流体密封技术
流体密封技术——原理及应用
5、影响密封功能的因素：
被密封流体的物理、化学性能与密封自身的性质和部件的运动细节同样重要，见上图：
副密封：为补偿主密封位移（微粒的运动热膨胀效应等）弹性体与壳体沟槽之间的滑动表面称
副密封的滑动面。
闭合力：加在密封界面上的总压力，一般等于预压力＋流
体压力＋运动及摩擦合力（运动合力有可能为负值）
预载荷：动态密封间隙保持受控状态，密封必须紧密追随
对磨面，预载荷对确保与流体压力无关的主密封面上的密封是
必要的，是建立流体压力自紧密封的前提条件。
通常密封面总比压（闭合力/密封界面面积）不应小于被封的流体压力。副密封可能需要一个
单独预载荷。
压力载荷：为了允许预载荷保持合理的低值，从结构上用流体压力补充预载荷，并始终保持
比压（密封界面）高于密封液压力，这一自动密封原理尤其在高的流体压力下。
聚乙烯醇
85
氯丁橡胶
-40-50
聚丙烯
＞100
硅橡胶
-109
（4）压缩永久变形（断裂延伸率）
在负载作用下橡胶不仅是弹性体，也会出现永久变形，使 O 型圈在沟槽中的预压力降低，甚
至瞬间缺失（粘弹性和跟随性）造成漏油。
DVR＝（h0－h2）/（h0－h1）*100％ h0：压缩前原始直径 h1：压缩状态下的小径 h2：释放后的小径 即不可恢复直径减小值与压缩量值的比值（不可恢复量与压缩量的比值百分数）
斯来圈
11
三种液压元件油口连接方式 ①法兰油口
流体密封技术
12
②平面螺纹孔接口
流体密封技术
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③锥口螺纹孔接口
流体密封技术
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平面 O 型圈管孔与接头连接形式
流体密封技术
15
流体密封技术的应用与发展
流体密封与流体机械题目：流体密封技术的应用与发展班级姓名：序号：学号：2010年12月19日流体密封技术的应用与发展摘要：流体密封作为一门新兴的工程技术学科正越来越受到各行业的关注。
本文对流体密封的定义、作用、重要性、主要应用领域，应用现状以及最新进展和未来展望作一番简单介绍并阐述了一些事例的原理。
关键词：流体密封；迷宫密封;浮环密封；机械密封；干气密封流体密封的作用及重要性流体密封是防止或限制流体泄漏的工程技术或零部件。
起密封作用的零部件通常称之为密封件。
放置密封件的部位称为密封腔。
较复杂的密封．特别是带有辅助系统的密封，称为密封装置。
被密封的流体包括气体、液体、以及气体／液体混合物、气体／液体／固体颗粒(particles)混合物。
泄漏(1eakage)是指具有负面作用的质量迁移。
被密封的流体通常以三种形式泄漏：穿漏、渗漏和扩散。
穿漏是在压力差(differential pressure)作用下通过密封间隙引起的质量迁移(包括漏出和漏入)。
渗漏(seepage)是在表面张力(surface tension)作用下通过密封件材料的毛细管的质量迁移。
扩散(diffusion)是在浓度差(differential concentration)作用下通过密封间隙的质量迁移。
流体密封装置(或密封)是流体机械、工艺设备、液压设备、管道和阀门等的重要组成部份。
其主要作用有：维持设备的正常工作条件，如高压、高真空等；保证设备及人身的安全；消除或减轻环境污染；防止或减少物料和能源的消耗．提高设备的效率。
流体密封是机械设备的易损性、关键性和基础性零部件。
密封件虽然不大，但往往能决定机器设备的安全性、可靠性和耐久性。
例如：震惊世界的美国“挑战者”号航天飞机的失事原因就是由橡胶密封圈的失效引起的：改进航空发动机的密封可提高其效率2～3个百分点；在石油化工透平机械上采用干气密封(dry gas seals)．是革命性的进步，大大提高了高速透平机械工作的经济性、可靠性和耐久性流体密封技术的主要应用领域流体密封虽然只是机器和设备的一个零部件，但其应用范围极其广泛，几乎囊括了工农业生产和人们日常生活的各个方面，凡是需要将两个流体参数不同的腔体隔离的地方都需要流体密封。
流体密封技术在工程的作用及进展
流体密封技术在工程的作用及进展首先，流体密封技术在机械工程中的应用非常广泛。
例如，在液压系统中，流体密封技术能够确保工作液体不泄漏，从而确保系统的工作效率和性能。
在汽车发动机中，流体密封技术能够保持各种液体的循环运输，确保发动机的正常工作。
此外，流体密封技术还广泛应用于各种机械设备中，如泵、压缩机、减速器等，确保设备的正常运行和零部件的寿命。
其次，流体密封技术在化工工程中也扮演着重要的角色。
在化工生产过程中，大量的液体和气体需要进行输送和转运，因此流体密封技术能够确保化工设备的正常运行和化工生产的安全性。
例如，在化工反应釜中，流体密封技术能够有效地防止反应物和产物从容器中泄漏，并且能够控制反应环境的温度和压力。
此外，流体密封技术在能源工程中也有广泛的应用。
例如，在核电站中，流体密封技术能够确保核反应堆中的冷却剂不泄漏，从而保证核电站的安全性。
在石油和天然气开采中，流体密封技术能够确保各种管道和设备的密封性，防止油气的泄露和污染环境。
流体密封技术还适用于太阳能和风能等可再生能源的领域，确保能源设备的高效和持久运行。
随着科技的不断进步和工程领域的发展，流体密封技术也在不断进步和创新。
首先，材料的发展使得流体密封件的性能得到了提高。
新材料的应用能够提高密封件的耐磨性、耐腐蚀性和密封性能，使得密封件在高温、高压和腐蚀介质中具有更好的性能。
其次，制造工艺的改进使得流体密封件的制造更加精密和高效。
现代的制造工艺，如数控加工和先进的检测技术，使得流体密封件能够实现更高的精度和质量控制。
此外，新的密封结构和设计也得到了发展，以适应不同的环境和工程需求。
总之，流体密封技术在工程中具有重要的作用。
它能够确保液体和气体不泄漏，并使系统的工作效率和性能得到提高。
随着科技的进步，流体密封技术也在不断创新和进步，以适应越来越高的要求和需求。
这将进一步推动工程领域的发展，并为各种工程应用提供更加可靠和高效的解决方案。
磁性流体密封及基发展现状
磁性流体密封及基发展现状磁性流体密封是一种新型的密封技术，通过磁力场作用于磁性流体，使其在轴向方向上生成密封效果，可以替代传统的机械密封，具有广泛的应用领域和前景。
本文将介绍磁性流体密封及其基发展现状。
一、磁性流体密封的基本原理磁性流体密封是一种基于磁力作用的密封技术，其基本原理是通过在被密封部位的磁环周围施加磁场，使被密封的物质与磁性流体形成一定的密封效果。
磁性流体是由含有磁性颗粒的液体组成，当外加磁场时，液体中的磁性颗粒会在磁场的作用下发生取向，磁性流体将表现出更高的粘度和黏度，从而能够形成有效的密封效果。
此外，磁性流体还具有防腐蚀、耐高温等优点，增加了其在实际应用中的可靠性和灵活性。
二、磁性流体密封的发展历程目前磁性流体密封技术已有数十年的发展历史。
在20世纪60年代初期，磁性流体这一新型物质被首次发现，引起了密封领域的广泛关注。
自此开始，磁性流体密封技术逐渐发展成为一种新型的密封技术，并在常规机械密封无法满足严苛运行条件下得到广泛应用。
至今，磁性流体密封技术已进入到实际应用中，出现了多种不同类型的磁性流体密封装置，包括单级磁性流体密封装置、双级磁性流体密封装置等，广泛应用于化工、旋转设备、泵类、风机类、压缩机类、轮机等领域。
三、磁性流体密封的发展现状随着磁性流体密封技术的不断发展，其在实际应用中也变得更加成熟和可靠。
目前主要集中在如何提高磁性流体密封的性能和可靠性、开发新的磁性流体密封材料、进一步降低密封系统的运行成本等方面；对于高压、高速、高温、腐蚀性介质等特殊条件下的应用，磁性流体密封的研究目前也在不断进行中。
近年来，随着纳米技术和微电子技术的不断发展，在磁性流体密封技术领域中也出现了新的研究方向和技术趋势。
例如，将纳米材料用于磁性流体密封材料的制备，可以提高材料的稳定性和耐高温性能。
另外，利用微电子技术和智能控制技术，磁性流体密封系统还可实现实时监测和自动控制，提高了其在实际应用中的可靠性和安全性。
石化装备论坛——流体密封技术
标 除 了满 足最具挑 战性 的用 户需 求以 外 ，相 关的安 全 和 环保标准要求也 受到 了充分 的重视 。结合 了Ｓ Ｐ Ｏ ＥＲ
￣ ＭＯ Ｎ ＮＯＢ ＯＣ Ｌ 技术 的Ｉ ＮＯＶＩ 干气密封检测与控制系 Ｔ 统就是针对碳氢化合物 和石 化应用场合而设计的先进产 品。该系统具有了远程监控 的能 力。目前 国内的石化用 户在线监控的重点是机组运行的相关物理量 ，没有对密 封 产品运行 的参数 进行再 线监控 。随 着网络 技术 的发 展 ，使重要机泵群 密封 产品鸿 先生 ：我们 已经 成功地 和 中国著名 的沈鼓
集团以及其他压缩机与泵的生产厂家合作了多年 ，在兰 州乙烯 、茂名乙烯 、海南炼油、惠州炼 油和 即将投产的
青岛炼油等重特大项 目中成功地应用了许 多关键密封产 品和技术 ，受到了用户的欢迎和好 评。 目 ，在压缩机 前 用干 气密 封方面 ，约翰 克兰 公司 已经被 中石化和 沈鼓
技术设备提供商以及石化企业的资深工程师为大家讲述最新的密封技术和我国石化企业 目 前密封技术的情
÷ 。 ｜ 。
一
、
密封技术
设计和 制造提 出了更高 的要 求。特别是对材料的选择也
随 着 市 场 需 求 不 断 的增加 和扩 大 ， 中 国的石化 、煤 化 、 电力等 行业 正在 以前 所 未有 的速 度持续 增 长 。在 西 气东输 和煤
材料受Ｐ 值的影 响 ，在 高参 数工况下 ，稳定性和 可靠 Ｖ
性 大大降低 ，甚至寿命 只有几个 月。 干 气密封是 一种 新型 气体润 滑机 械密封 ，它利 用
流体动 压原理 实现 端面 的非接 触运行 。 由于 非接 触运 行 ，因此密 封摩擦副 材料基本 不受Ｐ 值 的限制 ，特别 Ｖ 适合作 为高 速 、高压设 备的轴 封 。与普通机 械密 封相 比 ，干气密封具有许 多明显优势 ： １ 无磨 损、寿命长 、运行稳定可靠 。 ） ２ 功耗低 ，节约能源 。 ）
流体密封-02-01-03-预习
02
流体密封材料
橡胶材料
天然橡胶
具有良好的弹性和耐屈挠性能， 适用于动态密封。
合成橡胶
如丁腈橡胶、氟橡胶等，具有优 良的耐油、耐腐蚀和耐高温性能 。
聚四氟乙烯材料
低摩擦系数
聚四氟乙烯具有极佳的润滑性能，摩擦系数低。
耐腐蚀性
对大多数化学介质具有良好的耐腐蚀性，能抵抗各种酸、碱、盐等介质。
金属材料
流体密封-02-01-03-预习
• 流体密封简介 • 流体密封材料 • 流体密封类型 • 流体密封应用 • 流体密封发展趋势与挑战
01
流体密封简介
流体密封的定义
• 流体密封：指通过某种方法或装置，使流体在管道、阀门、泵 等设备中保持一定的压力和流量，防止流体泄漏或外界杂质进 入设备内部的一种技术。
动态密封通常采用机械密封、填料密封、浮动密封等方式，要求密封材料具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等 特性。
动态密封的设计和安装需考虑运动部件的转速、压力、温度等因素，以及密封材料的摩擦磨损性能和润 滑条件。
接触式密封与非接触式密封
接触式密封是指密封面直接接触的密封方式，如机械密封。这种密封方式具有较 高的密封性能，但摩擦磨损较大，适用于高转速、高温、高压等苛刻条件。
未来流体密封的研究方向
新材料与新工艺研究
01
研究新型密封材料和加工工艺，提高密封材料的性能和可靠性。
密封结构设计优化
02
优化密封结构，降低流体泄漏和摩擦磨损，提高密封寿命和可
靠性。
智能化与监测技术研究
03
研究智能化密封技术和监测技术，实现实时监测、预测性维护
等功能，提高设备运行效率和安全性。
THANKS
不锈钢
具有优良的耐腐蚀性和机械强度，常用于高温高压密封。
磁性流体密封技术
■磁性流体密封技术磁性流体密封技术是在磁性流体的基础上发展的，当磁性流体注入具有磁场的间隙中时，它可以充满整个间隙，成为一种液体“O型密封圈”。
磁性流体真空进给装置是一种把旋转运动传入真空容器的装置，其基本构成为一个永久磁场，两个磁极，一个磁性转动轴和磁性流体。
传动轴是一个多级结构，由磁极和转轴组成。
在每级环形间隙中，充满了磁性流体。
在理想状态下，所有磁性流体密封在每一级极间与磁极之间，形成一系列的“磁性流体密封圈”。
每级“磁性流体密封圈”能随的压差0.15-0.2个大气压，整个区域的随能力为密封圈子总的承压能力，为适应真空环境，磁性流体密封圈标准设计压力大于两个大气压，所以说是绝对安全的。
Magnetic fluid Sealing TechniqueSealing techniques of magnetic fluid take advantage ofresponse of Magnetic fluids. When a Magnetic fluid is placed intoa gap between the surfaces of rotating and stationary elementsin the presence of magnetic fluid, it assumes the shape ofa"Liquid O-ring" to comple电话y fill the gap.The magnetic fluid vacuum rotary feed through is a device thattransmits rotary motion into a vacuum chamber. The basiccomponents are permanent magnet, two pole pieces, a magneticallypermeable shaft and Magnetic fluid. The shaft (of pole pieces)contains a multistage structure, completed bye the pole pieces and the shaft, concentrating magnetic flux in the radial gap under each stage. In the ideal situation, all flux lines are confined under each stage, and none are in interstate region. The magnetic fluid is trapped andheld in each-stage, forming a series of " Liquid Oring" with intervening regions that are filled with air. Each stage can typically sustain a pressure differential of 0.15-0.2 atmospheres. All stages act in series to provide a total pressure capability for the seal. For vacuum applications Magnetic fluid seals are normally designed to sustain a pressure differential of greater than two atmospheres, thus allowing a safety margin.■特性密封圈特性：磁性流体包围整个转轴，成为一隔绝空气，水气，烟雾等元素的密封圈，几乎无泄漏的特性，密封圈的泄漏微弱到已无法测量，甚至使用质谱仪也无法测量（1*10-11Torr/e/sec）Hermetic sealing: The Magnetic fluid surrounding the shaft provides a hermetic seal against gas, vapor, mist and other contaminants.长寿命特性："液体O型密封圈"由一个稳定的磁性流体构成，其装置可长期使用10年无需维修。
流体密封技术总结
1.刷式密封最初研制的刷式密封用于军用飞机的发动机。
刷式密封由牢固地固定在一个后板和侧板之间的浓密排列的金属丝鬓毛组成。
鬓毛径向向内伸展，将其末端加工以适合转子表面，为了适应转子的径向运动，鬓毛沿轴旋转方向布置成450倾角。
当发动机变热时，鬓毛与转子表面轻微软接触，其弹性能使其追踪转子的径向偏移。
在下游侧，后板限制鬓毛因压力导致的挠曲，通常在冷发动机上，鬓毛的尖端恰好离开转子，且其间隙恰好在运行中通过热膨胀和/或压力闭合。
转子与后板之间的间隙时确定刷式密封压力能力的一个关键参数，此间隙必须保持最小，但又大到足以在任何运行条件下避免接触转子。
实验表明一个精心设计的刷式密封的气体泄漏率不大于更大的传统迷宫密封泄漏率的20%。
实验室试验和飞行经验表明径向偏移在0.5mm以下的刷式密封能在0.3MPa压力、100m/s转子线速度和5000C气体温度下工作。
一般的地，最小间隙30μm的浮动衬套密封的气体泄漏量预计最多为精心设计的刷式密封泄漏率的一半，或者低于迷宫密封的泄露量的15%。
从原则上看，浮动衬套又向低泄漏气体密封迈进了一步，但由于在控制窄间隙密封方面的困难，特别是在发动机转速和温度处于瞬变情况下，这一潜力还难以实现。
看来将来在军用和商用飞机气轮发动机中，传统的迷宫密封将逐渐被刷式密封代替。
2、气膜密封是一个薄的稳定气膜将密封端面分开，然而，气体黏度低需要更强大的流体动压机构来产生使端面脱离实际接触所需的压力，并提供抵抗瞬间载荷变化的必需的刚度。
把膜控制气体密封应用于现在飞机气轮机上，将提高发动机的总功率，因为在发动机的许多部位都需要把高度压缩的气体的泄漏率减到最小，此外，极热的空气过量流入轴承腔会招致着火的危险。
在现代喷气发动机内，在某些密封部位的条件是特别严峻的：空气压力可高达3.5MPa，温度为6500C，滑动速度范围可达250m/s。
在未来的开发品中设想甚至更高速度和温度，也许500 m/s和750~8000C。
流体密封技术串讲PPT课件
方法——来自于ASME推荐的“具有环形垫 片的法兰连接的计算规范”，我国GB15098《钢制压力容器》中“法兰”一节。 基于泄漏率的设计新方法PVRC。
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13
高压密封
§3-7 强制式密封
高压密封的特点 高压密封的分类 3.7.1平垫密封 3.7.2卡扎里密封
改良的卡扎里密封
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14
§3-8 自紧式密封
密封机理
研究问题
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41
§6-4 螺旋密封
6.4.1螺旋密封的结构 6.4.2螺旋密封的工作原理 6.4.3螺旋密封的封液能力
§6-5 停车密封
6.5.1离心式停车密封 6.5.2压力调节式停车密封 6.5.3气膜式停车密封
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42
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26
本章了解的知识点： 机械密封的各种形式 机械密封的其他零件及材料 机械密封的循环保护 典型结构
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27
§5-1 机械密封的工作原理
5.1.1机械密封的基本结构 机械密封的组成 5.1.2机械密封的工作原理 机械密封的工作原理 机械轴封的三个密封点
– 机械搅拌通风发酵罐结构动画演示 – 机械搅拌通风发酵罐轴封的动画演示 – 机械密封装配过程动画演示
§4-3 硬填料密封
§4-4 成型填料密封
§4-5 油封
本章重点：
阀门软填料密封的结构、工作原理
软填料密封的泄漏
软填料密封的异常磨损
活塞环密封
O形圈
V形圈
可编辑课件
18
本章了解的知识点： 活塞杆填料密封 其他挤压型密封圈 其他唇形密封圈 油封
流体密封技术在工程的作用及进展
PI FO FI
工艺气去火炬
火炬 放空
氮气去大气
干气密封的气体调节单元 －GCU设计
压缩机状态：运行中 正常运行中，气体正向流动
外部气体
过滤器
工艺气体
FI
过滤后的工艺气体
FI
压缩机出口处的工艺气体
压缩过程使工艺气温度超过露点
压缩机状态：停车 停车时，没有密封气流动
C2
kVL
e D
C1
（3）碳环密封
浮环密封及其发展
（1）浮环密封
（2）TBS 密封
（3） 螺旋浮环密封
高压氢气15.7-17.4MPa(扬子芳烃)
3. 机械密封及其发展
（1） 高速机械密封
（2）油膜螺旋槽密封
干气密封典型结构
静环 (碳石墨) (Cranite 2000)
弹簧座
(410 S.S.)
在表面张力（Surface Tension）作用下通过毛 细管引起的渗漏（Seepage ）
在浓度差（Differential Concentration）作用下 引起的扩散（Diffusion）
2. 流体密封的作用及重要性
（1）作用
维持设备的正常工作条件（如高压、高真空等） 保证设备及人身的安全 防止或减轻环境污染 防止或减少物料和能源的消耗，提高设备的效率
机械密封 Mechanical / Face Sealing /Seals
干气密封 Dry (Running) Gas Seals （气体润滑的非接触式机械密封）
离心密封 Centrifugal Seals 螺旋密封 Helical /Screw Seals
迷宫螺旋密封 Labyrinth Helical Seals （双螺旋）
流体密封技术
比: Kn = λ / r(λ—;气体分子平均自由程；r — 当量半径)
[CHAPTER2]
1. 雷诺数【2300~ 4000】 （Kn＜0.01 粘性流 Kn＞1 分子流 0.01＜Kn＜1 过渡流）
2. 稳定定常流动方程： ∂ ( ρ u ) + ∂ ( ρ v ) = 0
∂x
∂y
3. 摩擦表面几何形状由表面粗糙度、表面波度和表面形状误差（如机械密封端面平直度）
一般 4～5 圈填料足够了
22. （*简答*）软填料密封存在问题的改进措施：（1）采用填料的组合使用（2）对填料预
压成型（ 填料经过预压缩后，与未经预压缩的相比，装入填料函后其径向压力分布比较均
匀合理，密封效果提高）（3）采用新型密封填料——泥状混合填料
23. （*简答*）改进密封结构措施：（1）改进径向压紧力的结构；（2）自动补偿的软填料密
注：因高压设备的高压空间十分宝贵，所以密封结构应尽量少占用高压空间。 12.按密封垫片受力情况，高压密封可分为： v (1)强制式密封：完全靠外力(如螺栓)对垫片施加载荷实现。如平垫密封、卡扎里密封、 透镜垫密封。 v (2)自紧式密封：主要利用介质的压力对垫片施加载荷。如“C”形环密封、“O”形环密 封、三角垫密封、楔形垫密封、伍德密封。 v (3)半自紧式密封:上述两种方法兼而有之者，则称为半自紧式密封。如双锥环密封、八角 垫、椭圆垫 13 软填料密封结构组成：填料，转轴，填料函，压盖，液封环
流体密封基本理论和基本知识
• 1.4 流体密封技术的发展
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。
• 重点：揭示泄漏方式 、成因、特点及泄漏量的计算公式。
• 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
• 波纹管。
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。
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
流体密封
可控机械密封（螺旋槽干气密封）
PL4 LAr pump
迷宫密封（非接触式密封）
•又称为梳齿密封
迷宫密封特点
•流体多次经过密封室和曲折的通道的收缩
产生节流作用。
•绝热膨胀过程，气流压力和温度下降。 •在密封室内降速。 •空腔内形成强烈漩涡。 •动能转换为热能。
迷宫密封（径向非接触式密封）
PL4 LO2 pump
ACD PUMP MECHANICAL SEAL
金属波纹管
机械密封使用中的问题
•耐久性：1.选择合适摩擦副（动静环）材
料，PV值。 2.压力限：密封面尽可能处于 润滑膜状态。3.速度限（a.转速降低到一定 限度会使密封的摩擦状态发生改变，使液 体或混合润滑过渡到边界摩擦或干摩擦。b. 转速过高密封面会产生很大热量，造成液 膜气化或局部气化而产生汽蚀）。
•
固定 间隙 密封
流体 静压 型
缝隙 密封
迷宫 密封
节流套 （环）
梳齿
阻尼器
流体流体动压 （反输）
口环密封、底套 密封、衬套密封
直通、错列、斜 齿
石墨环 螺旋密封 叶轮密封
轴向端面机械密封 （机械密封）
•1885年英国最早出现第一个机械密封专利。 •我国在60年代初在兰州炼油厂广泛使用机
械密封，后来自行研制。
•目前，85％的炼油机泵使用机械密封。
机械密封原理
•是靠弹性元件对动、静环端面的预紧和介
质压力与弹性元件压力的压紧来达到密封 的轴向旋转密封装置。
•密封端面形成气膜、液膜。
机械密封基本构成（主要元件）
•静环 •动环 •弹性元件 •辅助密封 •传动件 •防转件 •紧固件
机械密封基本类型
流体动密封
H
流体密封按运动方式分
①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(rotating seals) 、往复密封(reciprocating seals)、复合运动密封 (complex moving seals)等。
H (二)、硬填料密封
• 分瓣环：圆柱面接触型动密封，故又称为圆周密封。 ➢ 应用： ✓ 作旋转动密封，广泛用于汽轮机、航空发动机中； ✓ 作往复动密封，用于蒸汽机、内燃机、活塞式压缩机(活
塞杆与气缸间的填料密封)中。 ✓ 工作压力可达50MPa，工作温度达400℃，最高线速度
达110m／s。
H (二)、硬填料密封
H
应力特征：径向应力分布
a (x) g exp( x) ri (x) K1 a (x) K1 a (x) exp( x) ro (x) K2 a (x) K2 a (x) exp( x)
H 流体压力分布
ri (L) K1 a (L) exp(L) r o ( x) K2 a ( x) exp( L) a ( x) g exp(L) g p exp(2 L) / K 1
(一)、活塞环 (二)、活塞杆填料密封 (三)、无油润滑活塞环、支承环及填料
H
活塞环
• 活塞式压缩机和活塞式发动机中主要易损件之一。
• 功能：
➢ 密封气缸工作表面和活塞之间的间隙，防止气体从压缩容积 的一侧漏向另一侧。
➢ 在活塞往复运动中还在气缸内起着 “布油”和“导热”的 作用。
H
• 带开口的圆环,在自由状态下，其外径大于气缸内径，装入气 缸后直径变小，仅在切口处留下一定的热膨胀问隙，靠环的
流体密封技术——原理及应用
流体密封技术——原理及应用一、流体密封的原理流体密封的原理可以概括为两个方面，一是根据流体的压力原理，利用密封件与被密封物之间的接触面积和压力差产生密封效果；二是根据流体分子间的黏性和表面张力，利用密封件与被密封物表面的接触形成附着力，从而实现密封效果。
具体地说，流体密封的原理包括以下几个方面：1.压力密封原理：在管道、设备和机械部件的连接处，通过设计和制造密封结构，使气体或液体在高压作用下不泄漏或少泄漏。
2.润滑密封原理：液体或润滑油通过分子间的黏性和表面张力，填充密封结构的间隙，形成润滑膜，以降低摩擦和磨损。
3.机械密封原理：通过压盖、垫圈、O型圈等制造出密封结构，实现对液体或气体的封闭和控制。
4.真空密封原理：利用真空环境下的低压差，通过各种密封结构，有效隔离外界环境和内部气体或液体。
二、流体密封的应用1.机械设备：流体密封技术在各种机械设备中都有广泛应用，如泵、压缩机、气动机械、离心机等。
通过优化密封结构和选择合适的密封材料，可以实现机械设备的高效运行和长寿命。
2.汽车制造：流体密封技术在汽车制造中起到重要作用，如发动机密封、变速器密封、液压系统密封等。
优良的密封性能能够保证汽车各种液体的正常运行和防止泄漏。
3.石油化工：石油化工行业对流体密封技术要求极高，如石油管道密封、储罐密封、阀门密封等。
流体密封技术的应用可以保障生产安全，减少能源和资源的浪费。
4.航空航天：航空航天领域对流体密封的要求更为严格，如航空发动机密封、润滑系统密封等。
优异的密封性能可以确保航空器的正常运行和飞行安全。
三、流体密封技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，流体密封技术也在不断创新和改进。
1.高温高压密封：随着工业生产的发展，对高温高压环境下的密封要求越来越高。
因此，未来的流体密封技术需要具备高温高压的耐受性和稳定性。
2.超低泄漏密封：对一些环境和设备来说，泄漏率需要控制在极低的范围内，以确保环境安全和设备性能。
流体的密封和密封装置
流体的密封和密封装置密封是指阻止流体从封闭系统中泄漏或外部物质进入系统的技术措施。
在工业生产中，密封问题一直都是一个重要的研究领域。
流体的泄漏可能导致能源浪费、环境污染、设备损坏等不良后果，因此，密封技术的发展对于提高生产效率、保护环境和确保设备安全运行具有重要意义。
一、密封的原理要实现流体的密封，我们需要理解密封的原理。
主要有以下几种原理：1.接触型密封原理接触型密封是通过两个相对运动的接触面之间的接触压力来实现的。
常见的接触型密封装置包括O型圈、活塞环等，它们能够在接触面上形成摩擦密封，阻止流体泄漏。
2.非接触型密封原理非接触型密封是通过流体与密封装置之间产生的压差来实现的。
利用压差，可以有效地阻止流体泄漏。
常见的非接触型密封装置有密封垫片、旋转密封等。
3.组合型密封原理组合型密封是将接触型密封和非接触型密封相结合，以达到更好的密封效果。
通常通过组合不同的密封装置，形成多层次的密封体系来实现。
二、密封装置的分类根据不同的应用领域和具体要求，密封装置可以分为多种类型。
以下是其中的一些常见分类：1.静态密封装置静态密封装置是指不需要进行相对运动，只需阻止流体泄漏的密封装置。
例如管道连接密封、法兰密封等。
静态密封装置通常采用接触型密封原理。
2.动态密封装置动态密封装置是指需要进行相对运动的密封装置，如活塞密封、轴承密封等。
动态密封装置常采用组合型密封原理，结合接触型密封和非接触型密封。
3.静动密封装置静动密封装置是指需要同时具备静态和动态密封功能的密封装置。
例如汽车发动机的密封装置，既需要在运动过程中保持动态密封，又需要在静止状态下保持静态密封。
三、密封装置的材料选择密封装置的材料选择是确保密封效果的关键因素之一。
根据流体的性质、工作环境的温度和压力等条件，合理选择材料可以提高密封装置的密封性能和使用寿命。
常用的密封材料包括橡胶、金属、塑料、陶瓷等。
四、密封技术的发展趋势随着工业技术的不断进步，密封技术也在不断创新和发展。
流体密封技术
流体密封技术1. 简介流体密封技术是一种用于防止流体泄漏的技术，广泛应用于各个领域，包括工业制造、能源、交通运输等。
它在保证设备正常运行和提高工作效率方面起着重要作用。
本文将详细介绍流体密封技术的原理、分类、应用以及未来发展趋势。
2. 原理流体密封技术的基本原理是利用密封件将流体隔离并防止泄漏。
其主要包括以下几个方面：2.1 密封件选择根据不同的工作环境和要求，选择合适的密封材料非常重要。
常见的密封材料有橡胶、塑料、金属等，每种材料都具有不同的特性和适用范围。
例如，在高温环境下，金属密封件更加耐用可靠；而在化学腐蚀性较强的介质中，塑料密封件更能保持良好的密封性能。
2.2 密封形式根据不同的应用场景和需求，流体密封技术可分为静态密封和动态密封两种形式。
•静态密封：主要用于静止不动的部件之间，如管道连接处、容器盖等。
通过选择合适的密封材料和结构，实现对流体的有效隔离。
•动态密封：主要用于运动部件之间，如活塞与缸体、阀门与阀座等。
需要考虑到摩擦、磨损等因素，并采取相应的措施，确保在运动过程中保持良好的密封性能。
2.3 密封力学流体密封技术涉及到一系列力学原理，包括压力平衡、摩擦力、弹性变形等。
通过合理设计和优化结构，可以提高密封件的耐压能力、减小摩擦损失、延长使用寿命。
3. 分类根据不同的工作原理和结构特点，流体密封技术可以分为以下几类：3.1 压缩型密封压缩型密封是利用预加载或应变使得密封件与被连接部件之间产生压力而实现有效隔离。
常见的压缩型密封包括垫片、O型圈等，适用于静态密封和低速动态密封。
3.2 液体密封液体密封是利用液体的黏性和表面张力形成一层薄膜，阻止流体泄漏。
常见的液体密封技术有油封、油气分离器等，适用于高速旋转轴承、液压系统等。
3.3 气体密封气体密封是利用气体的压力差形成一道阻隔层，阻止流体泄漏。
常见的气体密封技术有干燥气密封、气动密封等，适用于高速旋转设备、真空系统等。
3.4 动态密封动态密封是在运动部件之间实现有效隔离。
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28 硬填料密封：是依靠填料的弹性结构和流体压力作用，使密封环与轴紧密贴合，以达到 节流阻漏的目的 29 硬填料密封组成：（1）开口环（用于活塞式机器中称为活塞环；用于旋转机器中称为涨 圈）（2）分瓣环（圆周密封可用作旋转动密封用于汽轮机、航空发动机中；又可用作往复动 密封，用于蒸汽机、内燃机、活塞式压缩机） 30 活塞环的密封是依靠阻塞为主兼有节流来实现的 31 （*简答*）活塞环密封的用途：（1）密封气缸工作表面和活塞之间的间隙，防止气体从 压缩容积一侧到另一侧；（2）在活塞的往复运动中，它还在气缸内起着“布油”和“导热” 作用。 32 成型填料密封原理：依靠填料本身受到机械压紧力或同时受到介质压力的自紧作用下产 生的弹塑性变形而堵塞流体泄漏通道的 33. （*简答*）O 形密封圈特点：
（1）有较好的弹性和塑性。
（2）有一定的强度，使填料不至于在未磨损前先损坏。
（3）化学稳定性高。
（4）不渗透性好。
（5）导热性能好，易于迅速散热，且当摩擦发热后能承受一定的高温。
（6）自润滑性好，耐磨损，并且摩擦系数低。
（7）填料制造工艺简单，装填方便，价格低廉
21 填料环数不易过多，因为散热困难。实际上起密封作用的仅仅是靠近压盖的几圈填料，
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[CHAPTER1] 1. 密封可分为静密封和动密封两大类：（具体分类见最后一页） 2. 静密封：机械设备运动副相对静止的结合面，如管道连接、压力容器以及传动装置等的 接合面间的密封称为静密封。 (1)静密封主要有： a) 垫片密封 b) 胶密封 c) 法兰密封 根据工作压力，静密封又可分为:
（2）泄漏率随垫片厚度增加而减小，当 t 超过 3mm，曲线趋向一极小值。 8.垫片尺寸的选择原则：
（1）尽可能选薄的垫片。（2）尽可能选窄的垫片。（3）不要让垫片的内径伸进管道内， 也没有必要过分增加垫片的外径。 9.法兰密封面：平面、凹凸面、榫槽面、锥形面、平面沟槽、梯形槽、透镜式密封面等 垫片结构尺寸（Dgo , Dgi ,δ）：垫片实际宽度：N=(Dgo-Dgi)/2；垫片密封基本宽度:b0=N/2
比: Kn = λ / r(λ—;气体分子平均自由程；r — 当量半径)
[CHAPTER2]
1. 雷诺数【2300~ 4000】 （Kn＜0.01 粘性流 Kn＞1 分子流 0.01＜Kn＜1 过渡流）
2. 稳定定常流动方程： ∂ ( ρ u ) + ∂ ( ρ v ) = 0
∂x
∂y
3. 摩擦表面几何形状由表面粗糙度、表面波度和表面形状误差（如机械密封端面平直度）
软填料密封优点： 结构简单 加工方便拆装容易 价格便宜 使用范围广 缺点： 摩擦和磨损较大，材料和功率消耗大
14. 迷宫效应:由于加工等原因，轴表面总有些粗糙度，其与填料只能是部分贴合，而部分 未接触，这就形成了无数个不规则的微小迷宫。当有一定压力的流体介质通过轴表面时，将 被多次引起节流降压作用，这就是所谓的“迷宫效应”，正是凭借这种效应，使流体沿轴向 流动受阻而达到密封。 15 轴承效应:填料与轴表面的贴合、摩擦，也类似滑动轴承，故应有足够的液体进行润滑， 以保证密封有一定的寿命，即所谓的“轴承效应” 16*简答* 软填料密封泄漏途径： A 流体穿透纤维材料编织的软填料本身的缝隙而出现渗漏 B:流体通过软填料与填料函内壁之间的缝隙而泄漏 C:流体通过软填料与运动的轴（转动或往复）之间的缝隙而泄漏
三部分组成。
名义接触面积 An：宏观几何尺寸所决定的面积。 轮廓接触面积 Ac：两物体在外载荷作用下相互挤压时，接触斑点将出现在表面的波峰上， 轮廓接触微元面积的总和即为接触面积，其大小与轮廓形状及所受载荷有关。
实际接触面积 Ar：由微突体接触变形区域所形成的面积之和 4. 动压流体润滑三个必备条件：摩擦面间存在收敛间隙、粘性流体、相对运动
5. 预紧比压 y：预紧（无内压）时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件，
此时垫片所必需的最小压紧载荷，也称最小压紧应力。（y 值是密封垫的固有值，只与密封 垫本身的材料、形状有关，而与介质的种类及内压的大小无关）
6. 垫片系数 m：是指操作(有内压)时，达到紧密不漏，垫上所必须维持的比压与介质压力
1. 垫片密封典型结构：连接元件（如法兰）+ 垫片+紧固件（螺栓、螺母）
2. 垫片密封泄露方式：界面泄漏 渗透泄漏 吹出泄漏
3. 按密封垫片受力情况，可分为：
（1）强制式密封：完全靠外力(如螺栓)对垫片施加载荷实现。
（2）自紧式密封：主要利用介质的压力对垫片施加载荷。
（3）半自紧式密封：上述两种方法兼而有之者，则称为半自紧。
17. *简答* 软填料密封工作原理：
填料密封是首先将某种软质填料 1 填塞在轴 2 与填料函 3 的内壁之间，然后预紧压盖 4 上的螺栓，使填料沿填料函轴向压紧，由此产生的轴向压缩变形引起填料沿径向内外扩胀， 形成其对轴和填料函内壁表面的贴紧，从而阻止内部流体向外泄漏。 18 *简答* 软填料密封的应力特征： 径向压紧力的分布如图(b)所示，由外端(压盖)向内端，先是急剧递减后趋平缓 介质压力的分布如图 (c)所示，由内端逐渐向外端 递减，当外端介质压力为零时，则泄漏很少； 大于零时，泄漏较大。 结论：填料与轴，填料与填料函之间的径向应力在压盖处 最大，并以指数规律向填料函底递减。 （2）填料预紧后的径向接触应力与泄漏流体压力的分布 规律恰恰相反。
4. 按操作压力分：低压密封、中低压密封、高压密封和超高压密封。
低压密封：（ P＜1.568MPa）； 中低压密封：（0.098＜P＜9.8MPa(绝压)
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高压密封：（9.8＜P＜98MPa）； 超高压密封：（P＞98MPa）
封结构（3）加强与改善散热、冷却和润滑；（4）采用浮动填料函的结构
24.如图在轴的运转过程中，泥状混合填料由于分子
间吸引力极小，具有很强的可塑性，可以紧紧
缠绕在轴上，并随轴同步旋转，形成一个“旋
转层”；随着“旋转层”的直径逐步增大，轴
对纤维的缠绕能力逐步减小，没有与轴缠绕的
填料则与填料函保持相对静止，形成一个“不
5. 润滑分为流体润滑和非流体润滑两种
6. 依流体润滑油膜压力形成的方式不同，将流体润滑分为流体动压润滑、流体静压润滑和
弹性流体动压润滑三大类
7. 磨损不仅是材料消耗的主要原因，也是影响机器使用寿命的主要原因
8. 磨损主要形式：粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损
Hale Waihona Puke 【Chapter3】装简单，维修时可在线修复，降低了劳动强度；不需要冲洗和冷却；轴功率损耗小，只有普
通软填料密封的 22%左右
27 摩擦：填料密封的摩擦与压盖压力、运行时间、根数和轴表面的粗糙度有关。摩擦力与
填料的径向力成正比，但随着运行时间的增长、压紧力会松弛，因而摩擦力会减小。
d
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习题 工况：设计压力 p=7Mpa，设计温度 t=100℃ 垫片材料：金属缠绕片 垫片结构尺寸：Dgo=485，Dgi=261，N=12 垫片特性参数: m=2.5，y=69Mpa 螺栓：M29，20 个，Q235-A,[σ]b=[σ]b100=94Mpa 试校核螺栓的强度 11 高压设备的密封特点:(采用金属垫片 采用窄面密封 尽可能采用自紧密封)
动层”，如上图所示。这样在泥状混合填料中
间形成一个剪切分层面，而不是填料与轴之间
25 泥状混合填料是一种新型的密封填料，它由纯
合成纤维、高纯度石墨或高分子硅脂、聚四氟
乙烯、有机密封剂进行混合，形成一种无规格
限制的胶泥状物质
26（*简答*）泥状混合填料密封的特点：无泄漏，密封可靠，对轴（或轴套）无磨损；安
的比值。m 的大小反映了该垫片在实际工况下实现密封的难易程度，是设计、选择密封垫
的重要参数，保证密封的必要条件是：σ g > mp i m = σ g 0 p i
7. 垫片尺寸：垫片接触面的 宽度 与 厚度 。它直接影响密封件的密封性能
由图知：（1）垫片宽度在一定范围内，泄漏率随垫片宽度增加而呈线性递减；当垫片宽度 超过某一定值时，泄漏率基本不变，仅与介质压力有关；
垫片有效密封宽度: 若bn ≤ 6.4,则b = b0 ;若b > 6.4,则b = 2.53 b0
垫片接触面的平均直径: b0 ≤ 6.4, DG = (Dgo + Dgi ) / 2;若b0 > 6.4, DG = Dg0 − 2b
10.螺栓载荷*计算*
操作工况下的最小螺栓载荷 Wm1 预紧垫片需要的最小螺栓载荷 Wm2 最小螺栓面积 Am 螺栓数目及直径 例一： 工况：设计压力 p=1Mpa，设计温度 t=250℃ 垫片材料：石棉橡胶板 垫片结构尺寸：Dgo=1054，Dgi=1010，δ=3 垫片特性参数: m=2，y=11Mpa 螺栓：M36，20 个，Q235-A,[σ]b=94Mpa，[σ]b250=74Mpa 试校核螺栓的强度