过程装备密封技术.ppt

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1、过程装备密封技术过程装备密封技术Sealing Technology of Process Equipments过程装备密封技术过程装备密封技术过程机械的动密封过程机械的动密封接触密封接触密封 (1)软填料密封软填料密封 (2)往复轴密封往复轴密封 (3)旋转轴弹性密封旋转轴弹性密封 (4)机械密封机械密封非接触转轴密封非接触转轴密封 (1)间隙密封间隙密封 (2)迷宫密封迷宫密封过程机械的动密封过程机械的动密封 (3)气膜密封气膜密封 (4)液膜密封液膜密封 (5)离心密封离心密封 (6)螺旋密封螺旋密封 (7)停车密封停车密封 (8)磁流体密封磁流体密封全封闭密封全封闭密封过程机械的动密封

2、过程机械的动密封4.1 接触密封接触密封4.1.1 软填料密封软填料密封4.1.1.1 引言引言软填料密封：软填料密封：压盖填料（压盖填料（Gland Packing)密封、盘根（密封、盘根（Packing)密封。密封。应用场合应用场合 旋转运动：旋转运动：离心泵、真空泵、搅拌机、反应釜。离心泵、真空泵、搅拌机、反应釜。往复运动：往复运动：往复泵、往复压缩机的柱塞或活塞杆。往复泵、往复压缩机的柱塞或活塞杆。螺旋运动：螺旋运动：阀门的阀杆与阀座。阀门的阀杆与阀座。(1)基本结构基本结构(图图4-1)(2)软填料的分类、材料和结构软填料的分类、材料和结构 分类和结构分类和结构按功能：按功能：阀门用

3、填料、离心泵用填料、往复压缩机用填料。阀门用填料、离心泵用填料、往复压缩机用填料。按材料：按材料：橡胶、天然纤维填料、合成纤维填料和金属填料等。橡胶、天然纤维填料、合成纤维填料和金属填料等。按加工方法：按加工方法：绞合填料、编结填料、叠层填料和模压填料。绞合填料、编结填料、叠层填料和模压填料。其中的编结填料按编织方式又分为：夹心套层式编结填料、发辫其中的编结填料按编织方式又分为：夹心套层式编结填料、发辫式编结填料、穿心式编结填料。（式编结填料、穿心式编结填料。（图图4-3）过程机械的动密封过程机械的动密封(2)软填料的分类、材料和结构软填料的分类、材料和结构 基本材料基本材料(表表4-1)橡胶

4、：橡胶：天然橡胶、合成橡胶（天然橡胶、合成橡胶（NBR、CR、SBR、EPDM）；）；纤维：纤维：矿物类（石棉、柔性石墨）；矿物类（石棉、柔性石墨）；植物类植物类（棉花、麻）；（棉花、麻）；动物类动物类（皮革、毛发）；（皮革、毛发）；合成类合成类（人造丝、各种合成纤维）。（人造丝、各种合成纤维）。辅助材料：辅助材料：金属、润滑剂、防腐蚀剂金属、润滑剂、防腐蚀剂4.1.1.2 软填料密封的原理软填料密封的原理 流体通过软填料密封泄漏的机理分析流体通过软填料密封泄漏的机理分析 (1)泄漏根本原因：泄漏根本原因：存在动力：即压力差、浓度差，或沿泄漏方向有相对运动；存在动力：即压力差、浓度差，或沿泄漏

5、方向有相对运动；存在泄漏通道。存在泄漏通道。(2)泄漏途径：泄漏途径：通过填料与静止件界面的泄漏通过填料与静止件界面的泄漏 通过填料本身的泄漏（渗透泄漏）通过填料本身的泄漏（渗透泄漏）通过填料与运动界面之间的泄漏通过填料与运动界面之间的泄漏 编结填料结构及常见编结填料编结填料结构及常见编结填料过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.2 软填料密封的原理软填料密封的原理(1)应力特征应力特征推导过程过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.2 软填料密封的原理软填料密封的原理(1)应力特征应力特征过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.2 软填料密封的原理软填料密封的原理(1)应力特征

6、应力特征图图 软填料密封压力分布软填料密封压力分布 为保证密封，理论上，填料底部的径向压力为保证密封，理论上，填料底部的径向压力密封介质压力。密封介质压力。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.2 软填料密封的原理软填料密封的原理(2)摩擦力和摩擦力矩摩擦力和摩擦力矩 填料轴向微元上的摩擦力填料轴向微元上的摩擦力dFt为：为：填料与轴的总摩擦力填料与轴的总摩擦力Ft为：为：摩擦力矩为：摩擦力矩为：实际应用时，上式可改写为：实际应用时，上式可改写为：对回转轴密封：由对回转轴密封：由Mt产生的功率消耗为：产生的功率消耗为：过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.2 软填料密封的原理软填料

7、密封的原理(3)泄漏率泄漏率 泄漏率计算公式：泄漏率计算公式：允许泄漏率允许泄漏率(4)磨损与润滑磨损与润滑 由于填料径向接触应力沿轴向长度分布的不均由于填料径向接触应力沿轴向长度分布的不均匀，正常装填的填料在压盖处磨损较大，向内逐匀，正常装填的填料在压盖处磨损较大，向内逐渐减小渐减小.装填不好，填料和轴在短时间内产生剧烈装填不好，填料和轴在短时间内产生剧烈磨损。磨损。润滑剂的作用：润滑，带走摩擦热，减少填料润滑剂的作用：润滑，带走摩擦热，减少填料热磨损热磨损(2-43)过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.3 软填料密封结构的设计软填料密封结构的设计(1)软填料密封结构的基本要求软填料

8、密封结构的基本要求过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.3 软填料密封结构的设计软填料密封结构的设计(1)软填料密封结构的基本要求软填料密封结构的基本要求过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.3 软填料密封结构的设计软填料密封结构的设计(2)填料函主要结构尺寸填料函主要结构尺寸 填料函的结构尺寸主要包括填料厚度、填料高度、填料函总高度，以及压盖和底填料函的结构尺寸主要包括填料厚度、填料高度、填料函总高度，以及压盖和底套尺寸等。套尺寸等。设计填料函尺寸方法设计填料函尺寸方法(1)相关国家或企业标准相关国家或企业标准(表表4-4)；(2)经验公式经验公式过程机械的动密封过程机械的动密封

9、4.1.1.4 填料的选择、安装和使用填料的选择、安装和使用(1)填料材料的正确选择填料材料的正确选择 选择填料材料要考虑的因素选择填料材料要考虑的因素(1)设备的种类和运动方式；设备的种类和运动方式；(2)介质的物理和化学性质；介质的物理和化学性质；(3)工作温度和压力；工作温度和压力；(4)运动速度运动速度这些因素的数值特征主要是反映磨损和发热程度的工作温度这些因素的数值特征主要是反映磨损和发热程度的工作温度T和压力与线速度和压力与线速度的乘积的乘积pv值，以及标志介质腐蚀性强弱的值，以及标志介质腐蚀性强弱的pH值。值。(2)填料的合理安装填料的合理安装 阀杆填料的安装阀杆填料的安装(1)

10、除去填料函中所有的旧填料，彻底洁净填料函和阀杆，检查阀杆表面的磨损和除去填料函中所有的旧填料，彻底洁净填料函和阀杆，检查阀杆表面的磨损和擦伤情况。擦伤情况。(2)测量并记录阀杆直径，填料函深度和内孔直径。测量并记录阀杆直径，填料函深度和内孔直径。(3)把成卷连续的填料切割成当个圆环把成卷连续的填料切割成当个圆环(4)用压盖螺栓进行预加载。用压盖螺栓进行预加载。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.4 填料的选择、安装和使用填料的选择、安装和使用(2)填料的合理安装填料的合理安装 泵用填料的安装泵用填料的安装(1)清理旧填料和切割安装填料环同上述安装阀门填料的步骤相同。但如果需要清理旧填料

11、和切割安装填料环同上述安装阀门填料的步骤相同。但如果需要安装封液环，应将它安置在接管丝扣孔处。安装封液环，应将它安置在接管丝扣孔处。(2)所有的环都安装完成后，把压盖放置填料上，用手指拧紧压盖螺母。开动所有的环都安装完成后，把压盖放置填料上，用手指拧紧压盖螺母。开动 泵，把螺栓拧紧直至渗漏减小到允许的最小泄漏程度为止；重新安装后的填料泵，把螺栓拧紧直至渗漏减小到允许的最小泄漏程度为止；重新安装后的填料在设备开动时发生泄漏是允许的。在设备开动后的在设备开动时发生泄漏是允许的。在设备开动后的1h内将压盖螺栓分步拧紧，内将压盖螺栓分步拧紧，以减小到允许的滴漏和发热程度，如此做成使填料在以后的长期运行

12、中具有良以减小到允许的滴漏和发热程度，如此做成使填料在以后的长期运行中具有良好的密封性能。好的密封性能。阀门压盖螺栓载荷的确定阀门压盖螺栓载荷的确定两种方法：两种方法：(1)控制填料压缩量法控制填料压缩量法;(2)控制压盖螺栓转矩法控制压盖螺栓转矩法控制填料压缩量法：控制填料压缩量法：即预先确定达到密封必须压缩填料的距离，此对不同的填料材即预先确定达到密封必须压缩填料的距离，此对不同的填料材料具有不同的数值，且当系统压力提高时，压缩量要相应增加。料具有不同的数值，且当系统压力提高时，压缩量要相应增加。控制压盖螺栓转矩法：如下式来估算螺栓预紧转矩：控制压盖螺栓转矩法：如下式来估算螺栓预紧转矩：过

13、程机械的动密封过程机械的动密封4.1.1.4 填料的选择、安装和使用填料的选择、安装和使用(3)填料密封失效的原因与正确的使用维护填料密封失效的原因与正确的使用维护过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封往复密封是指用于过程机械作往复运动机构处的密封，包括往复密封是指用于过程机械作往复运动机构处的密封，包括液压密封、气动密封、液压密封、气动密封、活塞环密封、柱塞泵密封活塞环密封、柱塞泵密封等。等。4.1.2.1 液压密封液压密封(1)对液压密封的基本要求对液压密封的基本要求 一般的液压密封指液压缸活塞密封和活塞杆密一般的液压密封指液压缸活塞密封和活塞杆密封。当范围更广、

14、要求更严时，还包括防止灰尘封。当范围更广、要求更严时，还包括防止灰尘或外界液体进入系统的防尘密封。或外界液体进入系统的防尘密封。对液压密封的基本要求如图对液压密封的基本要求如图4-12(2)弹性体密封的基本原理弹性体密封的基本原理a.自密封机理自密封机理 最常见的弹性密封件是橡胶最常见的弹性密封件是橡胶O形圈形圈.弹性体密封的弹性体密封的“自动密封自动密封”或称或称“自密封自密封”是依是依靠弹性体材料的弹性、并存在初始装配过盈量或预靠弹性体材料的弹性、并存在初始装配过盈量或预紧加载荷来实现的。紧加载荷来实现的。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压

15、密封液压密封(2)弹性体密封的基本原理弹性体密封的基本原理在操作过程中，流体压力在操作过程中，流体压力p作用在密封环作用在密封环暴露于介质的表面，使得密封面的接触应暴露于介质的表面，使得密封面的接触应力增加到力增加到p(图图4-14)。密封面的接触应力超。密封面的接触应力超过了被密封的流体压力过了被密封的流体压力p，从而实现了密，从而实现了密封。封。接触应力接触应力p与介质压力与介质压力p的关系可通过分析的关系可通过分析三维应力应变关系获得，其表达式为：三维应力应变关系获得，其表达式为：为弹性体材料的泊松比，对弹性体材为弹性体材料的泊松比，对弹性体材料，料，=0.5，则：，则：表明弹性体密封的

16、接触应力表明弹性体密封的接触应力p总比介质压总比介质压力高力高0，因此具有自动适应流体压力变化，因此具有自动适应流体压力变化的能力。的能力。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压密封液压密封(2)弹性体密封的基本原理弹性体密封的基本原理b.液压往复运动用液压往复运动用O形密封圈形密封圈弹性体弹性体O形密封圈用作往复运动密封件时，其预密形密封圈用作往复运动密封件时，其预密封作用和自密封作用与用作静密封时一样。但由于封作用和自密封作用与用作静密封时一样。但由于活塞杆往复运动时容易将液体带到活塞杆往复运动时容易将液体带到O形圈和活塞杆形圈和活塞杆之间，导

17、致粘附泄漏，情况比静密封复杂。之间，导致粘附泄漏，情况比静密封复杂。往复运动中橡胶往复运动中橡胶O形圈的泄漏如图形圈的泄漏如图4-16.c.活塞杆密封活塞杆密封 活塞杆密封是液压设备最关键的元件活塞杆密封是液压设备最关键的元件 首先保证静态密封效果，但静态密封效果好，往复运动时可能发生泄漏。首先保证静态密封效果，但静态密封效果好，往复运动时可能发生泄漏。往复运动时，密封是依靠密封件与运动活塞杆之间流体膜的弹性流体动压效果往复运动时，密封是依靠密封件与运动活塞杆之间流体膜的弹性流体动压效果实现。实现。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压密封液压密封

18、 动压密封机理动压密封机理(1)在外行程过程中，密封件应能将大部分液压在外行程过程中，密封件应能将大部分液压流体刮离液压杆表面，但不可避免的有液体流体刮离液压杆表面，但不可避免的有液体的密封的密封“间隙间隙”。(2)弹性体密封件与活塞杆之间的径向接触力，弹性体密封件与活塞杆之间的径向接触力，由过盈产生的接触预紧力和介质压力作用而由过盈产生的接触预紧力和介质压力作用而产生的附加接触力构成。产生的附加接触力构成。(3)活塞杆外行程中的准一维流动的雷诺润滑方活塞杆外行程中的准一维流动的雷诺润滑方程为：程为：(4)对上式进行微分得：对上式进行微分得：(5)计算图计算图4-18拐点拐点A处的膜厚：处的膜

19、厚：过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压密封液压密封 动压密封机理动压密封机理(6)计算最大液膜压力处的膜厚：计算最大液膜压力处的膜厚：(7)根据质量守恒定律，可得空气侧的膜厚为最根据质量守恒定律，可得空气侧的膜厚为最大压力处的一半：大压力处的一半：(8)粘附于活塞杆表面移动到空气侧的液压液体的体积流量为：粘附于活塞杆表面移动到空气侧的液压液体的体积流量为：过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压密封液压密封 动压密封机理动压密封机理 流体通过密封处的量仅决定于流体压力分布曲流体通过密封处的量仅决定于流

20、体压力分布曲线的最大斜率。线的最大斜率。可用如图可用如图4-19所示，装满液体的敞口卡车翻越一所示，装满液体的敞口卡车翻越一座小山，最大的斜坡度控制着能被带过小山的液座小山，最大的斜坡度控制着能被带过小山的液体量。斜坡越陡，所能带过的液体越少。体量。斜坡越陡，所能带过的液体越少。内行程的液膜压力分布一般不同于其外行程的液膜压力分内行程的液膜压力分布一般不同于其外行程的液膜压力分布，这是因为内行程时腔体液体的压力布，这是因为内行程时腔体液体的压力Pi不同于外行程时不同于外行程时的的p0，活塞杆的运动速度也可能不同。，活塞杆的运动速度也可能不同。内行程带回的液体量取决于两种条件。内行程带回的液体量

21、取决于两种条件。(1)外行程带到密外行程带到密封外侧的液体量。不管密封如何工作，被带回的液体量不封外侧的液体量。不管密封如何工作，被带回的液体量不可能超过外行程带出的液体量。可能超过外行程带出的液体量。(2)压力分布在空气侧拐点压力分布在空气侧拐点E处的最大压力梯度处的最大压力梯度WE=dp/dx。最大回送液膜厚度：最大回送液膜厚度：每一往复循环产每一往复循环产生的泄漏量生的泄漏量 要减少泄漏，活塞杆密封应具有最大压力点靠近液体侧的三角形接触压力分布。要减少泄漏，活塞杆密封应具有最大压力点靠近液体侧的三角形接触压力分布。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2

22、.1 液压密封液压密封 典型的活塞杆密封典型的活塞杆密封.O形圈密封件形圈密封件 靠近液体侧的压力梯度小，靠近空气侧的压力梯度大，将液靠近液体侧的压力梯度小，靠近空气侧的压力梯度大，将液体反向带回的能力弱，使产生和存在泄漏的可能性很大。体反向带回的能力弱，使产生和存在泄漏的可能性很大。(1)端面形状如图端面形状如图4-21所示。其前部倒角所示。其前部倒角a是为了容易是为了容易 形形成润滑液膜，后部倒角成润滑液膜，后部倒角B是为了提高密封的耐压能力，一是为了提高密封的耐压能力，一般均有般均有aB(2)图图4-22显示了现代显示了现代U杯形密封的接触压力分布，并与趋杯形密封的接触压力分布，并与趋于

23、淘汰的传统于淘汰的传统U杯形密封圈的压力的接触压力进行了比较杯形密封圈的压力的接触压力进行了比较.Y形圈密封件形圈密封件 具有密封性能好，摩擦阻力小等优点具有密封性能好，摩擦阻力小等优点.U杯形密封件杯形密封件过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压密封液压密封 典型的活塞杆密封典型的活塞杆密封.阶梯形密封圈阶梯形密封圈(1)由一个截面形状为梯形的青铜填充聚四氟乙烯由一个截面形状为梯形的青铜填充聚四氟乙烯(PTFE)环环和和O形橡胶密封圈组合形成。形橡胶密封圈组合形成。O形圈提供足够的密封预紧力，形圈提供足够的密封预紧力，并对并对PTFE环的磨损起补

24、偿作用。环的磨损起补偿作用。(2)图图4-23为其结构和接触压力分布为其结构和接触压力分布(3)适用于高压液压系统的活塞杆密封，使用压力为适用于高压液压系统的活塞杆密封，使用压力为060MPa，往复运动线速度为，往复运动线速度为5m/s，温度为，温度为-50225C(4)阶梯形密封圈完全是按弹性流体动压润滑的原理设计的，密封唇边靠近中心平阶梯形密封圈完全是按弹性流体动压润滑的原理设计的，密封唇边靠近中心平面，并由弹性面，并由弹性O形圈加载。形圈加载。(5)图图4-24显示了在不同流体压力下的界面形状和接触压力分布，随着压力的增加，显示了在不同流体压力下的界面形状和接触压力分布，随着压力的增加，

25、靠近空气侧的浅锲逐渐减小，在高压下可能闭合，其接触压力分布仍维持理想的靠近空气侧的浅锲逐渐减小，在高压下可能闭合，其接触压力分布仍维持理想的三角形形状。三角形形状。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压密封液压密封d 活塞密封活塞密封对于单作用活塞，其密封的原理与活塞杆密封并无太大区别，只不过密封唇口在对于单作用活塞，其密封的原理与活塞杆密封并无太大区别，只不过密封唇口在外侧，以实现活塞与液压缸壁的密封。外侧，以实现活塞与液压缸壁的密封。有孔用密封圈和轴用密封圈两种形式，孔用密封圈的密封唇口有孔用密封圈和轴用密封圈两种形式，孔用密封圈的密封唇口在外

26、侧，用于活塞；轴用密封圈的密封唇口在内侧，用于活塞在外侧，用于活塞；轴用密封圈的密封唇口在内侧，用于活塞杆的密封。杆的密封。对于双作用活塞，要求密封结构对径向平面对称，也可以成对采对于双作用活塞，要求密封结构对径向平面对称，也可以成对采用单作用活塞密封用单作用活塞密封.图图4-26a密封唇边靠近密封的边缘，而靠近中部有密封唇边靠近密封的边缘，而靠近中部有一浅锥。利用浅锥的流体动压作用将中间空间的流一浅锥。利用浅锥的流体动压作用将中间空间的流体泵出。避免中间流体压力的建立而形成较大的液体泵出。避免中间流体压力的建立而形成较大的液膜厚度，该类密封的流体膜薄，泄漏量小。膜厚度，该类密封的流体膜薄，泄

27、漏量小。图图4-26b结构具有两个靠得很近的密封唇边，中间有结构具有两个靠得很近的密封唇边，中间有一个小空腔，浅锥朝向外侧，在中间空腔内会产生足一个小空腔，浅锥朝向外侧，在中间空腔内会产生足够的流体动压力来减轻密封面的接触压力，从而减小够的流体动压力来减轻密封面的接触压力，从而减小摩擦。摩擦。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.1 液压密封液压密封e 防尘密封防尘密封 活塞杆的外伸表面暴露于各种环境条件，在活塞杆的内行程时，粘附于活塞杆表活塞杆的外伸表面暴露于各种环境条件，在活塞杆的内行程时，粘附于活塞杆表面的灰尘、冰渣、水滴及其他外界杂物必须被除去，因

28、此必须安装防尘密封以避免面的灰尘、冰渣、水滴及其他外界杂物必须被除去，因此必须安装防尘密封以避免活塞杆密封被损坏、液压系统被污染。活塞杆密封被损坏、液压系统被污染。注：注：防尘密封接触压力分布的最大斜率应当得到适防尘密封接触压力分布的最大斜率应当得到适当控制。当控制。图图4-27显示了一种防尘密封的典型结构，其防尘唇显示了一种防尘密封的典型结构，其防尘唇口的接触压力分布，满足了防尘密封的功能要求。口的接触压力分布，满足了防尘密封的功能要求。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.2 气动密封气动密封气动是气动是“气动技术气动技术”或或“气体传动与控制气体传动

29、与控制”的简称。的简称。该技术是以空气压缩机为动力源，以压缩气体为工作介质，进行能量传递该技术是以空气压缩机为动力源，以压缩气体为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。与液压密封相比，气动密封的压力较低；气动密封的寿命，按其滑动距离与液压密封相比，气动密封的压力较低；气动密封的寿命，按其滑动距离要求达到要求达到500020000km。气动密封构件：气动密封构件：活塞杆密封、活塞密封、防尘密封、活塞杆密封、活塞密封、防尘密封、冲程终了刹车系统的衬垫密封。冲程终了刹车系统的衬垫密封。

30、(1)基本要求基本要求图图4-29表示了对理想气动密封的表示了对理想气动密封的基本要求。基本要求。对气动密封一般提供独立的润滑方式对气动密封一般提供独立的润滑方式对气动气缸，摩擦问题是最重要的对气动气缸，摩擦问题是最重要的过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.2 气动密封气动密封(2)气动密封典型唇口结构气动密封典型唇口结构 图图4-30为典型弹性体气动密封唇口部位的两种结构，其初始接触应力决定于密封为典型弹性体气动密封唇口部位的两种结构，其初始接触应力决定于密封与其耦合密封面的过盈量与其耦合密封面的过盈量.密封的接触应力随气体压力的增加而增加，即具有自紧

31、作用，不过这也将导致密封的接触应力随气体压力的增加而增加，即具有自紧作用，不过这也将导致摩擦力的增加。摩擦力的增加。气动密封常采用乳化脂作为润滑剂气动密封常采用乳化脂作为润滑剂 理想情况下，在接触的中点具有适度的压力理想情况下，在接触的中点具有适度的压力峰，而在两侧压力尽可能缓慢下降。峰，而在两侧压力尽可能缓慢下降。(3)常见气动密封形式及特点常见气动密封形式及特点O形圈：与液压往复运动形圈：与液压往复运动O形圈密封相比，相同断形圈密封相比，相同断面尺寸的面尺寸的O形圈，气动密封的沟槽尺寸要窄、要深，形圈，气动密封的沟槽尺寸要窄、要深，其目的是减少对密封圈的压缩作用，以降低摩擦阻其目的是减少对

32、密封圈的压缩作用，以降低摩擦阻力，力，X形圈减少了接触面等，有利于减少摩擦和改善形圈减少了接触面等，有利于减少摩擦和改善润滑，如图润滑，如图4-31过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.2 气动密封气动密封 唇形气动密封唇形气动密封 方形圈气动密封：由一个截面为方形的填充聚四氟乙烯方形圈气动密封：由一个截面为方形的填充聚四氟乙烯(PTFE)环和环和O形橡胶密封圈组合而成，形橡胶密封圈组合而成，O形圈提供弹性力，形圈提供弹性力，形成初始密封，并可对聚四氟乙烯圈的磨损起到补偿作用。形成初始密封，并可对聚四氟乙烯圈的磨损起到补偿作用。(4)无油润滑气动密封无油润

33、滑气动密封过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封4.1.2.3.1 活塞密封活塞密封活塞环活塞环活塞环是依靠阻塞和节流机理工作的接触式动密封活塞环是依靠阻塞和节流机理工作的接触式动密封(1)活塞环密封的基本原理活塞环密封的基本原理由于环本身所具有的张力，迫使环的开口端向由于环本身所具有的张力，迫使环的开口端向外扩张而使环的外侧贴紧缸壁，形成环外侧与外扩张而使环的外侧贴紧缸壁，形成环外侧与缸壁的一次接触密封，构成第一密封面。缸壁的一次接触密封，构成第一密封面。当施加系统压力当施加系统压力p后，环被推向泄漏的方向，与后，环被

34、推向泄漏的方向，与活塞环槽的侧面形成二次接触密封，构成第二密活塞环槽的侧面形成二次接触密封，构成第二密封面。如果活塞环处于中间位置，不与槽的侧壁封面。如果活塞环处于中间位置，不与槽的侧壁形成第二密封面，则发生泄漏。形成第二密封面，则发生泄漏。当气体压力当气体压力p起作用时，作用在环外侧的气体压力增强了起作用时，作用在环外侧的气体压力增强了一次接触密封一次接触密封(图图4-40)。总接触压力包括环的初始接触压力和气体压力产生的接触压力，总接触压力包括环的初始接触压力和气体压力产生的接触压力，通常气体压力是形成轴向和径向密封阻力的主要原因。通常气体压力是形成轴向和径向密封阻力的主要原因。过程机械的

35、动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封4.1.2.3.1 活塞密封活塞密封活塞环活塞环(1)活塞环密封的基本原理活塞环密封的基本原理 在理想工作状态下，活塞环的第一密封面与第二密封面均处于良好的密封状态，此时气在理想工作状态下，活塞环的第一密封面与第二密封面均处于良好的密封状态，此时气体的唯一泄漏通道是环的开口间隙处。环开口间隙处的形状和间隙大小影响着泄漏量。体的唯一泄漏通道是环的开口间隙处。环开口间隙处的形状和间隙大小影响着泄漏量。当活塞两侧压力差较大时，可以采用多道活塞环使流体经多次阻塞、节流，以达到当活塞两侧压力差较大时，可

36、以采用多道活塞环使流体经多次阻塞、节流，以达到密封的要求。密封的要求。图图4-42给出了气流经几个活塞环时的压力变化情况。给出了气流经几个活塞环时的压力变化情况。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封4.1.2.3.1 活塞密封活塞密封活塞环活塞环(1)活塞环的应用活塞环的应用(a)油润滑活塞环油润滑活塞环.油润滑活塞环一般由灰铸铁或合金铸铁制造。油润滑活塞环一般由灰铸铁或合金铸铁制造。.直径小的活塞环或高转速用的活塞环，旋用强度较高的灰铸铁，直径小的活塞环或高转速用的活塞环，旋用强度较高的灰铸铁，或合金铸铁。或合金铸铁

37、。.除强度外，对铸件的金相组织也有较高的要求，不允许有游离渗碳体存在除强度外，对铸件的金相组织也有较高的要求，不允许有游离渗碳体存在.活塞环外表面不允许有裂痕，气孔，毛刺等缺陷。活塞环外表面不允许有裂痕，气孔，毛刺等缺陷。.高压级，可对活塞环表面进行多孔性镀鉻，以提高含油及耐摩性。高压级，可对活塞环表面进行多孔性镀鉻，以提高含油及耐摩性。.刮油环以便把过多的润滑油刮去，还起到分布油的作用。刮油环安装在活塞环组刮油环以便把过多的润滑油刮去，还起到分布油的作用。刮油环安装在活塞环组的大气侧的大气侧.有时，为了承受活塞的重量或起导向作用，需要设置支撑环。有时，为了承受活塞的重量或起导向作用，需要设置

38、支撑环。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封4.1.2.3.1 活塞密封活塞密封活塞环活塞环(b)无油润滑活塞环无油润滑活塞环无油润滑压缩机主要指活塞环、支撑杆、活塞无油润滑压缩机主要指活塞环、支撑杆、活塞杆密封填料都实现无润滑油润滑。杆密封填料都实现无润滑油润滑。无油润滑活塞组件一般均配有支撑无油润滑活塞组件一般均配有支撑环。图环。图4-46为常见支撑环结构。为常见支撑环结构。4.1.2.3.2 活塞杆密封活塞杆密封硬填料密封硬填料密封 活塞杆密封一般由填料密封来实现，对密封高活塞杆密封一般由填料密封来实现，对密封高

39、压气体，压气体，一般采用硬填料一般采用硬填料。常用的填料有金属、填充硬质材料的塑料或石墨等。为解决硬填料磨损后的补偿问题常用的填料有金属、填充硬质材料的塑料或石墨等。为解决硬填料磨损后的补偿问题，往往采用分辨式结构。，往往采用分辨式结构。硬填料密封的原理和活塞环类似，即在填料和活塞杆相互配合面上，利用阻塞和节流硬填料密封的原理和活塞环类似，即在填料和活塞杆相互配合面上，利用阻塞和节流作用，达到密封气缸内气体的作用。作用，达到密封气缸内气体的作用。活塞杆密封用的填料环形式主要分为两类：平面填料环和锥面填料环活塞杆密封用的填料环形式主要分为两类：平面填料环和锥面填料环过程机械的动密封过程机械的动密

40、封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封(1)平面填料环平面填料环应用范围：低压、中压或压力不很高的高压级气缸上应用范围：低压、中压或压力不很高的高压级气缸上形式：三瓣六瓣形、切向切口三瓣型或其他形式形式：三瓣六瓣形、切向切口三瓣型或其他形式工作原理：工作原理：朝向气缸侧的是具有沿径向直切口的三瓣环，它的作朝向气缸侧的是具有沿径向直切口的三瓣环，它的作用是在遮住六瓣环的径向切口。用是在遮住六瓣环的径向切口。高压气体由本身的三个径向切口流入填料函的外腔，高压气体由本身的三个径向切口流入填料函的外腔，并作用于填料环的外侧面。并作用于填料环的外侧面。朝向曲轴

41、侧的是六瓣环，由三个鞍形瓣和三个半月形瓣组成。六瓣切口和三瓣环朝向曲轴侧的是六瓣环，由三个鞍形瓣和三个半月形瓣组成。六瓣切口和三瓣环切口错开切口错开60度。度。六瓣环其主要密封作用六瓣环其主要密封作用工作时，沿活塞杆来的高压气体可沿三瓣环的径向切口导入密封室，从而把六瓣工作时，沿活塞杆来的高压气体可沿三瓣环的径向切口导入密封室，从而把六瓣环均匀的箍紧在活塞杆上而达到密封作用。环均匀的箍紧在活塞杆上而达到密封作用。气缸内压力越高，六瓣环与活塞杆抱得越紧，自密封作用越强。气缸内压力越高，六瓣环与活塞杆抱得越紧，自密封作用越强。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.

42、2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封(1)平面填料环平面填料环过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封(1)平面填料环平面填料环如图如图4-50所示，为活塞环式密封圈。所示，为活塞环式密封圈。内圈内圈1、2是密封环，外圈是弹性环，并是密封环，外圈是弹性环，并由弹簧抱紧。装配时，三环的切口错开。由弹簧抱紧。装配时，三环的切口错开。如图如图4-51所示，为无油润滑压缩机活塞杆所示，为无油润滑压缩机活塞杆的填料密封。的填料密封。a.甲乙填料均为开口环，而乙填料环的径向甲乙填料均为开口环，而乙填料环的径向切口可用小帽盖住。切口

43、可用小帽盖住。b.两填料环结构相同，只是在两填料环外侧两填料环结构相同，只是在两填料环外侧增加一围环，克服增加一围环，克服a结构的不足结构的不足c.为为O形填料环结构，主填料无切口。形填料环结构，主填料无切口。d.结构较复杂，填料环甲乙为不同形状的三结构较复杂，填料环甲乙为不同形状的三瓣结构，丙环使限流环瓣结构，丙环使限流环e.与与d相似，仅乙填料环为六瓣结构，以便相似，仅乙填料环为六瓣结构，以便磨损均匀磨损均匀过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.2 往复轴密封往复轴密封4.1.2.3 活塞和活塞杆密封活塞和活塞杆密封(2)锥面填料环锥面填料环在密封高压力差时，为了降低填料作用在活塞杆在密

44、封高压力差时，为了降低填料作用在活塞杆上的比压，采用如图上的比压，采用如图4-2的锥面填料环结构。的锥面填料环结构。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.3 旋转轴弹性体密封旋转轴弹性体密封本节主要介绍旋转轴唇形密封和本节主要介绍旋转轴唇形密封和O形圈密封形圈密封用于防止机械润滑油向外泄露的称为用于防止机械润滑油向外泄露的称为“油封油封”，用于防止外界的灰尘等有害物质进，用于防止外界的灰尘等有害物质进入机械内部，则称之为入机械内部，则称之为“防尘密封防尘密封”。为了进一步提高保护轴承的效果，为了进一步提高保护轴承的效果，防止润滑剂的漏出和灰尘的进入，防止润滑剂的漏出和灰尘的进入，出现了专门设

45、计的轴承隔离圈。出现了专门设计的轴承隔离圈。它包含一个静止环和一个旋转环。它包含一个静止环和一个旋转环。4.1.3.1 唇形密封唇形密封(1)无压旋转轴唇形密封无压旋转轴唇形密封a.基本概念基本概念(a)填料本身与旋转轴的接触面积大，摩擦、磨损相填料本身与旋转轴的接触面积大，摩擦、磨损相当严重，并且对轴的径向跳动补偿能力很弱当严重，并且对轴的径向跳动补偿能力很弱(b)弹性体浮动环结构，接触宽度减少，情况得到了弹性体浮动环结构，接触宽度减少，情况得到了很大改善很大改善(c)柔性隔膜顶端带唇形密封环结构，隔膜起到了第柔性隔膜顶端带唇形密封环结构，隔膜起到了第二密封功能的作用，并有效的，无摩擦的对唇

46、形二密封功能的作用，并有效的，无摩擦的对唇形密封环进行了悬挂支撑。密封环进行了悬挂支撑。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.3 旋转轴弹性体密封旋转轴弹性体密封4.1.3.1 唇形密封唇形密封b.密封唇的几何形状密封唇的几何形状柔性环状隔膜的一端为密封唇口，另一端与金属骨架固柔性环状隔膜的一端为密封唇口，另一端与金属骨架固联。密封唇口的接触面为联。密封唇口的接触面为0.10.2mm宽的环带。宽的环带。密封面由两个相交的锥面形成，油侧的接触角密封面由两个相交的锥面形成，油侧的接触角a要明显大要明显大于空气侧的接触角于空气侧的接触角B。为使唇形密封获得良好的密封效果，油侧的接触角为使唇形密封获

47、得良好的密封效果，油侧的接触角a=4060，空气侧的接触角，空气侧的接触角B=20-35.弹簧中心与唇口中心要有一轴向偏置量，其值一般为弹簧中心与唇口中心要有一轴向偏置量，其值一般为0.40.7mm，弹簧偏向隔膜侧。，弹簧偏向隔膜侧。c.密封界面特征密封界面特征主要有主要有密封界面接触载荷、弹性体的初始磨损、轴的表面粗糙度及密封接触面的润滑密封界面接触载荷、弹性体的初始磨损、轴的表面粗糙度及密封接触面的润滑。密封界面接触载荷密封界面接触载荷现代的设计目标已变成在提供足以防止泄露的前提下，尽量减少唇口的接触载荷，这现代的设计目标已变成在提供足以防止泄露的前提下，尽量减少唇口的接触载荷，这与减少能

48、量损耗的目标是一致的。与减少能量损耗的目标是一致的。一般说来，衰减后的接触载荷至少应维持初始接触载荷的一般说来，衰减后的接触载荷至少应维持初始接触载荷的50%。经验表明：剩余的接触载荷即使仅有经验表明：剩余的接触载荷即使仅有0.05Mpa，也能维持良好的密封，具有流体动压，也能维持良好的密封，具有流体动压槽的唇形密封更是如此。槽的唇形密封更是如此。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.3 旋转轴弹性体密封旋转轴弹性体密封弹性体的初始磨损弹性体的初始磨损新密封的弹性体表面很光滑，但经跑合磨损后，表面出现了大量的几微米高的微突体，新密封的弹性体表面很光滑，但经跑合磨损后，表面出现了大量的几微米高

49、的微突体，如果不能形成微突体，将会发生泄漏。微突体起到了微型泵的作用，将可能泄漏的流如果不能形成微突体，将会发生泄漏。微突体起到了微型泵的作用，将可能泄漏的流体返送回油侧。体返送回油侧。轴的表面粗糙度轴的表面粗糙度轴表面必须足够光滑，不至于对唇形密封造成过度磨损。另一方面又不能太光滑，轴表面必须足够光滑，不至于对唇形密封造成过度磨损。另一方面又不能太光滑，以致于无法在唇形密封唇口形成有用微突体。以致于无法在唇形密封唇口形成有用微突体。密封接触面的润滑密封接触面的润滑在弹性体的微突体出现后，如果密封面接触到润滑油或其他在弹性体的微突体出现后，如果密封面接触到润滑油或其他润滑剂，摩擦转矩将会减小。

50、润滑剂，摩擦转矩将会减小。图图4-58所示，大量的微突体可以看作是产生流体动压力的微所示，大量的微突体可以看作是产生流体动压力的微型垫块。型垫块。油膜的厚度为十分之几微米，大致为可见光的波长范围。因油膜的厚度为十分之几微米，大致为可见光的波长范围。因此，唇形密封是依靠微突体和周向剪切流联合作用形成的油此，唇形密封是依靠微突体和周向剪切流联合作用形成的油膜进行润滑的。膜进行润滑的。过程机械的动密封过程机械的动密封4.1.3 旋转轴弹性体密封旋转轴弹性体密封d.动力密封机理动力密封机理图图4-59描述了一种简单实验，它可以揭示，甚至定量描述了一种简单实验，它可以揭示，甚至定量的查明弹性体唇形密封的