4-3填料密封技术PPT课件
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❖ 为达到有效密封而要求填料柔软且富有弹性。填料柔软使 其变形后能较易填塞密封界面的微观泄漏通道，且摩擦功 耗低；良好的回弹性可以补偿因体积损失引起的应力松弛， 以降低轴不圆度及偏摆对密封作用的不利影响。
要求填料具有良好的回弹性与柔软性，也是开发新型填料 一直遵循的基本观点。
17
良好的润滑性能
❖ 良好的润滑性能是保证密封长周期运行的必要条件，同时 使密封具有较低的摩擦功耗和磨损速率。
过程装备流体动密封技术
(Dynamic Sealing Technology for Process Equipment )
实现以人为本— 健康 安全 环保 经济
—现代化生产新理念 主讲人: 郝木明 孙鑫晖
1
讲授内容
一、流体动密封基本类型 二、填料密封技术 三、接触式机械密封技术 四、非接触式机械密封技术 五、流阻型密封技术 六、动力反输型密封技术 七、封闭式密封技术
样，应得到良好的润滑。
19
❖ “迷宫效应”：填料压紧后，未接触的凹部形成小沟槽， 有较厚的液膜，当轴与填料有相对运动时，接触部分与 非接触部分组成一道道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏 的作用，并认为良好的密封在于维持“迷宫效应”。不 少作者都支持这一观点。
？疑问：众所周知，气体迷宫密封的原理是气体通过密封
❖ 为保证良好的润滑条件，通常允许少量的泄漏存在。对于 一般的填料（不包括具有自润滑性能的填料）只是对流体 的流动泄漏起节流作用而不是将其完全阻止或封闭。
❖ 填料中浸渍润滑剂或提高填料本身的自润滑能力就是为了 保证填料具有良好的润滑性能。
18
“轴承效应”和“迷宫效应”辨析
❖ 软填料装入密封腔后，经压盖对其作轴向压缩，产生径向 力并保持与轴紧密接触，建立起密封状态。同时，填料中 浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成液膜，呈“边界 润滑”状态，类似滑动轴承，故称为“轴承效应”。
齿和膨胀空腔，依靠节流、膨胀和涡流摩擦使速度能转 换成摩擦耗能而实现逐级降压达到密封。而填料密封中 微观不平度构成的所谓“迷宫”，很难有这种降压作用。
实际上，恰恰相反，所谓“迷宫”是造成多空隙泄漏、
粘附泄漏或动力泄漏的基本条件。
20
❖ 早在20世纪60年代，D F Denny等就提到过，“填料函 的操作像一个可调整的迷宫，迷宫的大小，决定于填料 在轴向力作用下径向膨胀的能力，流体通过填料界面的 泄漏可以认为是通过一个有效径向间隙为Cr的环隙，以 层流的形式实现。间隙由无数类似迷宫的泄漏通道所组 成，间隙的大小反比于密封比压”。显然，这里提到的 “迷宫”，正是为流体泄漏提供的泄漏通道。
第一凹处
图 4.16 往 复 运 动 中 橡 胶 O 形 圈 的 泄 漏
a.介 质 压 力 作 用 于 O 形 圈 的 一 侧 b.放 大 的 接 触 部 位
c. 油 被 带 入 收 敛 形 狭 缝 d.油 被 挤 入 O 形 圈 第 一 凹 处 14
❖ 动力泄漏机理 ➢ 转轴密封表面上留有的螺旋形加工痕迹，具有“泵液”
作用，当轴转动时，痕迹槽内的液体沿螺旋槽轴向流动， 如果流动方向与泄漏方向一致，则轴的转动造成了流体 泄漏率的增加，且随转速的增高，泄漏加剧。这一泄漏 机理即为动力泄漏。
15
密封机理的定性分析
❖ 目的要求：利用软填料密封有效地解决工业生产中遇 到的密封问题，必须实现有效密封，即要求泄漏率尽 可能小，同时必须考虑摩擦、磨损和寿命问题。
❖ 密封机理定性分析： ➢ 尽量小的密封泄漏间隙； ➢ 良好的润滑性能； ➢ 软填料密封机理的“轴承效应”和“迷宫效应”辨析。
16
尽量小的密封泄漏间隙
❖ 从流体通过软填料密封泄漏的机理分析可以看出，只要存 在间隙、存在泄漏通道，就会产生泄漏。
❖ 密封本质：利用密封填料柔软特性、在轴向压紧力的作用 下径向膨胀阻塞可能存在的流体泄漏通道。
5
1. 软填料密封基本原理
1.1 密封结构 1.2 软填料密封的原理 1.3 软填料密封结构的设计
6
1.1 基本结构
7
8
9
10
1.2 软填料密封的原理
❖ 流体通过软填料密封泄漏的机理分析 ❖ 泄漏根本原因： ➢ ①存在动力：即压力差、、浓度差，或沿泄漏方向有
相对运动； ➢ ②存在泄漏通道。 ❖ 泄漏途径： ➢ ①通过填料与静止件界面的泄漏 ➢ ②通过填料本身的泄漏（渗透泄漏） ➢ ③通过填料与运动界面之间的泄漏
2
二、填料密封技术
❖ 填料密封包括：
➢ ①软填料密封； ➢ ②硬填料密封（活塞环、分瓣环、锥形环）； ➢ ③成型填料密封（O形圈、V形圈等）； ➢ ④油封和防尘密封。
3
(一)、软填料密封技术
❖ 软填料密封：压盖填料（Gland Packing)密封、 盘根（Packing)密封。
❖ 应用场合： ➢ 旋转运动：离心泵、真空泵、搅拌机、反应釜。 ➢ 往复运动：往复泵、往复压缩机的柱塞或活塞
❖ “填料在需要润滑这一方面很像轴承”：在典型的密封装 置中，流体流经很小的间隙，对于填料就像润滑剂的作用 一样。当密封构件配合过紧时，流体流不进去，填料就会 干转，除非润滑剂由别的方法来提供，否则填料就会发热、 变硬，并划伤轴，和轴承的破坏一样。
按照“轴承效应”的观点，要求软填料密封必须像轴承一
11
泄漏机理
❖ 间隙泄漏机理：流体狭逢流动规律 ❖ 多孔隙泄漏机理 ❖ 粘附泄漏机理（往复运动） ❖ 动力泄漏机理（旋转运动）
12
间隙泄漏机理Qb Nhomakorabeah3
12
dp dx
Uh 2
Q
D
ph 3
12 L
Uh 2
13
往复密封泄漏机理 p > 0 p>0
a p>0
b p>0
油被带入收敛形
c
狭缝
d 油被挤入 O 行圈
关于密封机理的研究，不像一种具体的新填料或新结构 那样容易产生明显的直接效果，但却是促进密封技术发 展的具有导向性的理论依据。
杆。 ➢ 螺旋运动：阀门的阀杆与阀座。
4
(一)、软填料密封技术
1. 软填料密封基本原理 1.1 引言 1.2 软填料密封的原理 1.3 软填料密封的结构设计
2. 软填料密封材料 2.1 软填料的分类、材料种类和结构 2.2 软填料常用材料 2.3 填料的选择、安装和使用
3. 软填料密封与机械密封对比 4. 软填料密封的发展趋势
要求填料具有良好的回弹性与柔软性，也是开发新型填料 一直遵循的基本观点。
17
良好的润滑性能
❖ 良好的润滑性能是保证密封长周期运行的必要条件，同时 使密封具有较低的摩擦功耗和磨损速率。
过程装备流体动密封技术
(Dynamic Sealing Technology for Process Equipment )
实现以人为本— 健康 安全 环保 经济
—现代化生产新理念 主讲人: 郝木明 孙鑫晖
1
讲授内容
一、流体动密封基本类型 二、填料密封技术 三、接触式机械密封技术 四、非接触式机械密封技术 五、流阻型密封技术 六、动力反输型密封技术 七、封闭式密封技术
样，应得到良好的润滑。
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❖ “迷宫效应”：填料压紧后，未接触的凹部形成小沟槽， 有较厚的液膜，当轴与填料有相对运动时，接触部分与 非接触部分组成一道道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏 的作用，并认为良好的密封在于维持“迷宫效应”。不 少作者都支持这一观点。
？疑问：众所周知，气体迷宫密封的原理是气体通过密封
❖ 为保证良好的润滑条件，通常允许少量的泄漏存在。对于 一般的填料（不包括具有自润滑性能的填料）只是对流体 的流动泄漏起节流作用而不是将其完全阻止或封闭。
❖ 填料中浸渍润滑剂或提高填料本身的自润滑能力就是为了 保证填料具有良好的润滑性能。
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“轴承效应”和“迷宫效应”辨析
❖ 软填料装入密封腔后，经压盖对其作轴向压缩，产生径向 力并保持与轴紧密接触，建立起密封状态。同时，填料中 浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成液膜，呈“边界 润滑”状态，类似滑动轴承，故称为“轴承效应”。
齿和膨胀空腔，依靠节流、膨胀和涡流摩擦使速度能转 换成摩擦耗能而实现逐级降压达到密封。而填料密封中 微观不平度构成的所谓“迷宫”，很难有这种降压作用。
实际上，恰恰相反，所谓“迷宫”是造成多空隙泄漏、
粘附泄漏或动力泄漏的基本条件。
20
❖ 早在20世纪60年代，D F Denny等就提到过，“填料函 的操作像一个可调整的迷宫，迷宫的大小，决定于填料 在轴向力作用下径向膨胀的能力，流体通过填料界面的 泄漏可以认为是通过一个有效径向间隙为Cr的环隙，以 层流的形式实现。间隙由无数类似迷宫的泄漏通道所组 成，间隙的大小反比于密封比压”。显然，这里提到的 “迷宫”，正是为流体泄漏提供的泄漏通道。
第一凹处
图 4.16 往 复 运 动 中 橡 胶 O 形 圈 的 泄 漏
a.介 质 压 力 作 用 于 O 形 圈 的 一 侧 b.放 大 的 接 触 部 位
c. 油 被 带 入 收 敛 形 狭 缝 d.油 被 挤 入 O 形 圈 第 一 凹 处 14
❖ 动力泄漏机理 ➢ 转轴密封表面上留有的螺旋形加工痕迹，具有“泵液”
作用，当轴转动时，痕迹槽内的液体沿螺旋槽轴向流动， 如果流动方向与泄漏方向一致，则轴的转动造成了流体 泄漏率的增加，且随转速的增高，泄漏加剧。这一泄漏 机理即为动力泄漏。
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密封机理的定性分析
❖ 目的要求：利用软填料密封有效地解决工业生产中遇 到的密封问题，必须实现有效密封，即要求泄漏率尽 可能小，同时必须考虑摩擦、磨损和寿命问题。
❖ 密封机理定性分析： ➢ 尽量小的密封泄漏间隙； ➢ 良好的润滑性能； ➢ 软填料密封机理的“轴承效应”和“迷宫效应”辨析。
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尽量小的密封泄漏间隙
❖ 从流体通过软填料密封泄漏的机理分析可以看出，只要存 在间隙、存在泄漏通道，就会产生泄漏。
❖ 密封本质：利用密封填料柔软特性、在轴向压紧力的作用 下径向膨胀阻塞可能存在的流体泄漏通道。
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1. 软填料密封基本原理
1.1 密封结构 1.2 软填料密封的原理 1.3 软填料密封结构的设计
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1.1 基本结构
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1.2 软填料密封的原理
❖ 流体通过软填料密封泄漏的机理分析 ❖ 泄漏根本原因： ➢ ①存在动力：即压力差、、浓度差，或沿泄漏方向有
相对运动； ➢ ②存在泄漏通道。 ❖ 泄漏途径： ➢ ①通过填料与静止件界面的泄漏 ➢ ②通过填料本身的泄漏（渗透泄漏） ➢ ③通过填料与运动界面之间的泄漏
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二、填料密封技术
❖ 填料密封包括：
➢ ①软填料密封； ➢ ②硬填料密封（活塞环、分瓣环、锥形环）； ➢ ③成型填料密封（O形圈、V形圈等）； ➢ ④油封和防尘密封。
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(一)、软填料密封技术
❖ 软填料密封：压盖填料（Gland Packing)密封、 盘根（Packing)密封。
❖ 应用场合： ➢ 旋转运动：离心泵、真空泵、搅拌机、反应釜。 ➢ 往复运动：往复泵、往复压缩机的柱塞或活塞
❖ “填料在需要润滑这一方面很像轴承”：在典型的密封装 置中，流体流经很小的间隙，对于填料就像润滑剂的作用 一样。当密封构件配合过紧时，流体流不进去，填料就会 干转，除非润滑剂由别的方法来提供，否则填料就会发热、 变硬，并划伤轴，和轴承的破坏一样。
按照“轴承效应”的观点，要求软填料密封必须像轴承一
11
泄漏机理
❖ 间隙泄漏机理：流体狭逢流动规律 ❖ 多孔隙泄漏机理 ❖ 粘附泄漏机理（往复运动） ❖ 动力泄漏机理（旋转运动）
12
间隙泄漏机理Qb Nhomakorabeah3
12
dp dx
Uh 2
Q
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ph 3
12 L
Uh 2
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往复密封泄漏机理 p > 0 p>0
a p>0
b p>0
油被带入收敛形
c
狭缝
d 油被挤入 O 行圈
关于密封机理的研究，不像一种具体的新填料或新结构 那样容易产生明显的直接效果，但却是促进密封技术发 展的具有导向性的理论依据。
杆。 ➢ 螺旋运动：阀门的阀杆与阀座。
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(一)、软填料密封技术
1. 软填料密封基本原理 1.1 引言 1.2 软填料密封的原理 1.3 软填料密封的结构设计
2. 软填料密封材料 2.1 软填料的分类、材料种类和结构 2.2 软填料常用材料 2.3 填料的选择、安装和使用
3. 软填料密封与机械密封对比 4. 软填料密封的发展趋势