密封件基础知识.ppt

1、密封专业知识2013年7月主讲内容一、密封基础知识二、常用的密封形式三、橡胶密封圈的失效一、密封基础知识n泄露n密封的分类n密封的选材n密封材料n影响密封的几大因素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：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；密封两侧存在压力差，工作介质就会通过间隙而泄露。阻止泄露的 主要途径减小或消除间隙 密封的作用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

2、，以阻止泄露。2、密封的分类密密封封静密封动密封高压静密封中低压静密封非接触式密封接触式密封常用材质较软，垫片较宽的垫密封。常用材质较硬，接触宽度较窄的金属垫片。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。密封性较差，适用于较高速度的场合。2、密封的分类静静密密封封O型圈密封垫片密封密封胶密封填料密封（盘根）螺纹密封研合面密封油、水、气管路法兰、接头液压设备端盖密封阀门阀杆轴套密封油槽端盖管路接头管路接头（喇叭口）2、密封的分类填料密封涨圈密封机械密封油封密封浮动环密封迷宫密封离心密封螺旋密封轴承盖板与转动轴密封水轮机主轴密封风闸、补气阀活塞密封动动密密封封非接触式密封接触式密封

3、水布垭技术供水泵轴封高坝洲桨叶受油器柳树坪电站主轴密封水布垭检修泵电机油箱密封3、密封的选材选材的基本要求 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。选材时要考虑的因素n密封工作介质的类型 要考虑介质与材料、润滑剂（脂）的相容性。如果密封材料和密封流体不相容，会导致密封件膨胀或收缩，在使用初期就发生故障。n动密封或静密封 动密封对材料的摩擦、磨损性能有相应要求，应根据运动速度的大小选择摩擦系数合适的材料。n工作温度 各种密封用橡胶、塑料的适用温度范围差异比较大，选用材料时要确切掌握密封件的工作温度。n元件工作中平稳还是震动 如果工作在振动条件下，材料应有足

4、够的弹性，补偿因振动造成偏移导致的密封接触应力不足。n工作环境有无污染 如果工作环境有粉尘污染，会加剧材料磨损，应提高材料的耐磨性。n装配工艺 一般情况下装配工艺应适应材料性能，在允许的情况下，在选用材料时应适当考虑密封件的装配性能。n工作压力 材料的耐压能力应适应工作压力的要求。n密封件结构型式 挤压型还是唇形 n价格因素 总之，各项工作条件对密封材料的要求，往往是互相制约的，不可能达成统一。这时必须适度平衡两项性能要求。随着更高密封性能要求的提出，必须根据使用条件寻求专用材料。即使在同一个元件中，根据要求不同有时要选用多种密封材料。4、密封材料 密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介

5、质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料具有不同的适应性。对密封材料的要求n材料致密性好，不易泄露介质；n有适当的机械强度和硬度；n压缩性和回弹性好，永久变形小；n高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂；n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；n摩擦系数小，耐磨性好；n具有与密封面结合的柔软性；n耐老化性好，经久耐用；n加工制造方便，价格便宜，取材容易。常用的密封材料n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采用丁腈橡胶为主。因耐侯性不佳 应避免在阳光直射的场所，或产生臭氧的电

6、气装置附 近使用。n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-2080。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。n石棉 石棉板正常使用温度在550度以下。直径较大的低压容器可以使用石棉带或石棉绳。在使用石棉绳时，通常浸渍水玻璃。酸，碱溶剂等介质也可使用此类垫片。图为石棉板图为石棉绳n橡胶板 橡胶因具有组织致密，质地柔软，回弹性好，容易剪切成各种形状，且便宜、易购等特点而被广泛使用于容器和管道的密封中，但它不耐高压，容易在矿物油中 溶解和膨胀且不乃腐 蚀，在高温下容易老 化，失

7、去回弹性。普通橡胶板n柔性石墨 柔性石墨是一种新颖的密封材料，良好的回弹性、柔软性、耐温性，在化工企业得到迅速的推广和应用。主要 用于高温、高压、耐腐蚀介质下阀门、泵、反应釜的密封。适用于高温高压下的动密封。石墨编制盘根石墨模压盘根n油麻盘根 油麻盘根是由优质亚麻纤维编织而成的，用于海水、由等介质中的机械密封。使用压力范围210 Mpa，温度范围 -50140，PH值范 围212。n聚四氟乙烯 聚四氟乙烯（简称PTFE）以其耐化学性、耐热性、耐寒性、耐油性优越于现在任何塑料而有“塑料之王”之称，它不易老化，不燃烧，吸水性近乎为零。其组织致密，分子结构无极性，用作垫片，接触面可以做到平整光滑，对

8、金属法兰不粘着。除受熔融碱金属以及含氟元素气体侵蚀外，它能耐多种 酸、碱、盐、油脂类溶 液介质的腐蚀。聚四氟乙烯密封垫n金属复合垫片（又称半金属垫片）非金属材料虽具有很好的柔软性、压缩性和螺栓载荷能力低等优点。但它的主要缺点是强度不高，回弹性差，不适合高压高温场合。所以结合金属材料强度高、回弹性好。经受得起高温的特点。形成将两者组合结构的垫片。即为金属复合垫片。金属箔增强石墨复合垫片n金属垫片 在高温高压以及载荷循环频繁等苛刻操作条件下，各种金属材料仍是密封垫片的首选材料，常用的材料有铜、铝、低碳钢、不锈钢、铬镍合金钢、钛蒙乃尔合金等。金属缠绕垫片铜垫片5、影响密封的几大因素n运动速度n温度n

9、工作压力n工作介质n侧向负载n液压冲击n密封对偶面的粗糙度等运动速度 运动速度很低（0.03m/s）时，要考虑设备运行的平稳性和是否出现爬行现象。运动速度很高（0.8m/s）时，起润滑作用的油膜可能被破坏，密封因得不到很好的润滑而摩擦发热，导致寿命大大降低。温度 低温会使聚氨脂或橡胶密封弹性降低，造成泄露，甚至整个密封件变得发硬发脆。高温会使油封体积膨胀、变软，造成运动时密封摩擦阻力迅速增加和耐压能力降低。建议聚氨脂或橡胶密封连续工作温度范围-10+80。工作压力 动密封件有最低启动压力要求。低压工作须选用低摩擦性能、启动阻力小的密封件。高压时要考虑密封件受压变形的情况，需用防挤出挡圈，沟槽加

10、工方面也有特殊要求。不同材质的密封件具有不同的最佳工作压力范围。工作介质 除了严格按照生产厂家的推荐意见选取工作介质外，保持工作介质的清洁至关重要。油液的老化或污染不仅会使系统中的元件发生故障，加快密封件的老化和磨损，而且其中的脏物可能划伤或嵌入密封件，使密封失效。侧向负载 活塞上一般必须装支承环，以保证油缸能承受较大的负载。密封件和支承环起完全不同的作用，密封件不能代替支承环负载。有侧向力的液压缸，必须加承载能力较强的支承环（重载时可用金属环），以防密封件在偏心的条件下工作引起泄漏和异样磨损。液压冲击 液压冲击产生的瞬间高压可能是系统工作压力的几倍，这样高的压力在极短时间内会将油封撕裂或将其

11、局部挤入间隙之内，造成严重损坏。一般有液压冲击的油缸应在活塞杆上安装缓冲环和挡圈。缓冲环装在油封的前面吸收大部分冲击压力，挡圈防止油封在高压下挤入间隙，根部被咬坏。二、常用的密封形式n“O”型密封圈n“V”型密封圈n“Y”型密封圈n“”密封n法兰联接垫片密封n锥形体（喇叭口）密封n密封胶密封n填料密封n螺纹联接密封n浮动环密封n机械密封n迷宫密封1、“O”型密封圈“O”型密封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，如图所示。其材料主要为丁腈橡胶或氟橡胶。“O”型密封圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件。它主要用于静密封和往复运动密封。图为“O”型密封圈d1O型圈内径d2O型圈截面直径其使用速度范

12、围一般为其使用速度范围一般为0.0050.3m/s0.0050.3m/s。用于用于旋转运动密封时旋转运动密封时旋转运动密封时旋转运动密封时，仅限于，仅限于低速回转密封装置低速回转密封装置低速回转密封装置低速回转密封装置“O”型密封圈的优点n密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻；n有自密封作用，往往只用一个密封件便能完成密封，不需要周期性调整;n密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄露；n运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应；n尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。“O”型密封圈的缺点n用于压缩密封时,起动摩擦阻力大;n如果使用不当,容易引起O形圈切、挤、扭、断等事故;n

13、动密封很难做到不泄露,只能控制起渗漏量不大于规定许可值;n在某些场合使用,往往需要加装保护挡圈和防尘圈.在气压和水压等密封中,有时还需要配备润滑附属装置.“O”型密封圈用作静密封时的密封原理O型密封圈装入密封槽后，其界面承受接触压缩应力而产生变形。当没有介质压力时，密封圈在自身的弹性力作用下，对接触面产生一个预接触应力P0。图为O型密封圈的静密封原理a)空载状态 而当容腔内充入有压力的介质后，则在介质压力p的作用下，O型密封圈发生位移，移向低压侧，且其弹性变形进一步加大，填充和封闭了密封间隙。此时，作用于密封副偶合面的接触压力上升为P0+p=Pm，从而大大增加了密封效果，如图所示。图为O型密封

14、圈的静密封原理b)承载状态当当容容腔腔内内的的介介质质卸卸压压后后（p p=0=0），则由于O形密封圈仍具有初装时的预预接接触触应应力力p p0 0，故仍能保证密封性能。此即所谓O形密封圈的自密封作用。用于往复运动时的密封原理 O型密封圈在往复运动滑移面上的接触情况，如图所示。此时O型密封圈的动密封作用主要还是依靠其预压缩和加压后作用于耦合面上的接触应力，且由于O型密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。O型密封圈的动密封原理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形密封圈的密封

15、装置由压环、V形密封圈和支承环三部分组成，如图所示。图为V型密封装置1压环2V形密封圈3支承环“V”型密封圈的特点n密封性能良好；n允许一定的偏心载荷和偏心运动；n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；n耐冲击压力和振动压力；n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n密封装置的轴向尺寸大，摩擦阻力大“V”型密封圈的应用n安装“V”型密封圈时，密封圈的凹口必须面向工作介质的高压一侧。图为“V”密封圈的安装与调整1调节螺栓，2调整垫片nV型密封圈主要用于液压缸活塞和活塞杆的往复动密封，其运动摩擦阻力较Y形密封圈大，但密封性能可靠、使用寿命长

16、。n当发生泄漏时，可只调整压环或填片而无须更换密封圈。nV型密封圈的最高工作压力60MPa，适用工作温度-30+80 3、“Y”型密封圈 Y形密封圈的截面呈Y形，是一种典型的唇形密封圈。图为“Y”型密封圈“Y”型密封的特点n密封性能可靠；n摩擦阻力小，运动平稳；n耐压性好，适用压力范围广；n结构简单，价格低廉；n安装方便。“Y”型密封圈的应用nY形密封圈广泛应用于往复动密封装置中，其使用寿命高于O形密封圈。nY形密封圈的适用工作压力不大于40MPa，工作温度为-30+80。4、“”密封 “”型密封装置属于压缩式宽型橡胶动密封，它的密封原理是依靠顶起环的弹簧和油压的作用，以及密封圈的断面压缩，使

17、“”型密封圈压缩变形，从而在密封面上获得足够大的接触压力，来实现对介质的 密封的。在安装“”密封时，应注意橡胶圈 要松紧适当，尖部切勿 划破，以免降低止漏效 果。“”型 密封圈弹簧顶紧环压环5、法兰联接垫片密封在两联接件（如法兰）的密封面之间垫上不同型式的密封垫片，如非金属、非金属与金属的复合垫片或金属垫片。然后将螺纹或螺栓拧紧，拧紧力使垫片产生弹性和塑性形变，填塞密封面的不平处，达到密封的目的。密封垫的型式有平垫片、齿形垫片、透镜垫、金属丝垫等。密封垫片法兰联接垫片密封的应用密封压力和温度与联接件的型式、垫片的型式、材料有关。通常，法兰联接密封可用于温度范围为-70600，压力大于1.333

18、3KPa（绝对压力）、小于或等于35MPa，若采用特殊垫片，可用于更高的压力，广泛用于设备法兰、管法兰。6、锥形体（喇叭口）密封 密封原理 利用有效密封锥面的金属接触发生塑性变形，在接触面达到一定的密封面宽和密封比压后，塑性变形停止。这样，既可以对密封介质有效密封，又可以形成稳健可靠的密封结构。应用 锥形体密封的有很多变型，被广泛应用于各种液压系统中，尤其适合管道尺寸较小，安装空间有限场所，具有很好的通用性和灵活性，以便于拆装。研合面密封的应用施加预紧力之前，先将联接螺母拧紧，凸台的外圈与喇叭口的内锥面D面相接触，形成线密封，起到定位的作用，然后施加一定的扭力，这样喇叭口的端面就会产生一定量的

19、变形，使喇叭口的棱线挤压在凸台的外锥面C面上，形成一圈明显的压痕，从开始接触定位的点，到发生塑性变形的接触点，最终形成了锥形密封的密封面。高压硬管的两端采用的是锥形喇叭口，与喇叭口形成密封连接的是锥形的凸台。它们之间的配合情况如图1所示7、密封胶密封用刮涂、压注等方法将密封胶涂在要压紧的两个面上，靠胶的浸润性填满密封面凹凸不平处，形成一层薄膜，能有效的起到密封作用。密封胶密封密封胶密封的应用 密封胶密封主要用于管道密封。密封胶密封适用于非金属材料，如塑料、玻璃、皮革、橡胶。以及金属材料制成的管道或其他零件的密封。密封胶密封牢固，结构简单，密封效果好，但耐温性差，通常用于150 以下，可用于油泵

20、、管道等的平面法兰、螺纹联接的胶封。8、填料密封在钢管与壳体之间充以填料（俗称盘根），用压盖和螺钉压紧，以堵塞漏出的间隙，达到密封的目的。填料填料密封的原理n轴承效应：在盘根填料和轴之间，会因为张力的作用形成一层液膜，使盘根填料和轴形成类似于滑动轴承的关系，这样盘根填料和轴就不会因为过度摩擦而出现磨损。n迷宫效应：轴的表面平整程度无法达到围观水平，盘根和轴只能部分贴合而做不到完全贴合，在盘根和轴之间永远存在着极为微小的间隙，这些间隙就形成了迷宫带，介质在其中被多次节流，而达到密封的作用。填料密封的应用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

21、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。（如活动导叶与顶盖轴套之间的密封、调速器主供油阀阀杆与阀座之间的密封、接力器活塞杆与缸体之间的密封）9、螺纹联接密封 用于管道公称直径DN 50mm的密封。由于螺纹间配合间隙较大，需在螺纹处放置密封材料，如麻、密封胶或聚四氟乙烯带等，最高使用压力为1.6MPa。螺纹联接密封结构简单，加工方便。1、3管道，2接管套10、浮动环密封浮动环可以在轴上径向浮动，密封腔内通入比介质压力高的密封油。径向密封靠作用在浮动环上的弹簧力和密封油压力与隔离环贴合而达到密封效果。轴向密封靠浮动环与轴之间的狭小径向间隙对密封油产生节流来实现。浮动环密封的应用

22、浮动环密封结构简单，检修方便，但制造精度高，需采用复杂的自动化供油系统。适用于介质压力大于10MPa、转速为10002000r/min、线速度为100m/s以上的流体机械，如气体压缩机、泵类等轴封。11、机械密封机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的端机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的端面密封。当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧压板、动环等零面密封。当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上。轴件一起转动，由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转时，动环与轴一起旋转，而静环则固定在旋转，而静环则固定在

23、座架上静止不动，这样座架上静止不动，这样动环与静环相接触的环动环与静环相接触的环形密封面阻止了介质的形密封面阻止了介质的泄漏。泄漏。机械密封的应用机械密封应用广泛，用于密封各种不同粘度、有毒、易燃、易爆、强腐蚀性和含磨蚀性固体颗粒的介质。12、迷宫密封迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。（a）直通型（b）复合直通型（c）错列型（d）阶梯型（e）斜齿阶梯型（f）蜂窝与直通组合式（g）承磨密封迷宫密封的特点n迷宫密封是非接触密封，无固相摩擦，不需润滑，适用于高温、高压、高速和大尺寸密

24、封条件。n迷宫密封工作可靠，功耗少，维护简便，寿命长。n迷宫密封漏泄量较大。如增加迷宫级数，采取抽气辅助密封手段，可把漏泄量减小，但要做到完全不漏是困难的。迷宫密封的应用由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和级间的密封，其他的动密封的前置密封。一、常用橡胶密封圈的失效n永久变形n间隙咬伤n扭曲现象n磨粒磨损现象n密封接触面摩擦力对密封的影响n老化（硬化）n腐蚀1、永久变形合成橡胶材料是属于粘弹性材料，所以初期设定的压紧量和回弹堵塞能力经长时间的使用，会产生永久变形

25、而逐渐丧失，最终发生泄漏。2、间隙咬伤 被密封的零件存在着几何精度（包括圆度、椭圆度、圆柱度、同轴度等）不良、零件之间不同心以及高压下内径胀大等现象，都会引起密封间隙的扩大和间隙挤出现象的加剧。橡胶密封圈的硬度对间隙挤出现象也有明显的影响。从而导致不同程度的间隙咬伤。3、扭曲现象 扭曲是指密封圈沿周向发生扭转的现象，扭曲现象一般发生在动密封状态。引起扭曲损伤的原因很多，其中最主要的是由于活塞、活塞杆和缸筒的间隙不均匀、偏心过大、密封圈断面直径不均匀等造成，4、磨粒磨损现象当密封的间隙具有相对运动时，工作环境中的灰尘和沙粒等被粘附在活塞杆表面，并随着活塞杆的往复运动与油膜一起被带入缸内，成为侵入

26、密封圈表面的磨粒，加速密封圈的磨损，以致其失去密封性。为了避免这种情况发生，在往复运动式密封装置的外伸轴端处必须使用防尘圈。5、密封接触面摩擦力对密封的影响摩擦力的增加，使得旋转或往复运动的轴与密封圈之间产生大量的摩擦热。由于橡胶密封圈导热性极差。因此，摩擦热就会引起橡胶的老化，导致密封圈实效，破坏其密封性能。6、老化（硬化）密封件因为本身材料被温度影响硬化，当硬度过高时，密封件不能填充与配合零件之间的间隙，就会产生泄漏。7、腐蚀表现出来的情况是密封件软化甚至溶解，原因是密封件被媒体入侵，选用材料时发生错误。如果媒体含水或溶剂时都要特别注意。相互学习，共同探讨相互学习，共同探讨 不当之处，敬请大家指正！不当之处，敬请大家指正！