课程总结1-流体密封的基本理论和基本知识

H
(2)密封设计由简易的经验性设计向理论性专家系统设计转变
• 经验性设计：以机械密封为例，传统的设计方法是根据经验性知 识，确立密封的几何参数和弹簧压力，依此计算出端面接触压力 Pc、线速度V、摩擦功耗、摩擦热、冲洗液量，并确定相应的辅助 系统；计算机辅助设计主要局限于密封零部件的绘制。 • 理论性专家系统设计：先进的理论性专家系统设计则是以计算机 为工具，根据具体的工艺条件，采用完善的专业数据库和软件， 对密封进行性能分析、动态仿真、结构优化、参数化设计，尽可 能在设计阶段使密封的使用性能达到最优，实现设计的合理准确 和快捷高效，满足密封的规模化和专业化生产的需要。
H
流体密封按运动方式分为：
• ① 流体静密封(Static Seals)：用于密封与流体接触的可拆卸静设备。
如垫片(gasket)、密封胶或密封剂(sealing glue)等。 • ② 流体动密封（Dynamic Seals)：用于机器中将两流体空间隔开并作相
对运动（旋转、螺旋、往复摆动）的部件之间的密封。分旋转密封
H
流体静密封分类
• 垫片密封。按材料和结构分为： ① 非金属垫片：橡胶、石棉橡胶、柔性石墨、聚四氟乙烯等，截面 形状均为矩形。 ② 金属复合型垫片：各种金属包垫、金属缠绕垫。 ③ 金属垫片：金属平垫、波形垫、环形垫、齿形垫、透镜垫、三角 垫、双锥环、C形环、中空O形环。
按密封分类原则：金属平垫、波形垫、环形垫、齿形垫、透镜垫 属于强制式密封，其余为自紧式或半自紧式密封。
H
设计
0. 前 言
0.1 泄漏的主要原因
制造
安装或维修
工艺操作
振动、冲刷、汽蚀等机械破坏
环境变化（温度、压力、转速及其波动）
介质腐蚀
H
0.2 流体密封技术的重要作用
①.虽非核心技术，但有可能是决定性技术
②.决定机器设备的安全性和可靠性
③.环境保护
④.能源和物质节约、提高经济效益
意义、密封简单模型中流体流动（缝隙流动、孔口与夹
缝出流、转盘侧隙流动及喷嘴内气体是流等熵流动）的 特点及分析。 3．密封摩擦学基本知识 • 了解密封摩擦学理论中摩擦、磨损与润滑的基本知识。
H
• • •
1.密封机理、方法和分类
• 1.1 泄漏机理
1.2 密封方法和分类 1.3 对密封产品或密封系统的基本要求 1.4 流体密封技术的发展
术和产品发展很快。
• 电力、冶金等行业设备正向着大型化、高度自动化、智能化、节 能和绿色环保的方向发展，对于高温、高压密封要求越来越高。
比如发电设备，压力要求能承受27～28MPa，耐热温度要求达到
600℃，这都需要密封等设备能够耐高温高压。
H
(1)密封理论、技术和产品不断创新
• 新技术、新概念、新结构、新材料、新工艺（结构是先导，材料是 基础，工艺是保证）和新标准不断涌现； ① 高参数(如高压、高速、高温、大直径)； ② 高性能(如干运转、零泄漏、无油润滑、密封浆液、高含固体 颗粒)； ③ 高可靠性和高水平(如高PV值、大型剖分式、状态监控)密封产 品大量研制。 • 重点：密封失效机理(如疱疤、热裂、空化-汽蚀、橡胶密封圈泡胀 和老化)、失效分析(如可靠性和失效概率)、密封失效专家诊断系 统、失效监控技术(如流体膜、摩擦状态和相态)的研究和应用。
控制规定的指南。
• 大力推广应用无危害性泄漏的非接触式气膜密封和液膜密封产品 ，在能够满足环保要求的前提下，可极大提高流体机械运行的可
靠性和经济性，实现以人为本的简况、安全、环保和经济的现代
化生产的理念。 (6)密封可靠性不断提高
• 在石油化工方面，为了延长工艺装置的检修周期和装置的操作周
期，要求机械密封的工wk.baidu.com寿命由1年延长到2年，国外由2年延长到 3年甚至5年(API682中作了明确规定)。
• 重点：揭示泄漏方式 、成因、特点及泄漏量的计算公式。
H
• 1.1.1穿漏（Penetration）
• 定义：流体通过密封面间隙的泄漏； • 成因：①、流体存在压力差Δp；②、泄漏 缝隙h。 • 特点：单向泄漏，从高压测→低压侧； • 泄漏量：是衡量密封装置密封性能的主要 指标。 • 单向周边泄漏量：
• 过去只重视单独密封件的开发、使用和维护，现在已经发展到重
视整个密封系统（包括密封件和密封辅助系统），而且已制订了 新的转子泵用密封系统标准(API-682“离心泵与转子泵的轴封系
统”标准)。
H
(5)注意安全和环境保护、倡导节能减排 • 过去只注意眼睛可视的“泄漏”，不注意眼睛看不见的易挥发物 的气相“逸出”；现在发展到要求控制易挥发物的逸出量，也就 是说从要求“零泄漏”到要求“零逸出”。美国摩擦学家和润滑 工程师学会(简称STLE摩润学会)已制订了SP-30易挥发物逸出量
H
1.2 密封方法和分类
• 密封方式（采用上面一种或多种方法）：
• ①全封闭或部分封闭 • 将机器或设备用机壳或机罩全部密闭或部分密闭住
• 如屏蔽泵、磁力偶合器驱动的泵。
• 特点：无轴封和密封室。 • ②填塞或阻塞（是一种传统的密封方法） • 利用密封件填塞泄漏点(例如密封圈、软填科密封等)或利用流体阻 塞被密封流体(例如气封、水封、铁磁流体密封等)。 • ③分隔或间隔 • 利用密封件将泄漏点与外界分隔开（隔膜密封、机械密封等）或利 用气体或液体作为中间密封流体(气垫密封、双端面机械密封等)。 • ④引出或注入 • 将泄漏介质引回到吸入室或通常为低压的吸入侧(抽气密封)或将对 被密封流体无害的流体注入密封室以阻止被密封流体的泄漏(如氮气 密封)。
H
• ⑤流阻或反输
1.2 密封方法和分类
• 利用密封件狭窄间隙或曲折途径造成密封所需要的流动阻力(迷宫密 封)或利用密封件对泄漏流体造成反压，使之部分平衡或完全平衡， 将流体反输回上游，以达到密封的目的（如螺旋密封、上游泵送密 封）。 • ⑥贴合或粘合 • 利用研合密封面本身的加工质量使密封面贴合或利用密封剂使密封 面粘合达到密封（密封剂、密封膏等）。 • ⑦焊合或压合 • 利用焊接或钎接的方法将泄漏点堵塞或加压使接触处微观不平处变 形(如垫片密封、软填料密封等)，形成固定的结合达到密封。 • ⑧几种密封方法的组合 • 是密封技术的一个发展方向。
H
(7)开发出适应性强的“个性化”实用密封技术和产品
• 不仅要求不断研制出高性能新的密封产品，更重要的是要根据具 体的工况条件研制开发出针对性很强的密封技术和产品，并使其 得到实际应用。 (8)实现“专家型”产品推销 • 要求市场推销人员（或销售工程师）不仅要与用户建立良好的业 务关系，更应具备丰富的密封技术知识，正确分析解答现场问题 ，熟知产品特性。 (9)重视技术培训和技术咨询服务 • 涉及对企业内部员工的技术培训和对现场安装、使用和维护维修 人员的技术性咨询服务两个方面。
H
1.密封机理、方法和分类
1.1 泄漏机理
• 两个隔离的区域1和2分别包含同种 或不同种的流体Ⅰ和Ⅱ，但它们具 有共同的边界，这些边界可以是圆 柱形的，例如往复机械或旋转机械 中的轴、活塞或阀杆等，也可以是 环形平端面，如法兰密封面。
• •
1—Ⅰ
2—Ⅱ
边界
若两个区域存在压力差、浓度差、温度差、速度差等，流体就会通过这一界面 而泄漏。 “密封”意味控制这两个区域之间流体的相互交换，使界面处“没有泄漏”现 象。
H
1.3 对密封产品或密封系统的要求
• 密封性：实现密封介质的低微泄漏甚至无泄漏（包括液 相零泄漏和汽相零逸出），实现环保功能。 • 可靠性：使用寿命长、稳定性高、抗干扰能力强。
• 经济性：成本低、能耗和运行费用少、使用维修方便— —性价比高。
• 适用性：能满足机泵具体的工艺条件要求和现场能提供 的实际条件。
H
1.4 流体密封技术的发展趋势
• 随着现代工业的迅速发展，流体密封的使用环境正在发生深刻的
变化，对其工况要求更加苛刻，操作条件正向高速、高压、高温
、低温、高真空、大尺寸、微尺寸方向发展。 • 以石油化工为例，石化用机泵的发展方向是大型化、高速化、机 电一体化，泵产品成套化、标准化、系列化和通用化，多品种、 性能广、寿命长及可靠性高；使机泵用密封向大型化和专业化方 向发展，特别是适用高压、高速透平，高温、低温和超低温泵， 高速泵，耐腐蚀泵，输送粘稠介质和带固体颗粒介质泵的密封技
H
讲授内容
一．流体密封的基本理论和基本知识
二．流体静密封技术
三．流体动密封的基本原理及知识
四．不停车堵漏技术、泄漏检测技术
H
•
第一部分:流体密封的基本理论和基本知识
1．密封机理、方法和分类
掌握流体泄漏的机理、密封的基本方法和流体密封的基 本类型。 2．密封流体力学基本知识 • 了解密封流体力学基本方程特别体润滑基本方程的物理
H
(3)密封使用范围不断拓宽 • 机械设备方面：机械密封不仅机泵阀采用，而且工艺设备(如反应 釜、转盘塔、搅拌机、离心机等)都采用。 • 工业领域方面：石化、石油、化工、造纸、汽车、船舶、家电、 机械制造、冶金、矿业开采、原子能工业、航空航天、军工、电
力、医药、食品加工等重要工业领域。
• 工况参数方面：高压、高速、高PV值、高温、低温、高真空等。 (4)重视密封系统的开发、应用和维护
(rotating seals)、往复密封(reciprocating seals)、复合运动密封 (complex moving seals)等。
• ③ 伪静密封或微动密封（Pseudo-static Seals):介于静密封与动密封之
间的密封形式，表面为静密封，实则为动密封，如机械密封中补偿环用辅 助密封(secondary seals)。 • ④ 封闭式密封(closed seals)或转化为静密封的动密封：如屏蔽泵 (screened pumps)、磁力传动泵(magnetic transmission pumps)和全封 闭式压缩机(closed compressors)等将动密封转化为静密封的机器设备。
Q ψΔph3 /l
H
• 1.1.2渗漏 (Percolation)
• 定义：在压力差ΔP的作用下，被密封流体通过密封件材料的毛细管 的泄漏称之为渗漏。
• 特点：单向分子泄漏。 • 成因：①、压力差Δp；②、密封件材料毛细管。 • 气体重量泄漏量为
•
8 G 3
M r3 p 2RT l
H
化工装备密封技术
(Sealing Technology for Chemical Engineering 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
中国石油大学密封技术研究所 山东省东营市东营区北二路271号, 电话:0546-8392752,8179007(传真), 13505462368Email:haommupc@sina.com，Http://www. hsseal.com
• 式中，r：毛细管或接触面毛细通道半径。
H
• 1.1.3扩散(Proliferation)
• 定义：在浓度差Δ C的作用下，密封介质通过密封间隙或密封材料的 毛细管产生的泄漏，叫做扩散。
• 成因：①、介质浓度差Δ C；②、密封间隙或密封材料毛细管。 • 特点：双向泄漏，泄漏量小。 • 如醚类，渗透性强；采用波纹管密封。
• 胶密封。
• 填料密封。
• 波纹管。
H
流体动密封分类
• 接触式动密封。 ① 软填料密封。 ② 成型填料密封。 ③ 油封。 ④ 防尘密封。 ⑤ 接触式机械密封。 • 非接触式动密封。 ① 非接触式机械密封（气膜密封、液膜密封等）。 ② 迷宫密封。 ③ 浮环密封。 ④ 间隙密封。 ⑤ 螺旋密封。 ⑥ 离心密封。 ⑦ 磁流体密封。 • 封闭式密封。 • 组合式密封。
H
1.2 密封方法和分类
• 根据泄漏的成因，阻止或控制流体流动（阻流）的方法有5种： ① 降低引起流动的推动力，Δp↓。 ② 增大阻止流体流动的能量（包括力学能量、界面摩擦、流体摩擦、 热力学能量损失等）。 ③ 控制流体流动方向（变有害流动为无害流动，如抽气密封、浮环密 封等）。 ④ 切断流道。 ⑤ 组合。
H
2.密封流体力学基本知识
⑴雷诺方程（Reynolds Equation）
h3 p h3 p hU0 h 12 x y 12 y x 2 t x