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密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质(如灰尘与水分等)侵入机器设备内部的零部件或措施。技术是在社会生产力不断的发展中生产工具、设备、装备、语言、数字数据、信息记录等从低水平到高水平的不断变化,称之为技术。密封技术则是在社会生产力不断发展中,为了防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏,以及防止外界杂质(如灰尘与水分等)侵入机器设备内部的零部件或措施的水平的不断提高。

基本信息

  • 作品名称

    密封技术

  • 作者

    魏龙 主编

折叠 编辑本段 基础知识

1.1泄漏

泄漏是机械设备常产生的故障之一。造成泄漏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,对泄露物造成压力,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漏形式:

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。

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。

1.4.2.3 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。

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 聚氨酯橡胶

聚氨酯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。

1.4.2.8 氯醚橡胶

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。

1.4.2.9丙烯酸酯橡胶

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。

胶种

主要特点

工作温度

主要用途

丁腈橡胶

耐油、耐热、耐磨性好。广泛用于制作密封制品,但不适用于磷酸酯系列液压及含极性添加剂的齿轮油。

-40~120℃

用于制作"O"形圈,油封,适用于一般的液压、气动系统。

氢化丁腈橡胶

强度高、耐油、耐磨、耐热、耐老化。

-40~150℃

用于高温、高速的往复密封和旋转密封。

橡塑胶

材料弹性模量大,强度高,其他性能同上。

-30~80℃

用于制作"O"形圈、"Y"形圈、防尘圈等,应用于工程机械及高压液压系统的密封。

氟橡胶

耐热、耐酸碱及其它化学药品、耐油(包括磷酸酯系列液压油),适用于所有润滑油、汽油、液压油、合成油。

-20~200℃

适用于耐高温、化学药品、耐燃液压油的密封,在冶金、电力等行业用途广泛。

聚氨酯

耐磨性能优异、强度高、耐老化性能好。

-20~80℃

适用于工程机械和冶金设备中的高压、高速系统密封。

硅橡胶

耐热、耐寒性好。压缩永久变形小,但机械强度低

-60~230℃

适用于高、低温下的高速旋转密封及食品机械的密封。

聚丙烯酸酯

耐热性优于NBR,可在含极性添加剂的各种润滑油、液压油、石油系液压油中工作,耐水性较差。

-20~150℃

可用于各种小汽车油封及各种齿轮箱、变速箱,可耐中高温。

乙丙橡胶

耐气候性能好,在空气中耐老化、耐油性能一般,可耐氟里昂及多种制冷剂。

-50~150℃

应用于冰箱及制冷机械的密封。

聚四氟乙烯

化学稳定性好,耐热、耐寒性好,耐油、水、汽、药品等各种介质。机械强度较高,耐高温、耐磨,摩擦系数极低,自润滑性好。

-55~260℃

制作耐磨环、导向环、挡圈,为机械上常用的密封材料,广泛用于冶金、石化、工程机械、轻工机械。

尼龙

耐油、耐热、耐磨性好,抗压强度高,抗冲击性能好,但尺寸稳定性差。

-40~120℃

用于制作导向环、支撑环、压环、挡圈。

聚甲醛

耐油、耐热、耐磨性好,抗压强度高,抗冲击性能好,有较好的自润滑性能,尺寸稳定性好,但屈挠性差。

-40~140℃

用于制作导向环、挡圈。

折叠 编辑本段 发展方向

机械密封发展方向

接触式密封减少泄漏、减小磨损、提高可靠性和工作稳定性、延长使用寿命。非接触式密封减少泄漏、提高流体膜刚度和工作稳定性、延长使用寿命。

发展趋势

随着科技进步和工业的发展,高参数机械密封实用化的要求越来越高。具体可用图来表示机械密封技术的发展趋势。

发展特点

技术不断创新新技术、新概念、新产品、新材料、新工艺和新标准不断涌现;高参数(如高压、高速、高温、大直径)、高性能(如干运转、零泄漏、无油润滑、浆液)和高水平的密封产品大量研制;失效机理(如疱疤、热裂、空化汽蚀、橡胶密封圈泡胀和老化、失效分析(如可靠性和概率)和失效监控(如流体膜、摩擦 状态和相态的研究和应用。

使用范围不断扩

机械密封不仅机泉阀采用。而且工艺设备(如反应釜、转盘 塔、搅拌机、离心机等都采用。

发展要求重视密封系统

过去只重视单独密封件,已经发展到重视整个密封系统,而且已制了新的密封系统标准离心泵与转子泵的轴封系统标准。

注意安全和环境保护

过去只注意眼睛可视的"泄漏",不注意眼睛看不见的易挥发物的"逸出";发展到要求控制易挥发物的逸出量,也就是说从要求"零泄漏"到 要求"零逸出"。

折叠 编辑本段 零逸出密封

密封产品对保护环境是非常重要的,机械密封就是用在流体泄漏或逸出而有害于环境的场合下阻止工艺流体向外泄漏或逸出的。要使工艺流体彻底不逸出,必须推广零逸出密封技术。因此,世界各国都很重视零逸出密封技术的研究,研究零逸出密封技术、研制和开发零逸出密封系统、零逸出密封和零逸出密封辅助措施。特别是要密封有害介质和有危险性的介质,必须采用零逸出密封、零逸出密封系统和零逸出密封辅助措施。对于石油化工来说,一些关键设备,例如涡轮压缩机、汽轮机、搅拌釜必须采用零逸出气体阻塞密封,关键有害液体泵必须采用零逸出气体阻塞密封或干运转零逸出密封和抑制密封。

什么是零逸出密封技术?所谓零逸出,就是指工艺设备内的工艺流体泄漏量和逸出量等于零,也就是无工艺流体逸出。研究零逸出的密封技术就是零逸出密封技术。

零逸出密封技术具体研究零逸出密封系统、零逸出密封、零逸出密封辅助措施和密闭式机泵。零逸出密封系统在零逸出密封系统中采用流体阻塞系统和流体缓冲系统。流体阻塞系统中利用压力大于工艺流体压力和大气压力的(与工艺流体相容的惰性气体、蒸汽或油、油品、水)阻塞流体注入密封室中,由于阻塞流体压力稍大于工艺流体压力,允许少量阻塞流体通过内密封漏人工艺流体侧,同时也可能有少量阻塞流体通过外密封漏到大气中。工艺流体阻塞流体大气由于液体阻塞系统所采用的是油、油品或水,整个阻塞液体的增压系统庞大而昂贵,而且油气对环境污染,故均采用较简单,而且不贵又不污染的气体阻塞系统。流体缓冲系统中利用压力小于工艺流体压力但大于大气压力的(与工艺流体相容的)缓冲流体注入密封室中,由于工艺流体压力大于缓冲流体压力,就有少量工艺流体流到缓冲流体中,随缓冲流体引出密封室,到密闭系统或放空系统中去处理掉。工艺流体缓冲流体大气由于同样的理由,液体缓冲系统的油、油品或水有可能漏到大气中,仍有危险性和环境污染,故均采用气体缓冲系统。因此,零逸出密封技术中均采用气体阻塞系统和气体缓冲系统。零逸出密封为了达到零逸出,对于有害介质和有危险性介质,必须采用气体阻塞系统或气体缓冲系统。因此,要求密封能在气体阻塞系或气体缓冲系统中干运转的密封作为零逸出密封。零逸出密封中可以是单密封、双密封、串级密封或多密封。如果介质是无害的或无危险性的惰性气体或空气,则可采用单密封。

然而,对于有害介质或有危险性介质,则必须采用双密封、串级密封或多级密封,才能达到零逸出。这样,零逸出密封中就有靠工艺流体侧的内密封和不靠工艺流体侧的外密封和抑制密封。这样就有各式各样的密封配置,但其中必然有主密封、副密封和或辅助密封。

一般说来,零逸出密封采用干运转密封。它可以有接触式干运转密封或非接触式干运转密封。接触式干运转密封中有具有固体润滑性能材料做的普通接触式机械端面密封、热流体动力楔密封、唇状密封分瓣式硬填料密封、软填料密封、油封、磁流体密封和各种组密封等。非接触式干运转密封中有非接触式机械端面密封、迷宫密封、蜂窝密封、节流环密封、浮动环密封、螺旋密封、迷宫螺旋密封、叶轮密封和组合密封等。非接触式端面密封中,开各种流槽的气体端面密封发展较快,出现了螺旋槽、圆弧槽、叶形槽、梯形槽、形槽、形槽、雷列台阶面、斜平面、直槽和各种异形槽等密封。

这些密封的共同特点是利用流槽的各种流体静动压效应增加流体膜的承载能力和流体膜刚度,同时利用浅槽形成较薄的流体膜和较小的泄漏量。零逸出密封的辅助措施零逸出密封系统中包括阻塞气体和缓冲气体的供应、气体过滤(通常采用的双过滤器)、控制和计量仪表(压力表和压力开关、差压表和差压传送器、压力调节器和压力指示器、节流孔板、流量指示器和流量传送器)、各种阀门(启闭阀、单向阀、调节阀和调节控制器)、主密封泄漏量监控和报警以及驰放气体放空、凝液排污或回收装置。有必要时采用温度计指示和冷却器。

折叠 编辑本段 图书名

折叠 图书信息

作 者:魏龙 主编

出 版 社:化学工业出版社

出版时间:2010-1-1

版 次:2

页 数:212

字 数:339000

印刷时间:2010-1-1

开 本:16开

纸 张:胶版纸

印 次:1

I S B N:9787122067357

包 装:平装

折叠 图书简介

密封件是机械设备的重要零部件。本书从实用性出发,全面系统地介绍了工业常用密封技术的主要内容和最新进展,重点阐述了垫片密封、填料密封、机械密封、非接触型密封、注剂式带压密封等的基本概念、基本理论、结构形式、密封特性、材料、使用维护和故障处理等基本知识,并简要介绍了泄漏检测技术。

本书引用与密封技术相关的最新标准,内容新颖、文字简练、通俗易懂、实用性强。

本书可作为高等职业技术学院和中等职业技术学校的专业教材以及工程技术人员的培训教材,也可供从事密封设计、制造、维护、管理等工作的技术人员参考。

折叠 图书目录

绪论

第一章垫片密封

第一节中低压设备和管道的垫片密封

第二节高压设备的密封

第二章填料密封

第一节软填料密封

第二节硬填料密封

第三节成型填料密封及油封

第三章机械密封

第一节机械密封的基本原理

第二节机械密封的主要零件及材料

第三节机械密封的典型结构及循环保护系统

第四节机械密封的选择、使用及维修

第五节机械密封的失效及分析

第四章非接触型密封

第一节间隙密封

第二节迷宫密封

第三节动力密封

第四节动力密封

第五节磁流体密封

第六节全封闭密封

第五章注剂式带压堵漏

第一节基本原理和方法

第二节密封注剂

第三节带压堵漏的安全施工

第六章泄漏检测技术简介

第一节检漏方法的分类

第二节常用的检漏方法及选择

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