密封的原理及分类.docx

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1、密封概述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

2、；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

3、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

4、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 丁晴橡胶丁懵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懵橡胶为主。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

5、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团以上，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。在以正丁醇与精制薨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

6、热（200-2500）,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-70260团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 三兀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团环境中长期使用），耐化学性（如醇，

7、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20800。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、。形圈和隔膜等。1.4.2.8 氯醛橡胶氯酸橡胶兼有丁懵橡胶，氯丁橡胶，丙烯酸酯橡胶的优点，其耐油、耐热、耐臭氧、

8、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，氯醛橡胶仍是制造油封，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175M间隙使用或短时间可耐温2000。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。密封的作用及分类一、密封的作用及其意义密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有两方面：一是密封面上有间隙；二是密封部位两侧存在较大压力差。消去或减小任一因素都可以阻

9、止或减小泄漏。因此，密封的方法通常有：I）封住结合面的间隙；2）切断泄漏通道；3）增加泄漏通道中的阻力；4）设置作功元件，对泄漏介质造成压力，以抵消或平衡泄漏通道的压力差。所以，密封的分类存在多种分法。二、密封的分类分类主要密封件O型橡胶密封圈自封式压紧型密封O型橡胶密封圈同轴密封圈 异型密封圈非金属静密封橡胶垫片静土橡胶一金属复合静密封密聚四氨乙烯生料带组合密封垫圈金属垫圈封非金属静密封空心金属O型密封圈液态密封垫密封胶非接触式密封、间隙密封利用间隙、迷宫、阻尼等密接触式密 封其他Y形密封圈V形密封圈翳式自紧型密封（唇形密组合式U形密封圈封）蕾形和复式唇密封圈带支撑环组合双向密封旋转轴油封圈

10、其他油封液压缸导向支撑件导向支撑环液压缸防尘圈防尘圈其他其他对密封的基本要求对密封装置的首要要求。密封性反映对泄漏的控制水平。对运动密封而言，摩擦力是一个与运动质量有关的重要因素。而密封和摩擦总是互相制约。一般地说提高密封性会带来摩擦力的增加，摩擦力增加直接导致运动能力与质量的降低；并且摩擦力会加速密封的磨损。摩擦力还可能成为低压系统负载的主要内容。密封的耐性能力反映了可以密封的工作介质的最高压力，是液压气动密封的重要指标。对密封的基本要求可以归纳为：1）密封性能。2）摩擦性能。3）耐压性能。4）寿命。5）安装性能。6）经济性。上述密封性能、摩擦性能、耐压性能是独立的性能，这三项性能的组合就得

11、到了密封件的综合性能；综合性能的保持时间，就是密封件的寿命；实际设计中安装性能与经济性也应作为一项重要的指标。密封的综合性能不仅与密封件本身的性能有关，而且还与密封件的多项使用条件有关，所以考察密封性能，既要看密封件或密封件组合本身的性能，称为单体性能，还要看密封件装入液压、气动元件内以后的实际密封性能，称为实际密封性能。密封件单体性能有以下几项：1、摩擦力摩擦力是与运动性能有关的特性，运动用密封的摩擦力分为静摩擦力（始动摩擦力）和动摩擦力（滑动摩擦力）两种。摩擦力受滑动表面的粗糙度、滑动速度以及工作压力、密封润滑状态、放置时间等诸多因素的影响，容易产生很大的变化。摩擦力计算比较困难，应由实验

12、得到。静摩擦力受多种因素影响，测量误差比较大，测量值只能作为参考。与之相比，动摩擦力能获得较稳定的、有重要性的测量值。2、耐磨性耐磨性是对密封寿命影响很大的特性，与摩擦性能一样，它受多种因素影响。特别是气动用密封，润滑状态较差，耐磨性成为寿命的主要指标。对用合成橡胶或合成树脂制成的密封而言，根据材料的耐磨性基本可以评价密封件的耐磨性。但不一定完全与密封实际使用中的结果一致，因为使用中还有许多影响磨损的因素。所以说对密封件制品的耐磨性评价，以密封在元件中实际使用时的耐磨性更有意义。3、耐偏心性在动密封中，由于元件偶合面的配合公差，会产生间隙。这一间隙在载荷和振动的情况下，会造成轴偏心，影响密封性

13、能。为此，密封件对这样的偏心也必须保证足够的补偿性能。另外，低温时由于合成橡胶制密封件的弹性降低，导致对偏心的跟随补偿能力降低，温度越低这种现象越严重，所以耐偏心性还可反映低温时的密封性能。4、接触应力密封件靠一定的接触应力保证密封，密封件在变形条件下必须保证足够的弹性力。接触应力决定油膜形状，对密封性能和摩擦、运动性能都有参考价值。密封件实机性能应该考察：1、密封性能密封性能是密封件与密封装置最重要的要求。密封圈处的泄漏量是衡量密封性能的指标。影响密封性能的不仅是密封件，而是各种密封安装后，与密封偶合面各种要素组合后的整个密封装置。2、耐偏心性能这里是考虑了实际间隙跳动以后，并施以一定偏心载

14、荷的耐偏心性能。3、摩擦力（最低工作压力）实际应用中的摩擦力大小是用最低工作压力来评价的。对往复动密封而言，启动摩擦力大于动摩擦力，较为复杂，并且影响启动性能。用最低启动工作压力衡量密封摩擦力具有实际意义。所以，对于动密封一般是给定最低工作压力。4、综合性能综合性能要求密封装置在指定的工作条件下，满足上述各项性能要求，并工作一定时间，所以这一指标同时反映了密封一般是给定最低工作压力。盘根填料的密封原理一、盘根填料的密封原理盘根填料的密封原理主要取决于迷宫效应和轴承效应。迷宫效应:轴在微观下表面非常的不平整，与盘根只能部分贴合,而部分未接触，所以在盘根和轴之间着微小的间隙,像迷宫一样，带压介质在

15、间隙中多次被节流,从而达到密封的作用。轴承效应：在盘根填料和轴之间会存在着一层薄薄液膜，使盘根填料和轴类似于滑动轴承，起到了一定的润滑作用，从而避免了盘根和轴的过度磨损。二、盘根填料对材料的要求由于受密封介质的温度、压力、PH,以及设备的线速度、表面粗糙度、同轴度、径跳、偏心等因素，就要求盘根材料具有以下特点：1、有一定的弹塑性2、化学稳定性3、不渗透性4、自润滑性5、耐温性6、拆装方便7、制造简单，价格低廉。上述材料特性直接影响着盘根填料的密封性能和使用寿命，而能完全符合上述所有性能的材料很少，所以获取优质的密封材料和提高其材料性能，一直是密封领域研究的重点。三、盘根填料的形式和特点随着生产

16、工艺的不断出现，盘根填料的编制形式也逐渐多样化，根据使用条件和环境的不同，不同的编制形式对密封的性能和受用寿命有着直接的影响。盘根编制填料主要采用的编制形式有：发辫编织、套层编织、穿心编制、夹心编制等。盘根的编制形式和特点如下：1、发辫编织发辫编织是用八个锭子在二轨道上运行编织，在四角和中间没有绒芯，编织的产品断面为方形，其特点是盘根松散，但对轴振动和偏心用一定的补偿作用，只用于小断面填料，但断面尺寸大将会出现填料外表花纹粗糙，结构松弛，致密性差的缺点2、套层编织套层编织是用8、12、16、24、36、48、60等个锭子在二轨道上编织，根据盘根规格决定套层，一般编织14层，中间没有绒芯，套层填

17、料致密性好，密封性强，但由于是套层，层间没有纤维相连容易脱层，故多用于静密封或低速设备。3、夹心编织夹心编制是以橡胶或金属为芯子，纤维在外，一层套一层的编织，层数按需要而定，类似于套层编织，夹心编织致密性较好，强度高，弯曲性能好，密封性好,但与套层结构一样，表面层磨损后就容易脱落，一般用于泵、阀，极少用于往复设备。4、穿心编制穿心编织是用8、12、16、24、36、48、60等个锭子在三或四个轨道上编织而成，断面呈方形，表面平整，弹性和耐磨性好，强度高，致密性好，与轴接触面比发辫式大且均匀，纤维间空隙小，所以密封性好,表面层磨损后整个填料不会松散，使用寿命长，是一种比较先进的编织结构。在选用盘

18、根时，要根据设备的具体工况来选择盘根的编织形式，才能使盘根发挥出应有的密封性能。四、盘根填料的分类、组成和应用由于工况条件的不同，盘根填料的种类也非常的繁多。为了更好的区分和选用盘根，我们通常按盘根填料的主体密封基材的材质将盘根填料分为：1天然纤维类盘根天然纤维类主要有天然棉、麻、毛等为密封基材的盘根2、矿物纤维类盘根矿物纤维类盘根主要有石棉类盘根等3、合成纤维类盘根合成纤维类盘根主要有：石墨类盘根、碳纤维类盘根、聚四氟乙烯类盘根、Kevlar类盘根、亚克力夹硅胶型纤维盘根等4、陶瓷和金属纤维类盘根陶瓷和金属纤维盘根主要有：碳化硅盘根、碳化硼盘根、中碱玻璃纤维盘根等，由于单一的纤维材料都或多或

19、少存在一些材料本身所具有的缺点，采用单一的纤维来编织盘根，由于盘根纤维间存在着空隙，容易也引起渗漏，同时有些纤维的自润滑性差，摩擦系数大，所以要浸渍一些润滑剂、填充剂及特种添加剂等。来提高填料的致密性和润滑性，如：混有石墨粉的矿物油或二硫化铝润滑脂，还有滑石粉、云母、甘油、植物油等，还有浸渍聚四氟乙烯分散乳液，并在乳液中加以适量的表面活性剂和分散剂等。特种添加剂通常有锌微粒、阻隔剂、铝基缓蚀剂等等，来降低盘根填料对设备的腐蚀。随着科技的发展，纳米技术的应用越来越广泛，纳米技术主要是发掘了材料本身固有的一些隐含特性，有些特性可以降低或消除材料本省的一些弊端，并发挥出材料本身所具有的一些卓越特性。

20、在密封行业中，密封材料的研究和开发一直是行业的尖端技术领域，经国内外知名纳米研究机构的长期合作，成功开发出了纳米盘根系列，并向国家知识产权局申请了发明专利，同时也开辟了盘根应用的新领域，使盘根填料密封技术跨越性的提高，它的应用使设备的密封性能和使用寿命均有显著提高，并给用户带来可观的经济效益。五、盘根填料材料的性能指标盘根填料的的材料特性直接影响着盘根填料密封性和使用寿命，有以下指标：1、压缩率：加载时，材料的厚度压缩量与初始厚度之比2、回弹率：固体物质卸载时的回弹量与加载时的压缩量之比3、耐磨性：两材料表面之间相对运动引起的损耗程度4、自润滑性：材料自身具有润滑性的性能5、应力松弛率：应力松

21、弛状态下应力衰减的百分数6、热失量：物质在规定温度规定时间内灼烧后失去的质量百分数7、酸失量：材料在规定操作程序的酸溶液中处理后失去的质量百分数8、碱失量：材料在规定操作程序的碱溶液中处理后失去的质量百分数盘根填料的的每种材料每个性能指标国家或行业都有严格的规定，从而确保盘根的质量能够得保证。O形密封圈的密封原理0形密封圈简称0形圈，是一种截面为圆形的橡胶圈。形密封圈是液压、气动系统中使用最广泛的一种密封件。形圈有良好的密封性，既可用于静密封，也可用于往复运动密封中；不仅可单独使用，而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的适用范围很宽，如果材料选择得当，可以满足各种运动条件的要求，工作压

22、力可从1.333lO5Pa的真空到400MPa高压；温度范围可从-600到200团。与其它密封型式相比，0形密封圈具有以下特点：1)结构尺寸小，装拆方便。2)静、动密封均可使用，用作静密封时几乎没有泄漏。3)使用单件。形密封圈，有双向密封作用。4)动摩擦阻力较小。5)价格低廉。O形密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密封介质的内压，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。在用于静密封和动密封时，密封接触面接触压力产生原因和计算方法不尽相同，需分别说明。1、用于静密封时的密封原理在静密封中以O形圈应用最为广泛。如果设计、使用正

23、确，O形密封圈在静密封中可以实现无泄漏的绝对密封。形密封圈装入密封槽后，其截面承受接触压缩应力而产生弹性变形。对接触面产生一定的初始接触压力POo即使没有介质压力或者压力很小，0形密封圈靠自身的弹性力作用而也能实现密封;当容腔内充入有压力的介质后，在介质压力的作用下，0形密封圈发生位移，移向低压侧，同时其弹性变形进一步加大，填充和封闭间隙6。此时，坐用于密封副偶合面的接触压力上升为Pm：Pm=PoPp式中Pp经0形圈传给接触面的接触压力(UMPa)Pp=K-PK一一压力传递系数，对于橡胶制。形密封圈K=LP一一被密封液体的压力(0.1MPa)o从而大大增加了密封效果。由于一般Kl,所以PmP.

24、由此可见，只要。形密封圈存在初始压力，就能实现无泄漏的绝对密封。这种靠介质本身压力来改变0形密封圈接触状态，使之实现密封的性质，称为自封作用。理论上，压缩变形即使为零，在油压力下也能密封，但实际上。形密封圈安装时可能会有偏心。所以，。形圈装入密封沟槽后，其断面一般受到7%30%的压缩变形。静密封取较大的压缩率值，动密封取较小的压缩率值。这是因为合成橡胶在低温下要压缩，所以静密封0形圈的预压缩量应考虑补偿它的低温收缩量。2、用于往复运动密封时的密封原理在液压转动、气动元件与系统中，往复动密封是一种最常见的密封要求。动力缸活塞与缸体、活塞干预缸盖以及各类滑阀上都用到往复运动密封。缝隙由圆柱杆与圆柱

25、孔形成，杆在圆柱孔内轴向运动。密封作用限制流体的轴向泄漏。用作往复运动密封时，0形圈的预密封效果和自密封作用与静密封一样，并且由于0形圈自身的弹力，而具有磨损后自动补偿的能力。但由于液体介质密封时，由于杆运动速度、液体的压力、粘度的作用，情况比静密封复杂。当液体在压力作用下，液体分子与金属表面互相作用，油液中所含的“极性分子在金属表面上紧密而整齐的排列，沿滑移面与密封件间形成一个强固的边界层油膜，并且对滑移面产生极大的附着力。该液体薄膜始终存在于密封件与往复运动面之间，它亦起一定的密封作用，并且对运动密封面的润滑是非常重要的。但是对泄漏来讲是有害的。但往复运动的轴向外拖出时，轴上的液体薄膜便与

26、轴一起拉出，由于密封件的“擦拭作用，当往复运动的轴缩回时，该液体薄膜便被密封元件阻留在外面。随着往复运动行程次数增多，阻留在外面的液体就越多，最后形成油滴，这就是往复运动式密封装置的泄漏。由于液压油的粘度随着温度的升高而降低，油膜厚度相应减小，所以液压设备在低温下启动时，运动开始时的泄漏较大，随着运动过程中因各种损失引起温度升高，泄漏量有逐渐降低的趋势。形圈作为往复式密封，结构紧凑、尺寸小，可以降低元件价格。主要用在：1）低压液压元件中，一般限于短行程和IOMPa左右的中等压力。2）小直径、短行程以及中等压力的液压滑阀中。3）气动滑阀和气动缸中。4）作为组合式往复动密封装置中的弹性体。O形圈作

27、为往复动密封最适合小直径、短行程、中低压力的应用场合，气动缸、气动滑阀等往复运动元件中。在液压元件中，用O形圈作主要动密封，一般限于短行程和IOMPa左右的中低压力。O形圈不适合用作速度非常低的往复动密封和单独作为高压往复动密封。这主要是因为在这种条件下摩擦较大，会导致密封过早失效。在任何型式应用中，都要根据密封件的额定数据或能力来使用，并且要装配得当，才能得到满意的性能。3、旋转运动用密封在旋转运动密封中，通常采用油封和机械密封。但是油封的使用压力较低，而且与O形圈相比，显得过大和复杂，工艺性也差。机械密封虽然可用于高压（40MPa）、高速（50ms）及高温（4000）,但是结构更加复杂、庞

28、大，而且成本高，只适用于石油、化工等作用的一些重型机械设备上。O形圈用于旋转运动存在的主要问题是焦耳热效应。焦耳热效应使高速的旋转轴与O形圈的接触处产生磨擦热，生成的热量使这些接触部位的温度不断上升，橡胶材料受热严重变形,压缩量与伸长量发生变化的现象。发热还加速密封材料老化,降低了。形圈的使用寿命；破坏密封油膜，由此引起断油现象，加速密封的磨损。基于上述情况,近年来国内外旋转运动用。形圈进行了广泛深入的研究。为了避免出现焦耳热效应，关键在于根据橡胶的性能来正确地选择设计O形圈的结构参数，主要是。形圈的拉伸量和压缩率。根据实验，将旋转运动用。形圈设计成内径与旋转轴直径相等或稍大些，一般大3%5%,在安装。形圈时，从内径向里压缩，并将断面的压缩量也设计得小一些，一般约为5%o并且，尽量采用受热量影响小的密封材料，充分考虑O形圈安装处的散热问题。这样就使O形圈的工作情况大为改善，可应用于最高转速达4ms的旋转轴的密封。近年来又出现了耐热氟橡胶和耐磨聚氨酯橡胶，并且对橡胶元件工作的焦耳热效应有了更深入的了解，并针对此问题研究解决方案，设计出了新的O形圈密封结构，使O形圈能够更好的应用与高速、高压的旋转运动。O形密封圈由于其具有体积小，结构简单、成本低、工艺性能好、适用范围广泛等特点，正广泛地在旋转运动式密封装置中推广。