是為單向和雙向工作的活塞而設計的。密封圈的截面、襯套或擋環的結構與活塞的設計有很大關系。由于有各種性能的要求，所以鼓形密封圈的結構也不可能是一致的。     5.5 J形和L形密封圈     J形和L形密封圈，都是用于工作壓力不大于1MPa的氣壓或液壓

42、機械設備的密封。J形密封圈的是用于活塞桿密封。六、油封和防塵密封6.1 油封     油封，即潤滑油的密封。它常用于各種機械的軸承處，特別是滾動軸承部位。其功能在于把油腔和外界隔離，對內封油，對外封塵。     油封與其他密封比較有下列優點：     1） 油封重量輕，耗材少。     2） 油封的安裝位置小，軸向尺寸小，容易加工。     3） 密封性能好，使用壽命較長，對機器的振動和主軸的偏心

43、都有一定的適應性。     4） 拆卸容易，檢修方便。     5） 價格便宜。     6.2 防塵密封     油封可作防塵密封的件使用。但是在粉塵嚴重或是為了保護其他密封件時，常常使用專門的防塵密封。     防塵密封的材料，油壓機械多用橡膠，氣壓機械多用毛氈，飛機和寒帶工作的油缸為了對付活塞桿外部結冰而用金屬，化工部門為防止活塞桿上的粘著物也用金屬。    &

44、#160;防塵密封對保護關鍵性的液壓設備是十分重要的。滲入塵土，不僅磨損密封件，而且會大大的磨損導向套和活塞桿。此外，雜質進入液壓介質中，也會影響操作閥和泵的功能，在最壞的情況下，也可能損壞這些裝置。防塵圈能除掉活塞桿表面上的塵土和雜物，但損壞活塞桿上的油膜，這對密封件的潤滑也有一定作用。七、磁流體密封  7.1 磁流體     7.1.1 磁流體的組成     1995年由美國帕佩爾（Papell）發明的磁性流體，是把磁鐵礦等強磁性的微細粉末（約100Å）在水、油類、酯類、醚類等液體中進行穩定

45、分散的一種膠態液體。這種液體具有在通常離心力和磁場作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁鐵所吸引的特性。     磁流體由3種主要成分組成：     1）固體鐵磁體微粒（Fe3O4）；     2）包覆著微粒并阻止其相互凝聚的表面活性劑（穩定劑）；     3）載液（溶媒）。     7.1.2 磁流體的特性     磁流體是一種叫膠體溶液。作

46、為密封用的磁流體，其性能要求是：穩定性好，不凝聚、不沉淀、不分解；飽和磁化強度高；起始磁導率大；粘度和飽和蒸氣低，其他如凝固點、沸點、導熱率、比熱和表面張力等也有一定的要求。     影響磁流體穩定的主要因素有：微粒力度大小、表面活性劑和載液以及它們的合理配比。穩定性是磁流體各種特性存在的前提。     7.2 磁流體密封的工作原理     圓環形永久磁鐵，極靴和轉軸所構成的磁性回路，在磁鐵產生的磁場作用下，把放置在軸與極靴頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個所謂的“O”

47、形環，將縫隙通道堵死而達到密封的目的。這種密封方式可用于轉軸是磁性體和轉軸是非磁性體兩種場合。前者磁束集中于間隙處并貫穿轉軸而構成磁路，而后者磁束比不通過轉軸，只是通過密封間隙中的磁流體而構成磁路。     7.2.3 極限條件     磁流體密封在工作時會受到下列條件的限制：     1）蒸發。磁流體由磁性微粒、表面活性劑和載液3部分組成，載液的蒸發是決定密封極限旋轉頻率和使用壽命的主要因素。因為密封是靠有限的磁流體工作的。為此，應選用蒸汽壓低的載液，使蒸發損失為最小值。&

48、#160;    2）溫升。溫度升高會導致磁鐵退磁和磁流體的蒸發。因為溫度升高，粘度降低，功率消耗也就降低，這是有利的一面。但是溫度的、升高，磁飽和強度下降，也可能使密封的耐壓能力有些下降，因此，磁流體溫度一般不應高于105，否則應采用冷卻措施。     3）極限真空度。磁流體密封極限真空度取決于載液的揮發度，用二脂潤滑劑作成的載液可滿足1.333×10-7Pa超高真空技術的要求。     4）周速。一般磁流體密封適用于高周速30m/s以上的運轉，無極限標志。但考慮到溫度和散

49、熱，周速應限制在6080m/s，此時還要考慮極限耐壓能力。八、高壓密封高壓密封的型式很多，按其工作原理分為強制密封和自緊密封兩類。強制密封是依靠聯接件（螺栓）的預緊力來保證壓力容器的頂蓋、密封元件和圓筒體端部之間具有一定的接觸壓力，以達到密封的目的。自緊密封是隨著壓力容器內的操作壓力增加，密封元件與頂蓋、圓筒體端部之間的接觸壓力也隨之增加，由此實現密封作用。自緊密封的特點是壓力越高，密封元件在接觸面的壓緊力就 越大，密封性能也就越好，操作條件波動時，密封仍然可靠。但是結構比較復雜，制造較困難。自緊密封按密封元件變形方式還可以分為軸向自緊密封和徑向自緊密封。   &

50、#160; 按密封材料性能，高壓密封又可分為使密封元件產生塑性變形的塑性密封，使密封元件產生彈性變形的彈性密封。     目前，壓力容器常用的密封型式有如下幾種：     1） 強制密封有平墊密封，卡扎里密封和八角墊密封；     2） 半自緊密封有雙錐密封；     3） 自緊密封有楔形密封，五德密封，空心金屬O形環密封，C形環密封，B形環密封，三角墊密封，八角墊密封，平墊自緊密封及橡膠O形圈密封等。九、真空密封真空聯機密封性能取決于

51、聯接處的泄露和真空材料的放氣。對任何真空系統總希望漏、放氣量與密封形式、密封材料、加工精度及裝配質量等諸多因素有關，故在聯接處總會存在一定的漏、放氣量，因此可根據真空系統工作的性質，真空室工作工作應力的高低及其出口處抽氣速度的大小提出要求。     真空系統中的壓力在高于10-5Pa真空范圍內廣泛使用合成橡膠、環氧樹脂和塑料。當真空度提到壓力10-7Pa的真空范圍時，這些密封材料就不能用了，需要應用超高真空的密封材料如金或銅作墊圈，而真空殼體不能用軟剛需要改用不銹鋼。     超真空氣體內的氣體狀態是動態平衡狀態。

52、系統內的壓力極限，一方面與泵的有效抽速有關，另一方面與來自真空殼體及其內部的零部件的氣流量有關。因雖有系統的有效抽速由于泵有結構尺寸和費用的原因，總存在實際限制。所以，減少氣流量就成為達到超高真空狀態的基本設計目標，成為選擇超高真空材料的主要準則。     作為真空系統內部用的材料，要求飽和蒸汽壓低，為了減少慢性解吸和體出氣，要求能耐450高溫烘烤，而不降低機械強度和不發生化學和物理損傷。作為真空系統殼體材料，要求能忽略氣體滲透，承受得住大氣壓的壓力，烘烤期間耐空氣侵蝕和不發生漏氣。此外，要求選用材料，加工制作容易，價廉易得。  &#

53、160;  對于真空度低于10-7Pa的超高真空，雖然天然和合成橡膠是理想的密封圈材料，彈性好，裝配成真空密封后法蘭螺栓受力很小，而且可以多次重復使用。但由于超高真空系統要求密封圈材料耐250烘烤，實際上可可供選用的幾種橡膠材料都不能滿足要求。真空度更高（即壓力更低）的超高真空，則必須采用金屬密封。     9.1 真空用橡膠密封圈     接觸式真空動密封的結構，最常用的有下面幾種類型：     1）J型真空用橡膠密封。   

54、60;J型真空用橡膠密封圈工作表面應平整光滑，不允許有氣泡雜質、凹凸不平等缺陷。     2）O型真空用橡膠密封圈。     3）骨架型真空用橡膠密封圈     4）真空用O形橡膠密封圈     9.2真空用金屬密封圈     金屬密封圈密封的可拆聯接是超高真空系統中常用的聯接形式。它是為滿足超高真空要求而必須經200400的高溫烘烤除氣而采用的密封方式。   

55、60; 常用的金屬密封圈的材料有金絲和無氧銅兩種，它們有下列一些性能：     金（Au）具有高的化學穩定性，高溫時不氧化，塑性好，屈服極限比銅或鋁低一倍，在較小的夾緊力下即可產生塑性變形，膨脹系數為g=14×10-6cm/cm·，比不銹鋼的膨脹系數s=18×10-6cm/cm·稍低。金制密封圈雖有良好的密封性能，但在夾緊力的作用下會發生顯著的變形硬化，強度增加。為了保證密封圈密封，必須增大加緊力，而過大的加緊力又會在法蘭表面上引起壓力痕，影響密封性能。因此，用在要求較高而不經過裝拆的聯接，拆開后重新裝配時需要更換

56、密封圈。由于金的價格比較貴，它的應用受到較大的限制。     銅（Cu）的熱膨脹系數為s=16.4×10-6 cm/cm·。銅的硬度比較大，銅制密封圈在使用前必須在真空或氫氣中進行退火處理，消除內應力。無氧銅是目前超高真空密封聯接中常用的密封圈材料。其不足之處是高溫烘烤中與大氣接觸部分會氧化，因此，在要求高的情況下，將無氧銅的密封圈的表面鍍一層金，使其具有更好的密封性能。     作為聯接用的法蘭盤材料也必須能承受高溫烘烤、抗氧化以及在高溫時仍有良好的力學性能。最常用的材料是不銹鋼。法蘭密封表面

57、的粗糙度和尺寸就精度均應滿足超高真空密封的要求。     9.3 采用軟件變形的動聯接密封     9.3.1 非金屬軟件變形的動聯接密封     9.3.2 金屬軟件變形的動聯接密封     9.4 真空用的其他密封     9.4.1 真空用磁流體密封     真空轉軸密封具有代表的典型結構是接觸式的威爾遜密封。為了防止軸在高速旋轉、下氣體的泄露，只能增

58、加密封接觸界面上的壓力。但是由此而產生的摩擦發熱問題卻難以解決。因此，研制摩擦損失小，使用壽命長的新型密封結構已成為真空裝置中應當解決的重大問題之一。為了解決這一問題，近年來應用磁流體進行真空轉軸動密封的技術已經在國內外取得了成功。     真空中應用磁流體密封的優點：     1）磁流體密封真空轉軸可消除密封件間的接觸所產生的摩擦損失，提高軸的轉速（可達120000r/min），大大減少泄露。如果采用低蒸汽壓的磁流體可將真空室內的真空度維持在1.3×10-7Pa以上。   

59、  2）磁流體的密封結構簡單，維護方便，軸與極靴間的間隙較大，因此可不必要求過高的制造精度。     3）磁流體在密封空隙中由磁鐵所產生的磁場所固定，因此軸的起動和停止較方便。其缺點是磁流體在高溫下難以穩定，工作溫度一般在-30120之間。軸的過高或過低溫度下工作時需要采用冷卻或升溫措施，從而使密封結構復雜化。     9.4.2 聯接接隔板密封     利用磁力把動力傳遞當真空容器中去的密封是在真空容器外、施加一個旋轉磁場1，該磁場帶動真空容器內鼠籠式轉子轉動，即

60、可達到隔板密封的目的。     這種密封裝置的特點：     1）磁聯接隔板密封對真空容器內的真空條件沒有顯著影響，同其他幾種動密封相比，其真空可靠性大。     2）運動件與真空容器壁不相接觸，在傳遞運動過程中隔板或隔離圈筒除承受壓力差外，不承受其他載荷，從而可以保證磁聯接隔板密封的可靠性。     3）真空容器內的“污染”，僅取決于運動部件本身的結構元件，特別是摩擦部件的放氣及隔板的透氣性。   

61、60; 磁聯接隔板密封結構在設計中應注意的問題：     1）外磁鐵應盡量接近真空器的內壁；     2）隔離平板或隔離圈筒應用非磁性材料制造；     3）傳遞運動的鐵芯形狀與磁鐵的形狀相適應，而且容器壁或真空室內的其他零件應保證鐵芯運動方向；     4）為了減少放氣和摩擦建議用包著玻璃的鐵芯；     5）磁場強度和磁鐵與鐵芯的距離應選擇使它們運動時與容器壁或容器內的水銀、銦等的沖擊不大。十

62、、離心、停車和全封閉密封 10.1 離心封閉     10.1.1 離心密封的結構型式     離心密封是利用回轉體帶動流體使之產生離心力以克服泄露的裝置，其密封能力來源于機器軸的旋轉帶動密封元件所做的功，因此它屬于一種動力密封。     離心密封的特點：它沒有直接接觸的摩擦副，可以采用較大的密封間隙，因此能密封含有固相雜質的介質，磨損小，壽命長，若設計合理可以做到接近于零泄露。但是這種密封所能克服的壓差小，亦即密封的減壓能力低。離心密封的功率消耗大，甚至可達泵有效

63、功率的1/3。此外，由于它是一種動力密封，所以一停車立即喪失密封功能，為此必須輔以停車密封。     10.1.2 離心密封的減壓能力     10.2.1 背葉片密封     如果工作輪后蓋板上無葉片，亦即為光滑盤時，則處于后蓋板與泵殼間隙腔中的液體將以工作輪角速度的/2的旋轉。此時，間隙空腔中的壓力沿徑向按拋物線規律分布，如圖10-5中的壓力將沿ABEKG分布，也就是說，軸封處的壓力降低了。     10.2 停車密封 &

64、#160;   停車密封是動力密封的重要組成部分。當部件旋轉頻率降低或停車時，動力密封失去密封能力，只有依靠停車密封阻止流體泄漏。某些液封和氣封液帶有停車密封，以便停車后將封液、封氣系統關閉。停車密封的結構類型有多種，其中應用最廣的是離心式停車密封，此外還有壓力調節式停車密封，脹胎式停車密封等。     10.2.1離心式停車密封    典型的離心式停車密封結構，泵運轉時靠背葉片的離心作用密封。停車時，在彈簧力推動下，使泵軸向左滑移而將錐套填料抵緊，阻止泄漏。起動后離心子甩開，其抓部拔動軸肩使軸左移，將錐

65、套與填料密封脫開，是密封面不受磨損。     10.2.2 壓力調節式停車密封     與螺旋密封組合的壓力調節式密封，停車時，可在軸上移動的螺旋套，在彈簧力推動下，是其臺階端面與機殼端面壓緊而密封。運轉時，兩段反向的螺旋使間隙中的粘性流體在端面處形成壓力峰，作用于螺旋軸的臺階端面處使其與殼體端面脫離接觸。      帶有滑閥的停車、密封。當壓差缸卸壓，片彈簧推移的滑閥與軸肩接緊而實現停車密封。     10.3 全封閉密封 

66、    10.3.1 全封閉密封     全封閉密封是將系統內外的泄露通道全部隔斷，或者將工作機和動機置于同一密閉系統內，可以完全杜絕介質向外泄露。     全封閉密封沒有一般動密封存在的摩擦、磨損、潤滑以及流體通過密封面的流動即泄露問題，是一種特殊類型的密封。在密封劇毒、放射性和稀有貴重物質等方面以及在其實驗和產生中，全封閉密封都有重要用途。十一、浮環密封  浮動環密封簡稱浮環密封，用于離心壓縮機、氫冷氣輪發電機、離心泵等軸封。    

67、; 在中、高壓離心壓氣機中可供選擇的密封方式有：機械密封、迷宮密封和填料密封。但由于氣體的散熱和潤滑條件不如液體，所以填料密封只有小型、低速才用，而機械密封在周速大于40m/s溫度高于200以后也很難適應，只有迷宮密封和浮環密封是最常用的兩種方式。     浮環密封有下列優點：     1）密封結構簡單，只有幾個形狀簡單的環、銷、彈簧等零件。多層浮動環也只有這些簡單零件的組合，比機械密封零件少。     2）對機器的運行狀態并不敏感，有穩定密封性能。  &

68、#160;  3）的密封件不產生磨損，密封可靠，維護簡單、檢修方便。     4）因密封件材料為金屬，固耐高溫。     5）浮環可以多個并列使用，組成多層浮動環，能有效的密封10MPa以上的高壓。     6）能用于1000020000r/min的高速旋轉流體機械，尤其使用于氣體壓縮機，其許用速度高達100m/s以上，這是其他密封所不能比擬的。     7）只要采用耐腐蝕金屬材料或里襯耐腐蝕的非金屬材料（如石墨）作浮動環，可

69、以用于強腐蝕介質的密封。     8）因密封間隙中是液膜，所以摩擦功率極小，在、使機器有較高的效率。     浮環密封的缺點：密封件的制造精度要求高，環的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗糙度對密封性能有明顯的影響。此外，這種密封對液體不能做到封嚴不漏。對氣體雖然可做到封嚴，但需要一套復雜而昂貴的自動化供油系統。     11.1 浮環密封機理     浮環密封屬于流阻型非接觸式動密封，是依靠密封間隙內的流體阻力效應而達到阻漏目的。由于

70、存在間隙，避免了固體摩擦，適用于高速情況，即可封堵液體，也可封堵氣體，但泄露量較大，某些情況下還須配置比較復雜的密封輔助系統。     11.2 浮動環     浮環密封裝置的結構有多種型式，其主要型式有：寬環和窄環、光滑環和開口環、 液膜和干式浮動環。     11.2.1寬環和窄環     寬環的寬度相對其直徑來說較大，其比例l/D=0.40.6。這種環的特點在于工作時作用在此環上的流體動力要比窄環大，并且不需用對正中心的附件。在一

71、定的壓差和泄露量之下，其數目可以比窄環少些，這樣，密封裝置的結構可以簡化，并便于裝拆和檢修。     寬環的缺點在于環的兩側會有較大的壓差，這樣，作用在環端面上的壓力也就較大，在自由浮動時所須克服的端面摩擦力較大，即浮動較為困難。     窄環的寬度相對其直徑較小，其比例l/D=0.10.2。窄環與軸的間隙較小，工作時，間隙中形成的流體動力較小，因此其自動同心的能力較差，大多用橡膠O型圈來幫助對正中心。由于采用這種輔助措施，偏心度較小，停車時間也較少，這樣，雖然環窄，泄露量卻不大。   

72、;  窄環也可以不用O形圈定位，而改用彈簧。環在彈簧力的作用下，壓在隔離環端面上。當密封液的壓力降低時，環仍可以保持它的對正中心位置。     由于作用在每個窄環上的壓力差比寬環小，所以環作用在隔離環端面上的壓力也就小，即窄環容易浮動。     11.2.2 光滑環和開口環     光滑環的內孔是光滑的；開槽環的內孔全長開槽或部分開槽。由于光滑環與軸表面的間隙中水力摩擦較小，使用中回出現較大的泄露量。開槽環的內孔加工有許多道環形槽，與軸的 間隙中水力摩擦較大，在同樣

73、的壓差和同樣的寬度下，泄露量要比光滑環小，特別是在高轉速下可以作到完全不漏，液膜形成也很穩定，能有效的起到密封作用。所以，對于高速轉軸，開槽環比光滑環好，如將光滑浮環密封與機械密封作比較，在低速時機械密封的泄露量少些，高速下則光滑環少些，因此，高速轉動密封宜用光滑環。但是，當旋轉頻率太高時，由于密封油的粘性阻滯作用，密封油會發熱。為了散熱，常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除與環的形式有關外，還與運動速度、油的特性、入口油溫和大氣溫度等有關。     11.2.3 液膜和干式浮動環     浮動密封既可密封液體，也

74、可密封氣體。用以阻止液體泄露的稱為液膜浮環密封；用于阻止氣體泄露的稱為干式浮環密封，因為浮環通常石墨等固體自潤滑材料制造，故又稱石墨浮環密封。     石墨浮環密封：波形片彈簧的彈力及氣體壓力使各浮動環的一個端面分別與各隔離環的一個端面緊密貼合，組阻止氣體沿徑向泄露，并靠端面的摩擦力防止環轉動通過浮動環密封沿軸向漏出的少量氣體由排漏空排出，或引至主機的氣體進口。石墨浮環密封的工作間隙不是定值，而是隨摩擦發熱狀況而自行調整，故有“熱自調間隙密封”之稱。     石墨既耐腐蝕又耐熱，但它太脆，在徑向載荷作用下易斷裂。在離心壓氣機中，采用了石墨作浮環，為了防止斷裂，常在石墨環的外周鑲有金屬環。石墨環用冷縮方法套用金屬環內，然后再加工石墨環的內孔，使之達到規定的尺寸。當軸封的溫度上升時，如鑲環與軸的材料相同或相似，他們的膨脹量就會相同或相差不大。而不致影響密封性能。這種結構已成功應用于溫度高達400的氣體密封。十二、迷宮密封  迷宮密封是在轉軸周圍設若干個依次排列的環行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質在通過曲折迷宮的間隙時產生節流效應而達到阻漏的目的。     由于