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密封 基础
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基础知 识—— 密 封概 述 ?1.1 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 : 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。 ?对于真 空系 统的 密封 , 除上 述密封 介质 直 接 通过 密封 面泄露 外 , 还 要考 虑下 面两 种泄露 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 露称 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 显着 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。 ?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。 基础知 识—— 垫 密封 ?垫密封 广泛 应用 于管 道, 压力容 器以 及各 种壳 体的 结合面 的静 密封 中。 垫密 封有非 金属 密封 垫, 非 金属 与金 属组 合密 封垫和 金属 密封 垫三 大类 。 其常 用材 料有 橡胶, 皮革 , 石棉, 软木,聚四氟 乙烯 ,钢 ,铁 ,铜 和不锈 钢等 。 ?垫密封 的泄 露有 三种 形式 :界面 泄露 ,渗 透泄 露和 破坏性 泄露 。其 中以 前二 者为主 要 形 式 。 ?基础知 识—— 胶 密封 ?3.1 概述 ?密封材 料的 功能 是填 充构 形复杂 且不 利施 工的 间隙 , 以起 密封 作用。 密封 材料 主要有 三种 类 型: ?1) 硫 化型 的橡 胶垫 片或 密封圈 ; ?2) 非 硫化 型的 密封 胶带 ; ?3) 无 固定 形状 的膏 状或 腻子状 的液 体密 封胶 。 ?3.2 密 封胶 的分 类 ?密封胶 的品 种及 类型 很多 。 为 了满 足同 一使用 要求 , 可 以使 用几 种不同 基料 的密封 胶 ; 而 同 一种基 料又 能制 造出 不同 性能和 不同 的用 途的 密封 胶。 从密 封胶 的制 造者 和使 用者两 方面 考 虑,密 封胶 有多 种分 类方 法。一 般可 按下 述四 种方 法进行 分类 。 ?3.2.1 按密 封胶 基料 分类 ?3.2.1.1 橡 胶型 ?此类密 封胶 以橡 胶为 基料 。 常用 橡胶 有聚 硫 橡 胶, 硅橡胶 , 聚 氨酯 橡胶 , 氯 丁橡胶 和丁 基橡 胶等。 ?3.2.1.2 树 脂型 ?此类密 封胶 以树 脂为 基料 。 常用 树脂 有环 氧树 脂、 不饱和 聚酯 树脂 、 酚 醛树 脂、 聚 丙烯 酸树 脂、聚 氯乙 烯树 脂等 。 ?3.2.1.3 油 基型 ?此类密 封胶 以油 料为 基料 。 常 用的 油类 有各种 植物 油如亚 麻油 , 蓖麻油 和桐 油, 以及 动物 油 (如鱼 油) 等。 ?3.2.2 按密 封胶 硫化 方法 分 类 ?此类密 封胶 系列 利用 空气 中的水 分进 行硫 化。 它主 要包括 单组 分的 聚氨 酯、 硅橡胶 和聚 硫橡 胶等。 其聚 合物 基料 中含 有活性 基因 , 能 同空 气中 的水发 生反 应, 形成 交联 键, 使 密封 胶硫 化成网 状结 构。 大气 中的 湿气作 为硫 化反 应中 的催 化剂。 ?3.2.2.2 化 学硫 化型 密封 胶 ?双组分 的聚 氨酯 、 硅 橡胶 、 聚硫 橡胶 、 氯 丁橡 胶和 环氧树 脂密 封胶 都属 于这 一类, 一般 在室 温条件 下完 成硫 化 。 某 些单 组分的 氯磺 化聚 乙烯 和氯 丁橡胶 密封 胶以 及聚 氯乙 烯溶胶 糊状 密 封胶( 如汽 车用 点焊 胶) , 则须在 加条 件下 经化 学反 应完成 硫化 。 ?3.2.2.3 热 转变 型密 封胶 ?用 增 塑 剂 分 散的 聚 氯 乙 烯树 脂 和 含 有 沥青 的 橡 胶 并用 的 密 封 胶 是两 个 不 同 类型 的 热 转 变体 系 。乙 烯基树 脂增 塑体在 室温下 是液态 悬浮体 ,通 过加热 转化为 固体而 硬化 ;而橡 胶 —— 沥青并 用密 封胶 则为 热熔 性的。 ?3.2.2.4 氧 化硬 化型 密封 胶 ?表面干 燥的 嵌缝 或安 装玻 璃用密 封胶 属这 种类 型, 主要以 干性 和半 干性 植物 油为基 材。 着中 类油料 可以 是精 制聚 合的 、 吹制 的或 化学 改性 的。 用 环烷酸 钴作 催干 剂加 速表 面干燥 而内 部 不硬化 ;环 烷酸 铅可 使表 面和内 部都 硬化 ;而 环烷 酸锰使 内部 硬化 更有 效。 ?3.2.2.5 溶 剂挥 发凝 固型 密 封胶 ?这是以 溶剂 挥发 后无 粘性 高聚物 为基 料的 密封 胶。 这一类 密封 胶主 要有 丁基 相交、 高分 子量 聚异丁 烯、 一定 聚合 程度 的丙烯 酸酯 、氯 磺化 聚乙 烯以及 氯丁 橡胶 等密 封胶 。 ?3.2.2.6 不 干性 能够 永久 塑 性密封 胶 ?这类密 封胶 通常 包括 以聚 丁烯、 中等 分子 量的 聚异 丁烯、 高粘 度的 非氧 化性 粘接料 如苯 乙烯基油、 不干 性植 物油 、吹 制半干 性油 或丁 基橡 胶为 基料的 密封 胶。 ?3.2.3 按密 封胶 形态 分类 ?3.2.3.1 膏 状密 封胶 ?这类密 封胶 属低 级别 密封 胶, 通 常采 用 3 种主 要材 料: 油 和树 脂; 聚丁 烯; 沥青。 常用 于密 封小窗 户的 固定 玻璃 ,其 接缝移 动变 形量 最大 为 +5% 或-5% ,使用 有效 期一 般 为 2 年。 ?3.2.3.2 液 态弹 性体 密封 胶 ?这类密 封胶 包括 经硫 化可 形成弹 性状 态的 液态 聚合 物。他 们具 有承 受重 复的 接缝变 形能 力 。 液态弹 性体 密封 胶使 用寿 命一般 为 15 ~20 年。 这类 密封胶 具有 高的 粘 接 力和 剪切强 度, 室 温下具 有良 好的 柔软 性。 其缺点 为价 格高 , 通 常情 况下需 要底 胶 , 双组 分密 封胶现 场混 合 不 方便, 硫化 时对 温度 和湿 度敏感 等。 ?3.2.3.3 热 熔密 封胶 ?热熔密 封胶 又称 为热 施工 型密封 胶, 是指 以弹 性体 同热塑 性树 脂掺 合物 为基 料的密 封胶 。 ?热熔密 封胶 可配 制成 性能 接近于 液体 弹性 密封 胶 , 但 它比液 体弹 性体 密封 胶优 越的是 不需 要 加入硫 化剂 。 ?3.2.3.4 液 体密 封胶 ?这类密 封胶 主要 用于 机械 结合面 的密 封, 以代 替固 体密封 材料 (纸 片、 石棉、 软木和 硫化 橡 胶) , 以防 止机 械内 部流 体 从结合 面泄 露, 所以 液体 密封胶 又称 为液 体垫 圈。 ?3.2.4 按密 封胶 施工 后性 能 分类 ?3.2.4.1 固 化型 密封 胶 ?这类密 封胶 又可 分为 刚性 和柔性 两类 。 刚性 密封 胶硫 化或凝 固后 形成 的固 体 , 很 少具有 弹性 ; 柔性密 封胶 在硫 化后 具有 弹性及 柔软 性。 ?刚性密 封胶 的特 点是 不能 弯曲, 通常 接缝 不可 移动 。 ?柔性密 封胶 经硫 化后 保持 柔软性 。 ?3.2.4.2 非 固化 型密 封胶 ?这类密 封胶 是软 质凝 固性 的密封 胶, 施工 后仍 保持 不 干性 ( 增粘 剂不 断地 迁移 到 表面) 状态。 这种胶 通常 为膏 状, 可用 刮刀或 刷子 施用 到接 缝中 , 可以 配合 出不 同粘 度和 不同性 能的 密封 胶使用 。 ?3.3 常 用密 封胶 的种 类 ?在前面 密封 胶的 分类 中列 举了多 种方 法 , 其 中应 用最 广泛的 是将 密封 胶分 为硫 化型和 非硫 化 型两大 类 。 在 硫化型 密封 胶中应 用最 广泛 的是 室温 硫化型 , 加温 硫化型 用的 较少 。 非 硫化 型 密封胶 有液 体密 封胶 和腻 子。此 外, 在加 上常 用的 厌氧胶 。 ?3.4 液 体密 封胶 的选 用和 施工工 艺 ?密封胶 的选 用 , 应根 据使 用条件 、 密封 件的材 料和 密封面 状态 、 密封介 质的 种类和 特性 以 及 涂敷工 艺等 要求 综合 考虑 。 一 般情 况下 当受力 较大 , 且 受冲 击力 及交变 力时 , 应 选用 强度 较 高的密 封胶 ;当 变温 差很 大时, 应选 用韧 性好 的密 封胶。 ?3.4.1 液体 密封 胶的 施工 方 法 ?液体密 封胶 的施 工方 法可 根据胶 的状 态 选 用。 膏状 密封可 用刮 刀刮 涂或 注射 枪注射 施工 ; 液 体密封 胶采 用的 刷子 刷涂 或喷涂 施工 ;膜 状密 封胶 用铺贴 方法 施工 。 ?3.5 国 产密 封胶 ?3.5.1 室 温硫 化聚硫 橡胶密 封胶为多 组分 材料, 室温 硫化成弹 性体 ,为干 性粘 着型密封 胶, 常用的 有 XM 系列 密封 胶 。 ?3.5.2 室温 硫化 硅橡 胶密 封 胶 ?硅橡胶 密封 胶的 有多 种特 殊性能 ,如 耐高 温、 耐低 温性能 ,良 好的 电绝 缘性 能。 ?3.5.3 厌氧 胶 3.5.4 其他 硫化 型密 封胶 ?3.5.5 非硫 化型 密封 胶 ?非硫化 型密 封胶 大部 分为 不干性 和半 干性 , 其 中呈 腻子状 的又 称非 硫化 型腻 子。 这 类胶 对温 度敏感 性小 , 在 使用 温度 范围内 密封 胶不 变形 , 不 开裂, 不结 皮, 而且 长期 储存性 好, 但力 学性能 低 , 适 用于可 拆卸 部位或 紧固 联接 接合 面密 封、 沟槽 密封 及填堵 较大 的结构 空隙 , 在 液体密 封垫 中占 主要 地位 ,广泛 应用 于可 拆卸 部位 的密封 。 基础知 识—— 填 料密 封 ?填料蜜 密封 是一 种最 古老 的密封 方式 , 在中国 已有 上千年 的历 史 。 它最 早以 棉、 麻的 纤维 填 塞在泄 露通 道内 来阻 止液 流泄露 ,主 要用 作提 水机 械的密 封。 ?填料密 封主 要用 作动 密封 。 它广 泛用 作离 心泵 、 压 缩机、 真空 泵、 搅拌 机和 船舶螺 旋桨 的转 轴密封 , 往 复式 压缩 机、 制冷机 的往 复运 动轴 封, 以及各 种阀 门阀 杆的 旋动 密封 等 。 为 了适 应上述 设备 的工 作条 件, 填料密 封必 需具 备下 列条 件: ?1) 有 一定 的塑 性, 在压 紧力作 用下 能产 生一 定的 径向力 并紧 密与 轴接 触。 ?2) 有 足够 的化 学稳 定性, 不污染 介质 , 填 料不 被介 质泡胀 , 填 料中 的侵 渍剂 不被介 质溶 解, 填料本 身不 腐蚀 密封 面。 ?3) 自 润滑 性能 良好 ,耐 磨,摩 擦因 数小 。 ?4) 轴 存在 少量 偏心 时, 填料应 有足 够的 浮动 弹性 。 ?5) 制 造简 单, 填装 方便 。 填料的 种类 很多 , 可 以从 其功用 方面 、 构 造方 面和 材料方 面分 类, 最常 用的 有下面 四类 : 绞 合填料 、编 结填 料、 塑性 填料、 金属 填料 。 ?4.1 绞 合填 料和 编结 填料 ?绞合 填 料即 把几 股石 棉线 绞合在 一起 ,将 它填 塞在 填料腔 内即 可起 密封 作用 。 ?编结填 料是 以棉 、麻 以及 石棉纤 维纺 线后 编结 而成 ,并于 其中 侵入 润滑 剂或 聚四氟 乙烯 。 ?4.2 塑 性填 料 ? 塑性填 料是 几经 膜具 压制 成型的 填料 。 ?4.3 金 属填 料 ?金属填 料有 半金 属填 料和 全金属 填料 两种 。 所 谓半 金属填 料是 金属 与非 金属 组合而 成, 全金 属填料 则不 含非 金属 。 ?4.4 碳 纤维 填料 ?碳纤维 填料 是一 种新 型填 料。 其优 异的 自润滑 性能 、 耐 高、 低温 性能 和耐 化 学品性 能引 起人 们的极 大的 注意 , 而且 作为 压缩填 料的 弹性 和柔 软性 也极为 良好 , 其缺 点仅 在于 有渗透 泄露 , 但侵渍 聚 四 氟乙 烯或 其他 粘接剂 之后 可以 防止 。 目 前其成 本较 高 , 但随 着碳 纤维的 发展 , 其 成本定 会下 降, 因此 ,碳 纤维填 料是 一种 最为 理想 和最有 希望 的填 料。` ?4.5 填 料的 选择 ?选择填 料时, 应考 虑: 机 器的种 类、 介 质的 物理、 化学特 性、 工 作温 度和 工 作压力, 以及 运 动速度 等, 其中 尤以 介质 的腐蚀 性( 以 pH 值表 示) ,pH 值 及使 用温 度为 最重 要。 ?4.6 填 料的 合理 装填 ?填料的 合理 装填 应按 下列 步骤进 行: ?1) 清 理填 料腔 ,检 查轴 表面是 否有 划伤 、毛 刺等 现象。 ?2) 用 百分 表检 查轴 在密 封部位 的径 向跳 动量 ,其 公差应 在允 许范 围内 。 ?3) 填 料腔 内和 轴 表 面应 涂密封 剂或 与介 质想 适应 的密封 剂。 ?4) 对 成卷 包装 的填 料, 使用时 应先 取一 根与 轴径 同尺寸 的木 棒, 将填 料缠 绕在其 上, 再用刀切断 ,切 口最 好 呈 450 斜面, 对切 断后 的每 一节 填料, 不应 让它 松散 ,更 不应将 它拉 直 , 而应取 与填 料同 宽度 的纸 带把每 节填 料呈 圆圈 形包 扎好, 置于 洁净 处。 ?5) 装 填时 应一 圈一 圈装 填,不 得同 时装 填几 圈。 ?6) 取 一只 与填 料强 同尺 寸的木 质两 半轴 套, 合于 轴上, 将填 料推 入腔 的深 部, 并 用压 盖对 木轴套 施加 一定 的压 力, 使填料 得到 预压 缩。 ?7) 以 同样 的方 法装 填第 二圈、 第三 圈。 ?8) 最 后一 圈填 料装 填完 毕后, 应 用 压盖 压紧 ,但 压紧力 不宜 过大 。 基础知 识—— 成 型填 料密 封 ?成型填 料密 封泛 指用 橡胶 、塑料 、皮 革及 金属 材料 经模压 或车 削加 工成 型的 环状密 封圈 。 ?成型填 料按 工作 特性 分为 挤压型 密封 圈和 唇形 密封 圈两类 ;按 材料 可分 为橡 胶类、 塑料 类 、 皮革类 和金 属类 。各 种材 料的挤 压型 密封 圈中 橡胶 挤压型 密封 圈应 用最 广, 其中 O 形圈 历 史最悠 久, 最典 型。 唇形 密封圈 的类 型很 多, 有 V 形、U 形、L 形、J 形和 Y 形等。 ?5.1 O 型 密封 圈 ?O 型 密封 圈简 称 O 型 圈, 开始出 现 在 19 世纪 中叶 , 当时用 它作 蒸汽 机汽 缸的 密封元 件。 ?O 型 橡胶 密封 圈有 如下 的 优点: ?1) 密 封部 位结 构简 单, 安装部 位紧 凑, 重量 较轻 ; ?2) 有 自密 封作 用, 往往 只用 一个 密封 件便 能完 成 密封; ?3) 密 封性 能较 好, 用作 静密封 时几 乎可 以做 到没 有泄露 ; ?4) 运 动摩 擦阻 力很 小, 对于压 力交 变的 场合 也能 适应; ?5)尺 寸和 沟槽 已标 准化 , 成本低 ,便 于使 用和 外购 。 ?5.2 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 圈有 下列 特点 : ?1)密 封性 能良 好; ?2)允 许一 定的 偏心 载荷 、 和偏心 运动 ; ?3)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 ; ?4)耐 冲击 压力 和振 动压 力 ; ?5)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。 其缺 点是 摩擦 阻力 较其他 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 状上 略有 不同 ,U 形圈 的唇 长,底 部与 唇部同 厚度 或 略大于 唇部 厚度 。Y 形圈 的纯短 ,底 部厚 ,这 是为 了克服 U 形 圈常 常不 能稳 定安放 而设 计 的,同 时可 增大 唇的 强度 ,以免 唇根 部被 撕裂 。 ?5.4 鼓 形和 山形 密封 圈的 结构 ?5.4.1 鼓形 密封 圈的 结构 ?鼓形密 封圈 又称 活塞 密封 圈, 它是 为单 向 和双 向工 作的活 塞而 设计 的。 密封 圈的截 面 、 衬 套 或挡环 的结 构与 活塞 的设 计有很 大关 系。 由于 有各 种性能 的要 求, 所以 鼓形 密封圈 的结 构也 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 作压 力不 大 于 1MPa 的气 压或 液压 机械 设备 的密封 。J 形密 封圈的 是用 于活 塞杆 密封 。 基础知 识—— 油 封和 防尘 密封 ?6.1 油封 ?油封, 即润 滑油 的密 封。 它常用 于各 种机 械的 轴承 处, 特 别是 滚动 轴承 部位 。 其功 能在 于把 油腔和 外界 隔离 ,对 内封 油,对 外封 尘。 ?油封与 其他 密封 比较 有下 列优点 : ?1) 油 封重 量轻 ,耗 材少 。 ?2) 油 封的 安装 位置 小, 轴向尺 寸小 ,容 易加 工。 ?3) 密 封性 能好 ,使 用寿 命较长 ,对 机器 的振 动和 主轴的 偏心 都有 一定 的适 应性。 ?4) 拆 卸容 易, 检修 方便 。 ?5) 价 格便 宜。 ?6.2 防 尘密 封 ?油封可 作防 尘密 封的 件使 用。 但 是在 粉尘 严重 或是 为了保 护其 他密 封件 时, 常常使 用专 门的 防尘密 封。 ?防尘密 封的 材料 , 油 压机 械多用 橡胶 , 气压机 械多 用毛毡 , 飞机 和寒带 工作 的油缸 为了 对 付 活塞杆 外部 结冰 而用 金属 ,化工 部门 为防 止活 塞杆 上的粘 着物 也用 金属 。 ?防尘密 封对 保护 关键 性的 液压设 备是 十分 重要 的。 渗入尘 土 , 不 仅磨损 密封 件, 而且 会大 大 的磨损 导向 套和 活塞 杆。 此外, 杂质 进入 液压 介质 中, 也 会影 响操 作阀 和泵 的功能 , 在 最坏 的情况 下 , 也 可能损 坏这 些装置 。 防尘 圈能除 掉活 塞杆表 面上 的尘 土和 杂物 , 但 损坏 活塞 杆 上的油 膜, 这对 密封 件的 润滑也 有一 定作 用。 ?基础知 识???? 磁 流体 密封 ?7.1 磁流 体 ?7.1.1 磁 流体 的组 成 ?1995 年 由 美 国 帕佩 尔 (Papell )发明的磁性流体 ,是把磁铁矿等强磁性的微细粉末(约 100 ) 在水 、 油 类 、 酯 类、 醚类 等液 体中 进 行稳定 分散 的一 种胶 态液 体。 这种 液体 具有在 通常 离心 力和 磁场 作用下 , 既 不沉 降和 凝聚 又能使 其本 身承 受磁 性, 可以被 磁铁 所吸 引的特 性。 ?磁流体 由 3 种 主要 成分 组 成: ?1 )固 体铁 磁体 微粒 (Fe3O4); ?2 )包 覆着 微粒 并阻 止其 相 互凝聚 的表 面活 性剂 (稳 定剂) ; ?3 )载 液( 溶媒 ) 。 ?7.1.2 磁 流体 的特 性 ?磁流体 是一 种叫 胶体 溶液 。 作为 密封 用的 磁流 体, 其性能 要求 是: 稳定 性好 , 不凝 聚、 不沉 淀、不 分解 ;饱 和磁 化强 度高; 起始 磁导 率大 ;粘 度和饱 和蒸 气低 ,其 他如 凝固点 、沸 点 、 导热率 、比 热和 表面 张力 等也有 一定 的要 求。 ?影响磁 流体 稳定 的主 要因 素有 : 微 粒力 度大小 、 表 面活性 剂和 载液 以及 它们 的合理 配比 。 稳 定性是 磁流 体各 种特 性存 在的前 提。 ?7.2 磁流 体密 封的 工作 原 理 ?圆环形 永久 磁铁 , 极 靴和 转轴所 构成 的磁 性回 路, 在磁铁 产生 的磁 场作 用下 , 把 放置 在轴 与 极靴顶 端缝 隙间 的磁 流体 加以集 中, 使其 形成 一个 所谓的 ?? ???? 形环, 将缝 隙通 道堵死 而达 到 密封的 目的 。 这 种密 封方 式可用 于转 轴是 磁性 体和 转轴是 非磁 性体 两种 场合 。 前者 磁束 集中 于间隙 处并 贯穿 转轴 而构 成磁路 , 而 后者 磁束 比不 通过转 轴, 只是 通过 密封 间隙中 的磁 流体 而构成 磁路 。 ?7.2.3 极 限条 件 ?磁流体 密封 在工 作时 会受 到下列 条件 的限 制: 1 ) 蒸 发。 磁 流体 由磁 性微 粒、 表 面活 性剂 和载 液 3 部分组 成, 载液 的蒸 发是 决定密 封极 限 旋转频 率和 使用 寿命 的主 要因素 。 因 为 密封是 靠有 限的磁 流体 工作 的。 为此 , 应 选用 蒸汽 压 低的载 液, 使蒸 发损 失为 最小值 。 ?2 ) 温升 。 温度 升高 会导 致 磁铁退 磁和 磁流 体的 蒸发 。 因 为温 度升 高 , 粘 度降 低, 功率 消耗 也就降 低, 这是 有利 的一 面。 但 是温 度的 、 升 高, 磁饱和 强度 下降 , 也 可能 使密封 的耐 压能 力有些 下降 ,因 此, 磁流 体温度 一般 不应 高 于 105 ℃,否 则应 采用 冷却 措施 。 ?3 ) 极限 真空 度 。 磁 流体 密 封极限 真空 度取 决于 载液 的挥发 度 , 用 二脂 润滑 剂 作成的 载液 可 满足 1.333× 10-7Pa 超 高真空 技术 的要 求。 ?4 )周 速。 一般 磁流 体密 封 适用于 高周 速 30m/s 以 上的运 转, 无极 限标 志。 但考虑 到温 度 和散热 ,周 速应 限制 在 60 ~80m/s , 此时 还要 考虑 极限耐 压能 力。 基础知 识—— 高 压密 封 高压密 封的 型式 很多 , 按 其工作 原理 分为 强制 密封 和自紧 密封 两类 。 强 制密 封是依 靠联 接件 (螺栓 ) 的预 紧力 来保 证压 力容器 的顶 盖 、 密 封元 件和 圆筒体 端部 之间 具有 一定 的接触 压力 , 以达到 密封 的目 的。 自紧 密封是 随着 压力 容器 内的 操作压 力增 加 , 密封 元件 与顶盖 、 圆筒 体 端部之 间的 接触 压力 也随 之增加 , 由此 实现密 封作 用。 自紧 密封 的特点 是压 力越高 , 密封 元 件在接 触面的 压紧力 就 越 大,密 封性能 也就越 好, 操作条 件波动 时,密 封仍 然可靠 。但是 结构比 较复 杂, 制造 较困 难。 自 紧密 封按 密封 元件 变形方 式还 可以 分为 轴向 自紧密 封和 径向 自紧密 封。 按 密封 材料 性能 , 高 压密封 又可 分为 使密 封元 件产生 塑性 变形 的塑 性密 封, 使 密封 元件 产生弹 性变 形的 弹性 密封 。 目 前, 压力 容器 常用 的密封 型式 有如 下几 种: 1 ) 强 制密 封有 平垫 密封, 卡扎 里密 封和 八角 垫密封 ; 2 ) 半 自紧 密封 有双 锥密封 ; 3 ) 自 紧密 封有 楔形 密封, 五德 密封 ,空 心金 属 O 形 环密 封,C 形环 密 封,B 形 环密 封,三 角垫 密封 ,八 角垫 密封, 平垫 自紧 密封 及橡 胶 O 形 圈密 封等 。 基础知 识—— 真 空密 封 ?真空联 机密 封性 能取 决于 联接处 的泄 露和 真空 材料 的放气 。 对 任何 真空 系统 总希望 漏、 放气 量与密 封形 式 、 密封 材料 、 加 工精 度及 装配质 量等 诸多因 素有 关 , 故在 联接 处总会 存在 一 定 的漏 、 放 气量 , 因 此可 根 据真空 系统 工作 的性 质, 真空室 工作 工作 应力 的高 低及其 出口 处抽 气速度 的大 小提 出要 求。 ?真空系 统中 的压 力在 高于 10-5Pa 真 空范 围内 广泛 使 用合成 橡胶 、环 氧树 脂和 塑料。 当真 空 度提到 压力 10-7Pa 的 真空 范围时 ,这 些密 封材 料就 不能用 了, 需要 应用 超高 真空的 密封 材 料如金 或铜 作垫 圈, 而真 空壳体 不能 用软 刚需 要改 用不锈 钢。 ?超真空 气体 内的 气体 状 态 是动态 平衡 状态 。 系统 内的 压力极 限 , 一 方面 与泵 的有 效抽速 有关 , 另一方 面与 来自 真空 壳体 及其内 部的 零部 件的 气流 量有关 。 因虽 有系 统的 有效 抽速由 于泵 有 结构尺 寸和 费用 的原 因, 总存在 实际 限制 。 所 以 , 减少气 流量 就成 为达 到超 高真空 状态 的基 本设计 目标 ,成 为选 择超 高真空 材料 的主 要准 则。 ?作 为 真 空 系 统内 部 用 的 材料 , 要 求 饱 和蒸 汽 压 低 ,为 了 减 少 慢 性解 吸 和 体 出气 , 要 求 能耐 450 ℃高 温烘烤 ,而 不降低 机械强度 和不 发生化 学和 物理损伤 。作 为真空 系统 壳体材料 ,要 求能忽 略气 体渗 透, 承受 得住大 气压 的压 力, 烘烤 期间耐 空气 侵蚀 和不 发生 漏气。 此外 , 要求选 用 材料 ,加 工制 作容 易,价 廉易 得。 ?对于真 空度 低于 10-7Pa 的 超高真 空, 虽然 天然 和合 成橡胶 是理 想的 密封 圈材 料,弹 性好 , 装配成 真空 密封 后法 兰螺 栓受力 很小 , 而 且可 以多 次重复 使用 。 但 由于 超高 真空系 统要 求密 封圈材 料 耐 250 ℃烘 烤, 实 际上可 可供 选用 的几 种橡 胶材料 都不 能满 足要 求。 真 空度更 高 ( 即 压力更 低) 的超 高真 空, 则必须 采用 金属 密封 。 ?9.1 真 空用 橡胶 密封 圈 ?接触式 真空 动密 封的 结构 ,最常 用的 有下 面几 种类 型: ?1)J 型 真空 用橡 胶密 封。 ?J 型真 空用 橡胶 密封 圈工作 表面应 平整 光滑 ,不 允许 有气泡 杂质 、凹 凸不 平等 缺陷。 ?2)O 型 真空 用橡 胶密 封圈 。 ?3)骨 架型 真空 用橡 胶密 封 圈 ?4)真 空用 O 形橡 胶密 封 圈 ?9.2 真 空用 金属 密封 圈 ?金属密 封圈 密封 的可 拆联 接是超 高真 空系 统中 常用 的联接 形式 。 它是 为满 足超 高真空 要求 而 必须 经 200 ~400 ℃ 的高 温 烘烤除 气而 采用 的密 封方 式。 ?常用的 金属 密封 圈的 材料 有金丝 和无 氧铜 两种 ,它 们有下 列一 些性 能: ?金(Au )具有高 的化学稳定 性,高温 时不氧化 ,塑性 好,屈服 极限比铜 或铝低 一倍,在 较 小的夹 紧力 下即 可产 生塑 性变形 , 膨 胀系 数为 αg=14 310-6cm/cm 2 ℃, 比 不 锈钢的 膨胀 系 数αs=18 310-6cm/cm 2℃稍低。 金制密 封圈虽 有良 好的密 封性能 ,但在 夹紧 力的作 用下会 发生显 着的 变形 硬化 , 强 度增加 。 为 了保 证密 封圈 密封, 必须 增大 加紧 力, 而过大 的加 紧力 又会在 法兰 表面 上引 起压 力痕, 影响 密封 性能 。因 此,用 在要 求较 高而 不经 过装拆 的联 接 , 拆开后 重新 装配 时需 要更 换密封 圈。 由于 金的 价格 比较贵 ,它 的应 用受 到较 大的限 制。 ?铜(Cu ) 的 热膨 胀系 数为 αs=16.4 310-6 cm/cm 2 ℃。 铜 的硬 度比 较大 , 铜 制 密封圈 在使 用 前必须 在真 空或 氢气 中进 行退火 处理 , 消 除内 应力。 无氧铜 是目 前超 高真 空密 封联接 中常 用 的密封 圈材 料。 其不 足之 处 是高温 烘烤 中与 大气 接触 部分会 氧化 , 因 此, 在 要求 高的情 况下 , 将无氧 铜的 密封 圈的 表面 镀一层 金, 使其 具有 更好 的密封 性能 。 ?作 为 联 接 用 的法 兰 盘 材 料也 必 须 能 承 受高 温 烘 烤 、抗 氧 化 以 及 在高 温 时 仍

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