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课程总结-流体密封的基本理论和基本知识.pdf

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课程 总结 流体 密封 基本理论 基本知识
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(Sealing Technology for Chemical Engineering Equipment ) — — 0.1 ? ? ? ? ? ? ? 0. 0.2 ? . ? . ? . ? . : 1 ? 2 ? 3 ? 1. ? 1.1 ? 1.2 ? 1.3 ? 1.4 ? 两个隔离的区域1 和2 分 别 包 含同 种 或不同种的流体 Ⅰ 和 Ⅱ , 但 它们 具 有共同的边界,这些边界可以 是圆 柱形的,例如往复机械或旋转 机械 中的轴、活塞或阀杆等,也可 以是 环形平端面,如法兰密封面。 1 — Ⅰ 2 — Ⅱ 边界 1. 1.1 ? 若两个区域存在压力差、浓度差、温度差、速度差等 ,流体就会通过这一界面 而泄漏。 ? “ 密封 ” 意味控制这两个区域之间流体的相互交换,使界面处 “ 没有泄漏 ” 现 象 。 ? ?1.1.1 Penetration ? 定义:流体通过密封面间 隙的泄 漏; ? 成因:①、流体存在压力 差 Δp ;②、泄漏 缝隙h 。 ? 特点:单向泄漏,从高压 测 →低压侧; ? 泄漏量:是衡量密封装置 密封性 能的主 要 指标。 ? 单向周边泄漏量: l / ψ Δ p h Q 3 ? ?? 1.1.2 (Percolation) ? 定义:在压力差 ΔP 的作用下 ,被密 封流体 通过密 封件材 料的毛 细管 的泄漏称之为渗漏。 ? 特点:单向分子泄漏。 ? 成因:①、压力差 Δp ;② 、密封 件材料 毛细管 。 ? 气体重量泄漏量为 ? ? 式中,r :毛细 管或接触面毛 细通道半径。 p l r RT 2 M 3 8 G 3 ? ? ? ?? 1.1.3 (Proliferation) ? 定义:在浓度差 Δ C 的 作用下 ,密封 介质通 过密封 间隙或 密封材 料的 毛细管产生的泄漏,叫做 扩散。 ? 成因:①、介质浓度差 Δ C ; ②、密封间隙 或密封材料毛 细管。 ? 特点:双向泄漏,泄漏量 小。 ? 如醚类,渗透性强;采用 波纹管 密封。 1.2 ? 根据泄漏的成因, 阻 止 或控 制 流 体流 动 (阻 流 ) 的方 法 有5 种: ① 降低引起流动的推动力, Δ p↓ 。 ② 增大阻止流体流动的能量(包括 力学能 量、界面 摩擦、 流体摩擦 、 热力学能量损失等)。 ③ 控制流体流动方向(变有害流动 为无害 流动,如 抽气密 封、浮环 密 封等)。 ④ 切断流道。 ⑤ 组合。 1.2 ? 密封方式(采用上面一种 或多种 方法) : ? ①全封闭或部分封闭 ? 将机器或设备用机壳或机 罩全部 密闭或 部分密 闭住 ? 如屏蔽泵、磁力偶合器驱 动的泵 。 ? 特点:无轴封和密封室。 ? ②填塞或阻塞(是一种传统的 密封方 法) ? 利用密封件填塞泄漏点( 例如 密封圈 、软填 科密封 等) 或利用 流体阻 塞被密封流体( 例如气封、水 封、铁磁流体 密封等) 。 ? ③分隔或间隔 ? 利用密封件将泄漏点与外 界分隔 开(隔 膜密封 、机械 密封等 )或利 用气体或液体作为中间密 封流体( 气 垫密封、双端 面机械密封等) 。 ? ④ 引出或注入 ? 将泄漏介质引回到吸入室 或通常 为低压 的吸入 侧( 抽气密封) 或将对 被密封流体无害的流体注 入密封 室以阻 止被密 封流体 的泄漏( 如 氮气 密封) 。 1.2 ? ⑤ 流阻或反输 ? 利用密封件狭窄间隙或曲 折途径 造成密 封所需 要的流 动阻力( 迷 宫密 封) 或利用密封件对泄 漏流体 造成反 压,使 之部分 平衡或 完全平 衡, 将流体反输回上游,以达 到密封 的目的 (如螺 旋密封 、上游 泵送密 封)。 ? ⑥ 贴合或粘合 ? 利用研合密封面本身的加 工质量 使密封 面贴合 或利用 密封剂 使密封 面粘合达到密封(密封剂 、密封 膏等) 。 ? ⑦ 焊合或压合 ? 利用焊接或钎接的方法将 泄漏点 堵塞或 加压使 接触处 微观不 平处变 形( 如垫片密封、软填 料密封 等) ,形成固定的 结合达到密封 。 ? ⑧ 几种密封方法的组合 ? 是密封技术的一个发展方 向。 ? ① 流体静密封(Static Seals) :用 于密封 与流体 接触的 可拆卸 静设备 。 如垫片(gasket) 、 密封胶 或密封 剂(sealing glue) 等。 ? ② 流体动密封(Dynamic Seals) : 用于机 器中将 两流体 空间隔 开并作 相 对运动(旋转、螺旋、往 复摆动 )的部 件之间 的密封 。分旋 转密封 (rotating seals) 、往复 密封(reciprocating seals) 、 复合运 动密封 (complex moving seals) 等。 ? ③ 伪静密封或微动密封(Pseudo-static Seals): 介于 静密封 与动密 封之 间的密封形式,表面为静 密封, 实则为 动密封 ,如机 械密封 中补偿 环用辅 助密封(secondary seals) 。 ? ④ 封闭式密封(closed seals) 或 转化 为 静密 封 的 动密 封 : 如屏蔽 泵 (screened pumps) 、磁力 传动泵(magnetic transmission pumps) 和全 封 闭式压缩机(closed compressors) 等将 动密封 转化为 静密封 的机器 设备。 ? 垫片密封 。按材料和结构分 为: ① 非金属垫片:橡胶、石棉橡 胶、柔 性石墨 、聚四 氟乙烯 等,截 面 形状均为矩形。 ② 金属复合型垫片:各种金属 包垫、 金属缠 绕垫。 ③ 金属垫片:金属平垫、波形 垫、环 形垫、 齿形垫 、透镜 垫、三 角 垫、双锥环、C 形环、中空O 形 环。 按密封分类原则 :金属 平垫 、波形垫、环 形垫、齿形垫 、透镜垫 属于强制式密封,其余为 自紧式 或半自 紧式密 封。 ? 胶密封 。 ? 填料密封 。 ? 波纹管 。 ? 接触式动密封 。 ① 软填料密封。 ② 成型填料密封。 ③ 油封。 ④ 防尘密封。 ⑤ 接触式机械密封。 ? 非接触式动密封 。 ① 非接触式机械密封(气膜密 封、液 膜密封 等)。 ② 迷宫密封。 ③ 浮环密封。 ④ 间隙密封。 ⑤ 螺旋密封。 ⑥ 离心密封。 ⑦ 磁流体密封。 ? 封闭式密封 。 ? 组合式密封 。 1.3 ? ? ? — — ? 1.4 ? ? ? 27 28MPa 600 (1) ? ( ) ( ) ( PV ) ? ( - ) ( ) ( ) (2) ? Pc V ? (3) ? ( ) ? ? PV (4) ? (API-682 “ ) (5) ? ( STLE ) SP-30 ? (6) ? 1 2 2 3 5 (API682 ) (7) ? (8) ? (9) ? ? ? t h hU x y p h y x p h x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 12 12 0 3 3 2. ? Reynolds Equation 2. (a) (b) (c) ( ) ? ? ? ? Friction ? Wear ? Lubrication : 3. ? 3.1 ? ? ? ? 3-1 ? 3-2 3-6 图3-1 固体表面的几何形状 图3-2 表面轮廓的算术平均差 图3-3 微光不平度十点平均高度 ? 3.2 ? A n ? A c ? A r ? Ra0.05 0.2 1% 摩擦工况 干摩擦 边界摩擦 混合摩擦 流体摩擦 润滑状态 无 分子吸附膜 部分 全部 粘度影响 ( μ ) 无 无 部分 起决定作用 过程特征 微凸起接触 分子层、分子机 械作用 混合 流体动静压效 应 摩擦系数大小 0.1 ~0.6 0.05 ~0.15 0.005 ~0.1 0.001 ~0.05 膜厚比 λ <0.4 ≤1 ≤3 3 ~5 流体膜承载比 0 0 0 <x f <1 1 3.3 3.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - - ? ? ? ? ? ? ? 3.5 ? ? , , , ? , , 30% 40% , , ? 1.5 2 ? 0.001 0.008 ? ? ? 3-37 3-38 (a) (b) (b) (c) (d) 3-37 图3-38 各种密封面、流槽形状及 对中误差 图3-38 各种密封面、流槽形状及对中误差(续) ? —— ? ? ? ? t h 2 hU X Y P 12 h Y X P 12 h X 0 3 3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3-42 ? (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)
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