密封基本知识介绍

泄漏分为内泄漏和外泄漏两类。
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1.2 泄露
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； 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。
-100~+260
聚酰胺尼龙
-40~+100
聚甲醛
-40~+100
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1.4 密封件的材料
④ 常用金属密封材料 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 表1-6。 表1-6 常用金属密封材料的种类和应用范围
材料 铅 银 黄铜 镍 紫铜 使用温度/℃ <100 <650 <260 <810 <315 应用范围 材料 使用温度/℃ <810 <430 <870 <540 应用范围 适用于高温、 高压油、高压 水蒸气等场合
图2-2 O形密封圈的动密封原理
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2.1 O形密封圈
此外，还存在其他复杂情况 ：
当用于液体介质密封时，由于液体的压力、粘度及运动速度等因素的作 用，沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层液体膜，如图22a所示。这层液体薄膜始终存在着，它亦起一定的密封作用。 当滑移面向外伸出时，液体膜随之一起探出，如图2-2b所示。 当滑移面缩回时，液体膜则被密封件阻留于外侧。随着滑移面往复次数 的增加，阻留于密封件外侧的液体膜日渐增厚，最后形成液滴，从滑移 面滴下（见图2-2c）。这就是O形密封圈用于往复运动密封时会产生泄漏 的原因。 因此，O形密封圈不宜应用于滑移面需频繁往复运动的密封装置中。
○ ○ ○ ○ ○ × ×
-40~+120 -30~+80 -25~+250 -50~+280 -10~+180 -20~+130 -30~+120
-40~+100 一般不用 -25~+180 一般不用 -10~+130 -20~+80 -30~+120
注：○—可以使用；△—有条件使用；×—不可使用。
图2-1 O形密封圈的静密封原理 b)承载状态
当容腔内的介质卸压后（p=0），则由于O形密封圈仍具有初装时的预 接触应力p0，故仍能保证密封性能。此即所谓O形密封圈的自密封作 用。
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2.1 O形密封圈
2.1.4 用于往复运动密封时的密封原理
O形密封圈在往复运动滑移面上的接触情况，如图2-2所示。此时O形密 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形密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力。
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表1-5 常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围
名称 聚四氟乙烯 及加充填物 聚四氟乙烯 使用温度/℃ 主要特点 耐磨性极佳,耐热\耐塞性优 良,能耐几乎全部化学药品及 溶剂和油等液体.弹性差,热 胀系数大 耐磨性能佳（优于铜和一般 钢材），耐弱酸、弱碱和水、 醇等溶剂。冲击性好，有一 定的机械强度，抗强酸腐蚀 性差，溶于浓硫酸、苯酚， 有吸水性及冷流性 动静摩擦因数较小，耐有机 溶剂及化学腐蚀，具有良好 的机械性能及抗蠕变性 应用范围 适用于制作挡圈、支承环、导向 支承环及压环，与O形圈等组合 成同轴密封圈。喷涂、贴粘在密 封件工作面，以降低摩擦因数， 提高耐热性。制作生料带 适用于制造挡圈、压环、导向支 承环等。三元尼龙与丁腈并用制 作往复动密封，可改善密封件性 能 适用于制作往复运动密封圈用的 挡圈和导向支承环等
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2. 常用密封件
2.2 油封
旋转轴唇形密封圈俗称油封。它是安装在旋转轴和静止件之间，用于密 封润滑油外泄和防止外界尘土、杂物侵入设备内部的动密封元件。 普通油封的使用压力小于0.5MPa，耐压油封的工作压力可达1~1.2MPa。
2.2.1 密封原理
在自由状态下，油封的内径小于轴径，有一 定的过盈量。这样，当油封装到轴上后，即 使没有弹簧，也有一定的径向力作用在轴上 。为了保证密封的可靠性，在油封唇缘的上 方，加装一个弹簧。 依靠弹簧对轴的抱紧力来克服轴在旋转状态 下，因振摆、跳动所造成的间隙，并使油封 的唇缘能始终紧贴于轴的表面。
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1.4 密封件的材料
表1-4 常用橡胶密封材料所适应的介质和使用温度范围
密封材料
石油基液压油 和矿物基润滑 酯 难燃性液压油 使用温度范围
水-油乳化 液
○ △ ○ ○ ○ × ×
水-乙二醇 基
○ × ○ × wenku.baidu.com ○ ○
磷酸酯 基
× × ○ △ × △ △
静密封
动密封
丁腈橡胶 聚氨酯橡胶 氟橡胶 硅橡胶 丙烯酸酯橡 胶 丁基橡胶 乙丙橡胶
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1.3 密封的分类
按密封副的材料分为：
硬密封：密封副的两侧均是金属材料 或较硬的其他材料的被称为“硬密封”； 软密封：密封副的两侧一侧是金属材 料，另一侧是有弹性的非金属材料的被称 为“软密封”。
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1.3 密封的分类
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。另外按照密封件的制作材料、结构形式和密封机理等 还可进一步细分。密封的分类见表1-3。 表1-3 密封的分类
适用于高温、 蒙乃尔合金 高压油、高 铝 压水蒸气等 不锈钢 场合 钦锆
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2. 常用密封件
2.1 O形密封圈
2.1.1 主要性能 O形封圈是一种截面为圆形的橡胶圈，如图2-1示。其材料主要为丁腈 橡胶或氟橡胶。O形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。其使用速度范围一般为 0.005~0.3m/s。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。一般 O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少。
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1.4 密封件的材料
③ 常用合成树脂密封材料 常用合成树脂中，使用最多的是聚四氟乙烯树脂。在聚四氟乙烯中 掺入不同的充填材料，可改善和提高其综合物理化学性能，从而扩 大了它的使用范围。因此，聚四氟乙烯树脂密封材料可适用石油基 液压油、水-油乳化液、水-乙二醇基液压液、磷酸脂基液压液等工 作介质的密封。常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围见表 1-5。
密封：是防止流体或是固体颗粒等工作介质从相邻结合面间泄露以及防 止外界尘埃和异物侵入机器设备内部的零部件或是设施。
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1.2 泄露
泄露：它是机械设备常产生的故障之一，当工作介质在系统及元件的容腔内
流动或暂存时，由于间隙、压力、粘度等因素的变化，而导致少量工作介质 越过容腔边界，由高压腔向低压腔或外界流出，这种“越界流出”现象称为 泄漏。
图2-1 O形密封圈的静密封原理 a)空载状态
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2.1 O形密封圈
2.1.3 用于静密封时的密封原理
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 形密封圈发生 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 δ。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2-1b所示。
密封基本知识介绍
目录
1. 密封基础知识
1.1 1.2 1.3 1.4 密封的定义 泄露 密封的分类 密封的材料
2. 常用密封件
2.1 O形密封圈 2.2 油封 2.3 带密封 2.4 垫密封
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目录
2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 填料密封 迷宫密封 蜂窝密封 干气密封 机械密封
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1.1 什么密封？
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2.2油封
2.2.2 油封的选用 选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质、工作温度及唇缘在轴高 速旋转时的适应性。 一般油封工作时若唇缘的温度高于工作介质温度20~50℃，应引起重视。 油封的型式和种类很多，可按工作条件与使用要求查阅有关设计手册选 用。
油封安装时，为获得适当的初始径向力，应保证唇缘对旋转轴的过盈量 要求，其值如下表所示。
轴径/mm
油封唇的过盈量 /mm 0.5~0.9 0.6~1.0 0.7~1.2
轴径/mm
油封唇的过盈量 /mm 0.8~1.3 0.9~1.4 1.0~1.5
<30 30~50 50~80
80~120 120~180 180~220
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2. 常用密封件
2.3 带密封
它是将密封带缠绕在需要密封的螺纹上，从而在螺纹副的间隙中填满密 封材料，形成泄漏阻力。 常用的密封带有聚四氟乙烯生料带。 带密封的优点是操作简便，干净，连接牢固，耐压高，耐油性好，不污 染工作介质，不腐蚀螺纹。
分类 非金属静密封 静密封 橡胶-金属复合静密封 金属静密封 液态密封垫 主要密封件
O形橡胶密封圈
橡胶垫片 聚四氟乙烯生料带 组合密封垫圈
金属垫圈
空心金属O形密封圈 密封胶
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1.3 密封的分类
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1.4 密封件的材料
① 对密封的基本要求：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。大 多数密封件是易损件，应保证互换性，实现标准化，系列 化。 ② 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。 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 用温度范围见表1-4。
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2.1 O形密封圈
2.1.5 应用
O形密封圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用， 如图2-3所示。
图2-3 O形密封圈的安装 a)在外圆的矩形槽内 b)在内圆的矩形槽内
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2.1 O形密封圈
2.1.5 应用
O形密封圈良好的密封效果很大程度上取决于 O形密封圈尺寸与沟槽尽 寸匹配的正确性，世界各国的标准对此都有较严格的规定。
O 形 密 封 圈 安 装 沟 槽 的 宽 度 为 O 形 密 封 圈 直 径 的 1.3~1.5 倍 ， 即 b=1.3~1.5d。静密封时，压缩量较大，应取大值；往复动密封时，应取 小值，旋转动密封时，取b=1.05~1.1d，并应考虑摩擦生热引起密封圈 内径收缩，从而影响密封质量的问题 。 式中 b—安装沟槽的宽度； d—O形密封圈截面直径。
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2. 常用密封件
2.4 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。
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2.2油封
维持油封密封性能的关键是介于唇缘与轴表面之间的一层油膜。因此， 油封的密封原理是建立在滑动轴承的润滑理论上的。 在轴旋转的动态过程中，油膜的厚度也在不断变化，其变动量一般约在 20%~50%之间。油膜厚度变化的原因是维持油膜存在的表面张力在不断波 动。而油膜的表面张力则与油的粘度、运动速度等因素有关。 一般认为油膜过厚，容易泄漏；油膜过薄，则会导致干摩擦。 最理想的情况是保持“临界油膜厚度” ，即始终保持临界润滑状态。而 “临界油膜厚度”的形成与保持，与油封对轴的径向力的大小及其分布 状况直接有关。
图2-1 O形密封圈 d1—O形圈内径 d2—O形圈截面直径 15
2.1 O形密封圈
2.1.2 标准 大部分国家 对O形密封圈都制定系 列产品标准，其中美国 标准（AS 568）、日 本标准（JIS B 2401） 、国际标准（ISO 3601/1）较为通用。
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2.1 O形密封圈
O形密封圈与其他形式密封圈比较，具有以下优 点： 1）结构小巧，装拆方便。 2）静、动密封均可使用。 3）动摩擦阻力比较小。 4 ）使用单件 O 形密封圈，可对两个方向起密 封作用。 5）价格低廉。
密封装置设计时若O形密封圈的压缩量选择过小，或加工沟槽时公差波 动使压缩量趋小，装配后就会引起泄漏；如果压缩量选择过大，或加工 沟槽时公差波动使压缩量趋大，则会导致O形密封圈橡胶应力松弛而形 成泄漏。
同样，若装配后O形密封圈拉伸过度，也会因其过早老化而引起密封装 置泄漏。
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2.1 O形密封圈
2.1.5 应用
但是，当设备闲置时间过久而再次起动时， O 形 密封圈的摩擦阻力会因其与密封副耦合面的粘附 而陡增，并出现蠕动现象。
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2.1 O形密封圈
2.1.3 用于静密封时的密封原理
O形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，如图2-1a所示。