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密封专业知识2013年7月主讲内容一、密封基础知识二、常用的密封形式三、橡胶密封圈的失效一、密封基础知识泄露密封的分类密封的选材密封材料影响密封的几大因素1、泄露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：①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；②密封两侧存在压力差，工作介质就会通过间隙而泄露。阻止泄露的主要途径减小或消除间隙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。2、密封的分类密封静密封动密封高压静密封中低压静密封非接触式密封接触式密封常用材质较软，垫片较宽的垫密封。常用材质较硬，接触宽度较窄的金属垫片。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。密封性较差，适用于较高速度的场合。2、密封的分类静密封O型圈密封垫片密封密封胶密封填料密封（盘根）螺纹密封研合面密封油、水、气管路法兰、接头\液压设备端盖密封阀门阀杆轴套密封油槽端盖管路接头管路接头（喇叭口）2、密封的分类填料密封涨圈密封机械密封油封密封浮动环密封迷宫密封离心密封螺旋密封轴承盖板与转动轴密封水轮机主轴密封风闸、补气阀活塞密封动密封非接触式密封接触式密封水布垭技术供水泵轴封高坝洲桨叶受油器柳树坪电站主轴密封水布垭检修泵电机油箱密封3、密封的选材①选材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。②选材时要考虑的因素密封工作介质的类型要考虑介质与材料、润滑剂（脂）的相容性。如果密封材料和密封流体不相容，会导致密封件膨胀或收缩，在使用初期就发生故障。动密封或静密封动密封对材料的摩擦、磨损性能有相应要求，应根据运动速度的大小选择摩擦系数合适的材料。工作温度各种密封用橡胶、塑料的适用温度范围差异比较大，选用材料时要确切掌握密封件的工作温度。元件工作中平稳还是震动如果工作在振动条件下，材料应有足够的弹性，补偿因振动造成偏移导致的密封接触应力不足。工作环境有无污染如果工作环境有粉尘污染，会加剧材料磨损，应提高材料的耐磨性。装配工艺一般情况下装配工艺应适应材料性能，在允许的情况下，在选用材料时应适当考虑密封件的装配性能。工作压力材料的耐压能力应适应工作压力的要求。密封件结构型式挤压型还是唇形价格因素总之，各项工作条件对密封材料的要求，往往是互相制约的，不可能达成统一。这时必须适度平衡两项性能要求。随着更高密封性能要求的提出，必须根据使用条件寻求专用材料。即使在同一个元件中，根据要求不同有时要选用多种密封材料。4、密封材料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，要求密封材料具有不同的适应性。①对密封材料的要求材料致密性好，不易泄露介质；有适当的机械强度和硬度；压缩性和回弹性好，永久变形小；高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂；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；摩擦系数小，耐磨性好；具有与密封面结合的柔软性；耐老化性好，经久耐用；加工制造方便，价格便宜，取材容易。②常用的密封材料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采用丁腈橡胶为主。因耐侯性不佳应避免在阳光直射的场所，或产生臭氧的电气装置附近使用。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。石棉石棉板正常使用温度在550度以下。直径较大的低压容器可以使用石棉带或石棉绳。在使用石棉绳时，通常浸渍水玻璃。酸，碱溶剂等介质也可使用此类垫片。图为石棉板图为石棉绳橡胶板橡胶因具有组织致密，质地柔软，回弹性好，容易剪切成各种形状，且便宜、易购等特点而被广泛使用于容器和管道的密封中，但它不耐高压，容易在矿物油中溶解和膨胀且不乃腐蚀，在高温下容易老化，失去回弹性。普通橡胶板柔性石墨柔性石墨是一种新颖的密封材料，良好的回弹性、柔软性、耐温性，在化工企业得到迅速的推广和应用。主要用于高温、高压、耐腐蚀介质下阀门、泵、反应釜的密封。适用于高温高压下的动密封。石墨编制盘根石墨模压盘根油麻盘根油麻盘根是由优质亚麻纤维编织而成的，用于海水、由等介质中的机械密封。使用压力范围2~10Mpa，温度范围-50~140℃，PH值范围2~12。聚四氟乙烯聚四氟乙烯（简称PTFE）以其耐化学性、耐热性、耐寒性、耐油性优越于现在任何塑料而有“塑料之王”之称，它不易老化，不燃烧，吸水性近乎为零。其组织致密，分子结构无极性，用作垫片，接触面可以做到平整光滑，对金属法兰不粘着。除受熔融碱金属以及含氟元素气体侵蚀外，它能耐多种酸、碱、盐、油脂类溶液介质的腐蚀。聚四氟乙烯密封垫金属复合垫片（又称半金属垫片）非金属材料虽具有很好的柔软性、压缩性和螺栓载荷能力低等优点。但它的主要缺点是强度不高，回弹性差，不适合高压高温场合。所以结合金属材料强度高、回弹性好。经受得起高温的特点。形成将两者组合结构的垫片。即为金属复合垫片。金属箔增强石墨复合垫片金属垫片在高温高压以及载荷循环频繁等苛刻操作条件下，各种金属材料仍是密封垫片的首选材料，常用的材料有铜、铝、低碳钢、不锈钢、铬镍合金钢、钛蒙乃尔合金等。金属缠绕垫片铜垫片5、影响密封的几大因素运动速度温度工作压力工作介质侧向负载液压冲击密封对偶面的粗糙度等①运动速度运动速度很低（＜0.03m/s）时，要考虑设备运行的平稳性和是否出现爬行现象。运动速度很高（＞0.8m/s）时，起润滑作用的油膜可能被破坏，密封因得不到很好的润滑而摩擦发热，导致寿命大大降低。②温度低温会使聚氨脂或橡胶密封弹性降低，造成泄露，甚至整个密封件变得发硬发脆。高温会使油封体积膨胀、变软，造成运动时密封摩擦阻力迅速增加和耐压能力降低。建议聚氨脂或橡胶密封连续工作温度范围-10℃～+80℃。③工作压力动密封件有最低启动压力要求。低压工作须选用低摩擦性能、启动阻力小的密封件。高压时要考虑密封件受压变形的情况，需用防挤出挡圈，沟槽加工方面也有特殊要求。不同材质的密封件具有不同的最佳工作压力范围。④工作介质除了严格按照生产厂家的推荐意见选取工作介质外，保持工作介质的清洁至关重要。油液的老化或污染不仅会使系统中的元件发生故障，加快密封件的老化和磨损，而且其中的脏物可能划伤或嵌入密封件，使密封失效。⑤侧向负载活塞上一般必须装支承环，以保证油缸能承受较大的负载。密封件和支承环起完全不同的作用，密封件不能代替支承环负载。有侧向力的液压缸，必须加承载能力较强的支承环（重载时可用金属环），以防密封件在偏心的条件下工作引起泄漏和异样磨损。⑥液压冲击液压冲击产生的瞬间高压可能是系统工作压力的几倍，这样高的压力在极短时间内会将油封撕裂或将其局部挤入间隙之内，造成严重损坏。一般有液压冲击的油缸应在活塞杆上安装缓冲环和挡圈。缓冲环装在油封的前面吸收大部分冲击压力，挡圈防止油封在高压下挤入间隙，根部被咬坏。二、常用的密封形式“O”型密封圈“V”型密封圈“Y”型密封圈“λ”密封法兰联接垫片密封锥形体（喇叭口）密封密封胶密封填料密封螺纹联接密封浮动环密封机械密封迷宫密封1、“O”型密封圈“O”型密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”型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。图为“O”型密封圈d1—O型圈内径d2—O型圈截面直径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①“O”型密封圈的优点密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻；有自密封作用，往往只用一个密封件便能完成密封，不需要周期性调整;密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄露；运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应；尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。②“O”型密封圈的缺点用于压缩密封时,起动摩擦阻力大;如果使用不当,容易引起O形圈切、挤、扭、断等事故;动密封很难做到不泄露,只能控制起渗漏量不大于规定许可值;在某些场合使用,往往需要加装保护挡圈和防尘圈.在气压和水压等密封中,有时还需要配备润滑附属装置.③“O”型密封圈用作静密封时的密封原理O型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。图为O型密封圈的静密封原理a)空载状态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型密封圈发生位移，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，如图所示。图为O型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。④用于往复运动时的密封原理O型密封圈在往复运动滑移面上的接触情况，如图所示。此时O型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型密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。O型密封圈的动密封原理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形密封圈的密封装置由压环、V形密封圈和支承环三部分组成，如图所示。图为V型密封装置1—压环2—V形密封圈3—支承环①“V”型密封圈的特点密封性能良好；允许一定的偏心载荷和偏心运动；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；耐冲击压力和振动压力；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，不影响密封效果密封装置的轴向尺寸大，摩擦阻力大②“V”型密封圈的应用安装“V”型密封圈时，密封圈的凹口必须面向工作介质的高压一侧。图为“V”密封圈的安装与调整1—调节螺栓，2—调整垫片V型密封圈主要用于液压缸活塞和活塞杆的往复动密封，其运动摩擦阻力较Y形密封圈大，但密封性能可靠、使用寿命长。当发生泄漏时，可只调整压环或填片而无须更换密封圈。V型密封圈的最高工作压力＞60MPa，适用工作温度-30~+80℃3、“Y”型密封圈Y形密封圈的截面呈Y形，是一种典型的唇形密封圈。图为“Y”型密封圈①“Y”型密封的特点密封性能可靠；摩擦阻力小，运动平稳；耐压性好，适用压力范围广；结构简单，价格低廉；安装方便。②“Y”型密封圈的应用Y形密封圈广泛应用于往复动密封装置中，其使用寿命高于O形密封圈。Y形密封圈的适用工作压力不大于40MPa，工作温度为-30~+80℃。4、“λ”密封“λ”型密封装置属于压缩式宽型橡胶动密封，它的密封原理是依靠顶起环的弹簧和油压的作用，以及密封圈的断面压缩，使“λ”型密封圈压缩变形，从而在密封面上获得足够大的接触压力，来实现对介质的密封的。在安装“λ”密封时，应注意橡胶圈要松紧适当，尖部切勿划破，以免降低止漏效果。“λ”型密封圈弹簧顶紧环压环5、法兰联接垫片密封在两联接件（如法兰）的密封面之间垫上不同型式的密封垫片，如非金属、非金属与金属的复合垫片或金属垫片。然后将螺纹或螺栓拧紧，拧紧力使垫片产生弹性和塑性形变，填塞密封面的不平处，达到密封的目的。密封垫的型式有平垫片、齿形垫片、透镜垫、金属丝垫等。密封垫片①法兰联接垫片密封的应用密封压力和温度与联接件的型式、垫片的型式、材料有关。通常，法兰联接密封可用于温度范围为-70~600℃，压力大于1.3333KPa（