斯特林发动机密封方案分析
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斯特林发动机工作进展报告 斯特林发动机工作进展报告
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活塞环的密封原理
气环的首要作用是密封 , 要良好地密封 ,首先要以 一定的弹力 Po与气缸壁 压紧 ,同时借助于环背气 压 Pr形成第一密封面 (见 图 2) ,即周边密封。气体 进入环槽间隙 ,沿轴向将 环压在环槽的端面上 ,或 因惯性力而使活塞环端 面压向环槽端面形成第 二密封面 ,即轴向密封 ( 见图 2)。
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活塞环的密封原理
如果活塞环外周与缸壁贴合不好有漏光 ,或者环的侧面 与环槽贴合不好 ,那么漏气的增加要比环端隙增加所引 起的漏气要严重得多。所以提高环和环槽的加工质量 , 减小环槽变形,对于密封也有极大的意义。 ,
我们的方案
活塞密封
10MPa 氦气
可外 接高 压气பைடு நூலகம்泵
旋转密封
旋转密封件（五） ： 徐州车氏密封有限公司 产品详情 样品或现货样品是否标准件 是否标准件标准件品牌 品牌车氏密封型号 型号各种型号材 样品或现货 是否标准件 品牌 型号 材 厚度5-20（mm）使用温度 使用温度：-55— 质高性能聚合物复合材料厚度 厚度 使用温度 250℃。（℃）使用压力 使用压力0一70MPa（MPa） 产品有:齿形组 使用压力 合密封,T形双向组合密封,旋转格来圈等 具有高寿命、低摩 擦、无泄漏、耐高压、密封面自动弹性补偿等特点。适用于航空 、航天、兵器、机电、冶金、石油、化工、交通、纺织、地矿、 食品等行业的液压与气动系统的动、静密封。其性能特点： ※密封性能优良，工作寿命高. ※高耐磨，密封面磨损后具 有自动弹性补偿功能。 ※良好的自润滑性能．可作无油润滑 密封。 ※结构简单，安装方便。 ※工作压力：0一 70MPa；工作速度：≤6m/s；工作温度：-55—250℃。 ※适 用介质：液压油、气、水、泥浆、原油、乳化液、水-乙二醇、 酸、碱、化学药品等。 ※优良的性能价格比，仅是同类进口 产品价格的20％-50％，其性能优于进口密封件。
高压氦气
旋转密封
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旋转密封 旋转密封的方法：
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止或减 小泄漏。因此，密封的方法通常有： 1）封住结合面的间隙； 2）切断泄漏通道； 2 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。 根据被密封的偶合面在设备运转时有无相对运动， 可将密封分为静密封和动密封两大类。我们要进行的 密封属于动密封。
旋转密封
常用橡胶密封材料
常用的橡胶密封材料主要是合成橡胶。由于合成橡 胶的胶种较多，且各自的性能也各不相同。因此，在 选用时除要求其必须满足上述使用要求外，还应根据 不同胶种的特性和使用范围，参照密封件的工况条件 ，进行正确选择。常用橡胶密封材料所适应的介质和 使用温度范围见下表。
旋转密封
常用金属密封材料
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活塞环的密封原理
在一般的发动机中 ,活塞环弹 力对缸壁的压力通常不超过 0 . 2MPa,而第一环环背压力 平均值可达2MPa以上 ,虽环 背压力大大超过环本身的弹 力造成的压力 p0 ,如果 p0降 到零,第一密封面不能形成,燃 气从环周漏掉,则环背便不能 利用气压力。因此,只要 p0 存在 ,燃气对环背的压力就能 帮助密封。如果环周密封好 , 漏气的唯一通道就是环端的 开口间隙。图 3是迷宫通道 的节流和压力变化。
金属密封材料主要用于静密封。常用金属密封材料 的种类和应用范围见下表。
旋转密封
旋转密封件（一） ：旋转轴格来圈 旋转轴格来圈
旋转格来圈密封装置由一个高级Turcon材料的密封环格来圈和一个弹性施力的O形密封圈组合而成。
为适应高速和低速不同工况的需要，根据格来圈的截面大小不同，在密 封面上加工了一个或两个环形沟槽。 该沟槽具有以下功能：由于提高了密封表面的比压，因此提高了密封效 果；形成一个润滑油腔，从而降低了摩擦力。 为了保证介质压力能作用到O形密封圈上，在格来圈的侧面开有若干条 径向沟槽，用以托住O形密封圈。格来圈的背面，设计成内凹弧形，使之 增加接触面，并防止格来圈随轴产生旋转。 旋转格来圈具有如下优点： 1）内圆密封或外圆密封均能适用； 2）具有润滑腔，摩擦力小，无粘滞现象，起动时不爬行； 3）抗磨性和尺寸稳定性好。 旋转格来圈密封装置应用于有旋转或摆动运动的轴、杆、销、旋转接头 等处的动密封。它可承受两侧压力或交变压力的作用。 工作压力:不大于30MPa（1m/s时)，或不大于20MPa（2m/s时)；工作 温度:-54~+200℃（取决于O形密封圈的材质）；工作介质：石油基液压 油、难燃液、环保安全液压液（生物油）、水、空气等。
旋转密封
旋转密封件（六） ： 佛山优盾密封科技有限公司 轴用旋转密封GRR 材 料：滑环：PTFE+25%Cu；O形圈：70A NBR橡胶 应用极限：压力300bar；表面速度 1m/s；温度 -30℃～+120℃（配FKM橡胶O形圈，可到200℃） 产品名称 GRR0060Z042N 6X10.9X2.2 GRR0600Z042N 60x71x4.2 GRR2300Z042N 230x245.5x6.3 GRR0080Z042N 8x12.9x2.2 GRR0630Z042N 63x74x4.2 GRR2400Z042N 240x255.5x6.3 GRR0100Z042N 10x14.9x2.2 GRR0650Z042N 65x76x4.2 GRR2500Z042N 250x265.5x6.3 GRR0120Z042N 12x16.9x2.2 GRR0700Z042N 70x81x4.2 GRR2600Z042N 260x281x8.1 GRR0140Z042N 14x18.9x2.2 GRR0750Z042N 75x86x4.2 GRR2700Z042N 270x291x8.1 GRR0150Z042N 15x19.9x2.2 GRR0800Z042N 80x91x4.2 GRR2800Z042N 280x301x8.1 GRR0160Z042N 16x20.9x2.2 GRR0850Z042N 85x96x4.2 GRR2900Z042N 290x311x8.1 GRR0180Z042N 18x22.9x2.2 GRR0900Z042N 90x101x4.2 GRR3000Z042N 300x321x8.1 GRR0200Z042N 20x27.5x3.2 GRR0950Z042N 95x106x4.2 GRR3200Z042N 320x311x8.1 GRR0220Z042N 22x29.5x3.2 GRR1000Z042N 100x111x4.2 GRR3300Z042N 330x351x8.1 GRR0240Z042N 24x31.5x3.2 GRR1050Z042N 105x116x4.2 GRR3400Z042N 340x361x8.1 GRR0250Z042N 25x32.5x3.2 GRR1100Z042N 110x121x4.2 GRR3500Z042N 350x371x8.1 GRR0260Z042N 26x33.5x3.2 GRR1150Z042N 115x126x4.2 GRR3600Z042N 360x381x8.1 GRR0280Z042N 28x35.5x3.2 GRR1200Z042N 120x131x4.2 GRR3700Z042N 370x391x8.1 GRR0300Z042N 30x37.5x3.2 GRR1250Z042N 125x136x4.2 GRR3800Z042N 380x401x8.1 GRR0320Z042N 32x39.5x3.2 GRR1300Z042N 130x141x4.2 GRR3900Z042N 390x411x8.1 GRR0360Z042N 36x43.5x3.2 GRR1350Z042N 135x146x4.2 GRR4000Z042N 400x421x8.1 GRR0380Z042N 38x49x4.2 GRR1400Z042N 140x151x4.2 GRR4200Z042N 420x441x8.1 GRR0400Z042N 40x51x4.2 GRR1500Z042N 150x161x4.2 GRR4300Z042N 430x451x8.1 GRR0420Z042N 42x53x4.2 GRR1600Z042N 160x171x4.2 GRR4500Z042N 450x471x8.1 GRR0450Z042N 45x56x4.2 GRR1700Z042N 170x181x4.2 GRR4800Z042N 480x501x8.1 GRR0480Z042N 48x59x4.2 GRR1800Z042N 180x191x4.2 GRR5000Z042N 500x521x8.1 GRR0500Z042N 50x61x4.2 GRR1900Z042N 190x201x4.2 GRR5300Z042N 530x551x8.1 GRR0520Z042N 52x63x4.2 GRR2000Z042N 200x215.5x6.3 GRR6000Z042N 600x621x8.1 GRR0550Z042N 55x66x4.2 GRR2100Z042N 210x225.5x6.3 GRR6500Z042N 650x678x9.5 GRR0560Z042N 56x67x4.2 GRR2200Z042N 220x235.5x6.3 GRR7000Z042N 700x728x9.5
旋转密封
旋转密封的分类：静密封与动密封。在此主 要介绍动密封。
旋转密封
对密封件材料的要求 密封件材料应满足密封功能的要求。由于被 密封的工作介质以及设备工作条件的不同，密 封件材料应具有不同的适应性。 密封材料的一般要求： 1）摩擦因数小，耐磨性好； 2）抗腐蚀性能好，能在工作介质中长期工作 ，其体积和硬度变化小； 3）与密封面贴合的柔软性和弹性好 ； 4）耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长； 5）加工性能好，价格低廉。
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活塞环的密封原理
图 4是三环组成的迷宫式通道 。燃气通过活塞头部与气缸间 隙的节流到达第一环槽时 ,降 低到燃气压力的 76%左右 ,通 过第一环开口间隙 f 12 ,漏到 第二环槽时,压力降到燃气压 力的20% ,再通过 f 23 ,进入 第三环槽时,压力降到燃气压 力的7 . 6% ,从而使与曲轴箱 压力之差大大减小 ,正常漏气 量只有进气量的 0 . 2～1%。
旋转密封
旋转密封件（三） ：
旋转密封
旋转密封件（四） ：弹簧蓄能密封圈
弹簧蓄能密封圈是由聚合材料密封壳和耐腐蚀的不锈钢金属弹簧 组成。密封圈安装在沟槽内，弹簧受压，形成向外的张力，促使 密封唇紧贴密封沟槽，由于弹簧永久给密封唇提供弹力，能弥补 密封壳磨损和配合零件的偏心，由此形成从真空到低压范围内的 密封。另外系统压力会辅助弹簧蓄能，压力越大，密封唇与沟槽 贴合的越充分，由此形成高压密封。
旋转密封
旋转密封件（二） ：旋转 旋转Variseal密封圈 旋转 密封圈
旋转Variseal密封圈是一种用于旋转轴处的单向作用密封圈。 它由一个用Turcon 材料制作的U形密封圈和一个V形不锈钢弹簧所组成。 在密封圈的外部有一个凸缘，所以可以防止它在 沟槽内旋转；它的密封唇短而厚，降低了摩擦， 延长了使用寿命，在粘度很高的工作介质中也有 良好的密封效果。 在低压和零压时，初始密封力由弹簧产生。当 系统压力升高后，则主要密封力由系统压力形成。 因此，从零压到高压均能保证良好密封。 密封圈的工作压力:不大于15MPa（动负载时）或不大于25MPa（静负载时）； 工作速度:不大于2m/s（旋转运动时）或不大于10m/s（往复运动时）； 工作温度:-100~+200℃；工作介质：各种液体、化学品和气体。 旋转Variseal密封圈的优点是： 1）旋转、往复动密封和静密封都能适用；2）精确控制时无爬行现象； 3）具有良好的刮除效果； 4）具有良好的抗磨性能和尺寸稳定性； 5）能适应急剧的温度变化； 6）可以消毒，对食品和药液等不会污染。
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活塞环的密封原理
气环的首要作用是密封 , 要良好地密封 ,首先要以 一定的弹力 Po与气缸壁 压紧 ,同时借助于环背气 压 Pr形成第一密封面 (见 图 2) ,即周边密封。气体 进入环槽间隙 ,沿轴向将 环压在环槽的端面上 ,或 因惯性力而使活塞环端 面压向环槽端面形成第 二密封面 ,即轴向密封 ( 见图 2)。
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活塞环的密封原理
如果活塞环外周与缸壁贴合不好有漏光 ,或者环的侧面 与环槽贴合不好 ,那么漏气的增加要比环端隙增加所引 起的漏气要严重得多。所以提高环和环槽的加工质量 , 减小环槽变形,对于密封也有极大的意义。 ,
我们的方案
活塞密封
10MPa 氦气
可外 接高 压气பைடு நூலகம்泵
旋转密封
旋转密封件（五） ： 徐州车氏密封有限公司 产品详情 样品或现货样品是否标准件 是否标准件标准件品牌 品牌车氏密封型号 型号各种型号材 样品或现货 是否标准件 品牌 型号 材 厚度5-20（mm）使用温度 使用温度：-55— 质高性能聚合物复合材料厚度 厚度 使用温度 250℃。（℃）使用压力 使用压力0一70MPa（MPa） 产品有:齿形组 使用压力 合密封,T形双向组合密封,旋转格来圈等 具有高寿命、低摩 擦、无泄漏、耐高压、密封面自动弹性补偿等特点。适用于航空 、航天、兵器、机电、冶金、石油、化工、交通、纺织、地矿、 食品等行业的液压与气动系统的动、静密封。其性能特点： ※密封性能优良，工作寿命高. ※高耐磨，密封面磨损后具 有自动弹性补偿功能。 ※良好的自润滑性能．可作无油润滑 密封。 ※结构简单，安装方便。 ※工作压力：0一 70MPa；工作速度：≤6m/s；工作温度：-55—250℃。 ※适 用介质：液压油、气、水、泥浆、原油、乳化液、水-乙二醇、 酸、碱、化学药品等。 ※优良的性能价格比，仅是同类进口 产品价格的20％-50％，其性能优于进口密封件。
高压氦气
旋转密封
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旋转密封 旋转密封的方法：
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止或减 小泄漏。因此，密封的方法通常有： 1）封住结合面的间隙； 2）切断泄漏通道； 2 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。 根据被密封的偶合面在设备运转时有无相对运动， 可将密封分为静密封和动密封两大类。我们要进行的 密封属于动密封。
旋转密封
常用橡胶密封材料
常用的橡胶密封材料主要是合成橡胶。由于合成橡 胶的胶种较多，且各自的性能也各不相同。因此，在 选用时除要求其必须满足上述使用要求外，还应根据 不同胶种的特性和使用范围，参照密封件的工况条件 ，进行正确选择。常用橡胶密封材料所适应的介质和 使用温度范围见下表。
旋转密封
常用金属密封材料
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活塞环的密封原理
在一般的发动机中 ,活塞环弹 力对缸壁的压力通常不超过 0 . 2MPa,而第一环环背压力 平均值可达2MPa以上 ,虽环 背压力大大超过环本身的弹 力造成的压力 p0 ,如果 p0降 到零,第一密封面不能形成,燃 气从环周漏掉,则环背便不能 利用气压力。因此,只要 p0 存在 ,燃气对环背的压力就能 帮助密封。如果环周密封好 , 漏气的唯一通道就是环端的 开口间隙。图 3是迷宫通道 的节流和压力变化。
金属密封材料主要用于静密封。常用金属密封材料 的种类和应用范围见下表。
旋转密封
旋转密封件（一） ：旋转轴格来圈 旋转轴格来圈
旋转格来圈密封装置由一个高级Turcon材料的密封环格来圈和一个弹性施力的O形密封圈组合而成。
为适应高速和低速不同工况的需要，根据格来圈的截面大小不同，在密 封面上加工了一个或两个环形沟槽。 该沟槽具有以下功能：由于提高了密封表面的比压，因此提高了密封效 果；形成一个润滑油腔，从而降低了摩擦力。 为了保证介质压力能作用到O形密封圈上，在格来圈的侧面开有若干条 径向沟槽，用以托住O形密封圈。格来圈的背面，设计成内凹弧形，使之 增加接触面，并防止格来圈随轴产生旋转。 旋转格来圈具有如下优点： 1）内圆密封或外圆密封均能适用； 2）具有润滑腔，摩擦力小，无粘滞现象，起动时不爬行； 3）抗磨性和尺寸稳定性好。 旋转格来圈密封装置应用于有旋转或摆动运动的轴、杆、销、旋转接头 等处的动密封。它可承受两侧压力或交变压力的作用。 工作压力:不大于30MPa（1m/s时)，或不大于20MPa（2m/s时)；工作 温度:-54~+200℃（取决于O形密封圈的材质）；工作介质：石油基液压 油、难燃液、环保安全液压液（生物油）、水、空气等。
旋转密封
旋转密封件（六） ： 佛山优盾密封科技有限公司 轴用旋转密封GRR 材 料：滑环：PTFE+25%Cu；O形圈：70A NBR橡胶 应用极限：压力300bar；表面速度 1m/s；温度 -30℃～+120℃（配FKM橡胶O形圈，可到200℃） 产品名称 GRR0060Z042N 6X10.9X2.2 GRR0600Z042N 60x71x4.2 GRR2300Z042N 230x245.5x6.3 GRR0080Z042N 8x12.9x2.2 GRR0630Z042N 63x74x4.2 GRR2400Z042N 240x255.5x6.3 GRR0100Z042N 10x14.9x2.2 GRR0650Z042N 65x76x4.2 GRR2500Z042N 250x265.5x6.3 GRR0120Z042N 12x16.9x2.2 GRR0700Z042N 70x81x4.2 GRR2600Z042N 260x281x8.1 GRR0140Z042N 14x18.9x2.2 GRR0750Z042N 75x86x4.2 GRR2700Z042N 270x291x8.1 GRR0150Z042N 15x19.9x2.2 GRR0800Z042N 80x91x4.2 GRR2800Z042N 280x301x8.1 GRR0160Z042N 16x20.9x2.2 GRR0850Z042N 85x96x4.2 GRR2900Z042N 290x311x8.1 GRR0180Z042N 18x22.9x2.2 GRR0900Z042N 90x101x4.2 GRR3000Z042N 300x321x8.1 GRR0200Z042N 20x27.5x3.2 GRR0950Z042N 95x106x4.2 GRR3200Z042N 320x311x8.1 GRR0220Z042N 22x29.5x3.2 GRR1000Z042N 100x111x4.2 GRR3300Z042N 330x351x8.1 GRR0240Z042N 24x31.5x3.2 GRR1050Z042N 105x116x4.2 GRR3400Z042N 340x361x8.1 GRR0250Z042N 25x32.5x3.2 GRR1100Z042N 110x121x4.2 GRR3500Z042N 350x371x8.1 GRR0260Z042N 26x33.5x3.2 GRR1150Z042N 115x126x4.2 GRR3600Z042N 360x381x8.1 GRR0280Z042N 28x35.5x3.2 GRR1200Z042N 120x131x4.2 GRR3700Z042N 370x391x8.1 GRR0300Z042N 30x37.5x3.2 GRR1250Z042N 125x136x4.2 GRR3800Z042N 380x401x8.1 GRR0320Z042N 32x39.5x3.2 GRR1300Z042N 130x141x4.2 GRR3900Z042N 390x411x8.1 GRR0360Z042N 36x43.5x3.2 GRR1350Z042N 135x146x4.2 GRR4000Z042N 400x421x8.1 GRR0380Z042N 38x49x4.2 GRR1400Z042N 140x151x4.2 GRR4200Z042N 420x441x8.1 GRR0400Z042N 40x51x4.2 GRR1500Z042N 150x161x4.2 GRR4300Z042N 430x451x8.1 GRR0420Z042N 42x53x4.2 GRR1600Z042N 160x171x4.2 GRR4500Z042N 450x471x8.1 GRR0450Z042N 45x56x4.2 GRR1700Z042N 170x181x4.2 GRR4800Z042N 480x501x8.1 GRR0480Z042N 48x59x4.2 GRR1800Z042N 180x191x4.2 GRR5000Z042N 500x521x8.1 GRR0500Z042N 50x61x4.2 GRR1900Z042N 190x201x4.2 GRR5300Z042N 530x551x8.1 GRR0520Z042N 52x63x4.2 GRR2000Z042N 200x215.5x6.3 GRR6000Z042N 600x621x8.1 GRR0550Z042N 55x66x4.2 GRR2100Z042N 210x225.5x6.3 GRR6500Z042N 650x678x9.5 GRR0560Z042N 56x67x4.2 GRR2200Z042N 220x235.5x6.3 GRR7000Z042N 700x728x9.5
旋转密封
旋转密封的分类：静密封与动密封。在此主 要介绍动密封。
旋转密封
对密封件材料的要求 密封件材料应满足密封功能的要求。由于被 密封的工作介质以及设备工作条件的不同，密 封件材料应具有不同的适应性。 密封材料的一般要求： 1）摩擦因数小，耐磨性好； 2）抗腐蚀性能好，能在工作介质中长期工作 ，其体积和硬度变化小； 3）与密封面贴合的柔软性和弹性好 ； 4）耐臭氧性和耐老化性好，使用寿命长； 5）加工性能好，价格低廉。
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活塞环的密封原理
图 4是三环组成的迷宫式通道 。燃气通过活塞头部与气缸间 隙的节流到达第一环槽时 ,降 低到燃气压力的 76%左右 ,通 过第一环开口间隙 f 12 ,漏到 第二环槽时,压力降到燃气压 力的20% ,再通过 f 23 ,进入 第三环槽时,压力降到燃气压 力的7 . 6% ,从而使与曲轴箱 压力之差大大减小 ,正常漏气 量只有进气量的 0 . 2～1%。
旋转密封
旋转密封件（三） ：
旋转密封
旋转密封件（四） ：弹簧蓄能密封圈
弹簧蓄能密封圈是由聚合材料密封壳和耐腐蚀的不锈钢金属弹簧 组成。密封圈安装在沟槽内，弹簧受压，形成向外的张力，促使 密封唇紧贴密封沟槽，由于弹簧永久给密封唇提供弹力，能弥补 密封壳磨损和配合零件的偏心，由此形成从真空到低压范围内的 密封。另外系统压力会辅助弹簧蓄能，压力越大，密封唇与沟槽 贴合的越充分，由此形成高压密封。
旋转密封
旋转密封件（二） ：旋转 旋转Variseal密封圈 旋转 密封圈
旋转Variseal密封圈是一种用于旋转轴处的单向作用密封圈。 它由一个用Turcon 材料制作的U形密封圈和一个V形不锈钢弹簧所组成。 在密封圈的外部有一个凸缘，所以可以防止它在 沟槽内旋转；它的密封唇短而厚，降低了摩擦， 延长了使用寿命，在粘度很高的工作介质中也有 良好的密封效果。 在低压和零压时，初始密封力由弹簧产生。当 系统压力升高后，则主要密封力由系统压力形成。 因此，从零压到高压均能保证良好密封。 密封圈的工作压力:不大于15MPa（动负载时）或不大于25MPa（静负载时）； 工作速度:不大于2m/s（旋转运动时）或不大于10m/s（往复运动时）； 工作温度:-100~+200℃；工作介质：各种液体、化学品和气体。 旋转Variseal密封圈的优点是： 1）旋转、往复动密封和静密封都能适用；2）精确控制时无爬行现象； 3）具有良好的刮除效果； 4）具有良好的抗磨性能和尺寸稳定性； 5）能适应急剧的温度变化； 6）可以消毒，对食品和药液等不会污染。