流体密封技术

（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，
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
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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ形状误差（如机械密封端面平直度）
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
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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:
a) 中低压静密封：常用材质较软、较宽的垫片密封; b) 高压静密封：采用材料较硬、接触宽度很窄的金属垫片密封 3. 动密封：机械设备运动副相对运动的结合面（如缸体与活塞、阀门的传动轴与阀体、传 动轴轴颈与静止的轴承端盖之间）间的密封称为动密封。动密封分为接触型密封和非接触型 密封两类 a) 接触式密封：接触式密封的密封性好，但受摩擦磨损限制，用于密封面线速度较低 的场合 b)非接触式密封：非接触式密封的密封性不稳定，适用于较高速度的场合。 4 .对密封的基本要求是：密封性好，安全可靠，寿命长，并力求结构紧凑，系统简单，制 造维修方便，成本低廉。 5. 克 努 森 准 则 的 定 义 是 ： 气 体 分 子 平 均 自 由 程 与 所 研 究 问 题 中 物 体 的 特 征 尺 寸 之
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
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
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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)
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
【Chapter3】
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；
a. 密封性好，寿命长。 b. 单圈就可对两个方向起密封作用。 c. 对油液、温度和压力的适应性好。 d. 动摩擦阻力小。 e. 体积小，重量轻，成本低。 f. 密封部位结构简单，拆装方便。 g. 既可做静密封也可做动密封。 h. 尺寸和沟槽已被标准化，选用和外购方便 34. （*简答*） O 形圈的密封机理：O 型密封圈是一种挤压型密封，挤压型密封的基本工 作原理是：依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面上造成接触压力，接触压力大于被密 封介质的内压则不发生泄露，反之泄露。
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。
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
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）
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
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。
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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
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。
σ 密封条件： g ≥ p exp(βL) / K1
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19 泄漏率 Q： Q 0
=
π D ∆ ph 12 η L
3 0
（其中 h0:间隙高度；△p：压差；L:填料安装高度）
20 *简答*：对软填料密封材料的要求：
（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
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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：