密封技术发展与应用概要

密封技术发展与应用

陈帆

广东石油化工学院机电工程学院装控09-2班12号

摘要:主要对密封技术的发展过程、密封的分类和典型密封种类等进行了阐述，介绍了不同密封形式的特点和应用范围，对密封工业的发展过程进行了回顾。综述了静、动密封的机理和发展方向，指出了密封总的发展方向是零逸出、高性能、高可靠性以及长寿命化。随着计算机和电子技术日新月异的发展,各种密封特别是机械密封将会在化工、石油化工、能源等工业领域中得到广泛应用，以及这门学科的帮助。

关键词：填料密封，胶密封，机械密封，迷宫密封，零逸出

Abstract:What mainly on the development process of sealing technology, the classification of sealing technology and typical seal types are stated. The difference of seal form and the characteristics and application range of the sealing industry are introduced, reviews the development of sealing industry. The static sealing mechanism,the dynamic sealing mechanism and the direction of development are commented, pointed out the development direction of sealing technology which fulfill the zero emission, the high performance, the high reliability and the long life span. With the development of computer and electronic technology change rapidly, especially mechanical seal in chemical industry, petrochemical industry energy industry are widely used in the field , And the subject to help。

Key Words:packin seal;rubber-like materials and plastics seals;mechanical seal; labyrinth seal ; zero emission

一、密封的发展过程

1.1密封技术的发展史

密封技术已渐渐发展成为一个专门地课题，而其本身的发展过程及在实际应用中的重要性也确实

值得我们去探索和研究。它是研究密封材料、密封装置设计和密封机理的科学，是一门多学科交叉性

的边缘学科。随着社会的发展和科学的进步，今天密封技术已经发展成为一个专门的学术分支，而其

本身的发展过程及在实际生产中的应用也非常值得我们去探索和研究。

公元11世纪初，密封技术最早起源于中国；同等水平的密封技术在国外最早出现于15世纪，并

且一直沿用至1700年左右的阿基米德时代；值得注意的是时至今日这种密封技术（填料密封）仍被

应用于某些特殊场合。19世纪开始，工业上应用弹性材料作为密封件，最为有代表性的是：1856年，

一种圆形的，用弹性材料做成的圈被应用于蒸汽机以及流体泵上。类似的密封技术被载入1886年的

法国专利。（图1）

图1.1886年法国专利的活塞密封件

1926年到1933年间丹麦的发明家和机械制造家Niels A.Christensen对此类圆形圈进行了进一步的研究开发和应用。他的技术（O型圈）于1930年公开发布，1933年申请技术专利，在之后的1938年获得了大奖。O型圈在实际的应用中虽然比以前的密封件性能优越许多，然而很快就显示出它在动态密封（往复运动）中的局限性。这就导致了有截面形状，且被装入沟槽中用以防止其移动的密封件的发展。另一方面,由于传统的液压介质由水改为工业油和其他更加粘稠，且润滑性能更好的介质，导致了密封件材料及其截面几何形状的进一步发展。之后Douglas于 1940年发明了“三角形密封件”（图2），这种形状的密封件曾在当时的航空工业上得到了广泛的应用。

图2.Douglas公司的三角形密封件

由于现代工业对密封件提出了越来越高的要求，如体积小、耐高压、有出色的物理化学性能等，这就导致了无论是应用橡胶，还是其它热塑性材料的密封件演变的多样性。（图3）

图3活塞密封件的发展过程

举个例子，如液压缸中的密封。就液压缸来讲，对于一直处于往复运动中的缸体的密封件的要求是很高的，要使之保持一层润滑膜，以减少密封件的磨损，又要使之不能有一点泄漏。于是经过多年的探索于实践，产生了一套用几种部件的组合来完成密封向等功能的复合密封系统。（图4）所示就是现在比较常用的液压缸复合密封系统。密封件不仅影响了各类工作缸的适用功能,而且也影响了缸体的设计。现在设计的体积非常小的活塞，活塞杆及整合式密封件已大大改善了缸的行程（图5）。作为一种整合式密封系统（图6），此类密封件具备完整的导向、密封和除尘等多种功能。这种整合的设计从根本上改变了活塞的密封过程。

图4

图5 PZ短行程气动活塞密封件图6整合式密封系统

1.2密封对现代的影响

密封技术是一门结合多个学科应用的综合技术,具体涉及了与流体力学、材料力学和弹性力学、摩擦学、化学、物理化学以及热力学等学科。密封技术被广泛应用于航空航天、核能发电等高新技术领域,以及石油、化工等国民经济各行业,如火箭的液氧透平泵、核能发电站中的主冷泵、高压聚乙烯的高压压缩机和聚丙烯的反应釜等许多机器设备的方案就取决于密封技术。密封技术虽然不是领先性技术,但往往却是决定性关键技术,它决定了机器设备运行的安全性、可靠性和耐久性。

虽然任何工业都有密封问题，但化学和石油化学工业中的问题比其他工业更加突出，其特征表现以下两大特征。

①广泛性化工厂以设备、机器复杂和管道庞大而著称，据统计一个大型石油化工厂年产30万吨乙烯的五套主要装置、六套配置装置和七个辅助车间的静密封点达123万多个。然而，化工厂发生的各种事故中，泄露是主要的原因。据日本汇集的1965至1975年间化工厂发生的624件事故，其中化工装置为210件，占34.4%，炼油装置为79件占12.7%；而210件化工装置中表现为泄露形式的事故为115件，占了55%；炼油装置中的79件事故中，泄露事故54件，占了68%。

②危害性由于很多化工厂处理的很多流体都是易燃、易爆、有毒或腐蚀性的，一旦发生泄露，其后果比单纯的经济损失还要严重得多。如上述的210件事故中，其中发展为火灾、爆炸、中毒事故的58件，占23%；而造成大气、水质污染的31件中，占15%。就发生事故而言，如1984年12月3日的印度博帕尔市美国联合碳化物属下的联合碳化物（印度）有限公司设于贫民区附近一所农药