机械科学导论

机电工程学院

机械工程学科导论大作业

说说密封技术的缘起、发展与未来。试讨论密封技术从业人员应有的专业素质以适应未来海装行业发展的需要

-密封技术与现状

学号：S316

专业：机械工程

学生姓名：陈

任课教师：教授

教授

2016年12月

1 密封技术现状

1.1 橡塑密封[3-10]

1.1.1新材料和新工艺的应用

新材料和新工艺的应用推动了橡塑密封技术的快速发展，不仅使橡胶材料拥有

了良好的低摩擦性能，而且还使橡胶材料具有高强度等力学性能指标。特种工

程弹性体（ACM、ECO、FKM、HN等）在特殊工况下取代NBR等低性能耐油

橡胶；对橡胶表面进行低摩擦化改BR性处理，如喷涂 PTFE 氟塑料涂层或采用FEP（氟化丙烯）和PFA（全氟化合物）等氟塑料包覆橡胶来制造低摩擦、高

耐磨橡胶，提高产品耐介质性能（溶剂、强酸、强碱）以及抗压和耐温等级；

橡塑材料的极限化改性和纳米技术改性，可提升橡塑材料力学性能和赋予一些

特殊功能。与此同时，新材料和新工艺的应用也使工程塑料具有优良的摩擦学

特性、化学稳定性和耐温性能，主要包括：

(1)聚氨酯（PU）材料的高性能化：一是提高其高低温性能、压缩永久变形性能

以及耐介质性能。二是对PU 进行低摩擦化改性。

(2)聚四氟乙烯（PTFE）复合改性与应用：为了克服PTFE 的某些物理性能

方面的缺陷，采用 PTFE材料为基体与各种有机或无机填料复合，开发出适用

于不同应用情况下的产品。

(3)超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的应用：UHMWPE具有自润滑、耐磨损、耐冲击、耐溶剂、耐低温、不粘、憎水和卫生等优异性能，制造耐磨运输、设备衬里、机械零件。

1.1.2密封系统的新结构

(1)新型油封[6]：该油封由Simrit公司独家推出，配备有测试密封（旋转密封）

泄漏量的传感器，可用于设备泄漏的在线状态检测。

(2)EVD智能密封[7]：该密封由 Hunger公司独家推出。液压缸密封件磨损和变

形后，通过一个专用装置，调节密封件（弹性体）的内部压力，自动调整密封

件的压缩量，恢复密封功能。该结构可用于可靠性要求非常高的装备（如伺服

液压缸、水力液压缸），已经在大型水电站液压系统、海洋钻井平台等密封件

拆装十分复杂的场合得到应用。

(3) SETCO AirShieldTM密封[8]：采用新型SETCOAirShieldTM密封的主轴集成

了摩擦密封与迷宫式密封的优点。压缩空气切向送入固定前轴承座的循环槽，

与主轴一起构成一个封闭的迷宫。当空气在槽内环绕主轴流动时，类似于涡流

的运动会产生均匀的压力，散发流量均匀的气流。其与柔性密封唇结合，外泄

汽流会将污物从主轴，主要是轴承处吹走。

(4)聚四氟乙烯密封件结构创新：PTFE密封件衍生出许多新结构，应用于往复

密封、旋转密封和静密封。

(5)流体动力效应结构[9]：密封件的摩擦界面上开设流体动力螺旋槽，油膜

将受到槽的泵汲作用，避免了泄漏。如NOK-Freudenberg公司的新型低摩擦聚

氨酯Y型圈 LF300 内密封唇下部设计为波浪形摩擦界面，根部采用楔形倒角

（见下图），抗缝隙挤出能力强，具有储油能力强、摩擦力小、运转平稳和密

封能力强等特点，压力达到10MPa 时的摩擦力较同类 Y形圈要小得多。

图1 NOK-Freudenberg 公司的新型LF300密封

(6)计算机模拟仿真设计新结构[10,11]：通过采用有限元分析（FEA）和ANSYS 等商业软件，模拟应用条件下密封件的接触应力状态，通过结构参数调整消除边缘应力集中或应力峰，使整体应力分布均匀，摩擦界面上的润滑油膜

更易形成且不易挤出，因此摩擦力降低，耐磨性能提高，使用寿命延长。此外，计算机模拟仿真设计还可节省大量试验经费和人力、物力，大大缩短产品开发

周期，提高可靠性。

1.1.3模具设计与加工工艺

(1) 模具设计与生产：目前，模具设计与生产正朝信息化、数字化、无图化、

精细化、自动化的方向发展，要求生产厂家既要重视设计软件的二次开发，还

要具备模具型腔材料的加工流动性分析能力。

(2)加工制造与工艺：目前我国加工制造方面已普遍采用了数控装备，专业模具

制造公司已基本实现全数控化，模具精度、表观质量均达到相当高的水平，大

大提高了生产效率。

(3)一体化加工：橡塑密封模具的加工目前已经采用加工中心，这种中心集装卡、粗/精加工于一体，具有高功率、高速、高精度和高效率的特点，可一次加工五面。

1.2 机械密封

1.2.1泵轴端新型机械密封

(1)润滑槽密封[12]：“润滑槽”（Lubrication Groove）就是在密封面上沿切线方

向刻出窄槽。当流体流经密封面时，这些槽能改善流体在密封面上的压力分布，有助于保持端面间的液膜稳定并防止液膜汽化。“润滑槽”型式密封是由Flowserve 公司生产的。

(2)流体动压垫/热流体动压楔密封[13]：在动静环的任一密封面上从外缘沿径向

朝里开出凹槽或企口，当密封工作时，凹槽及其周边因流体冷却产生变形较小，而远离凹槽的端面因冷却程度低而产生较大变形，因此在端面上产生周向波度

而引起流体动压效应，即流体动压垫（Hydrodynamic Pad）。凹槽深度可以从

几μm到3mm，一般为0.8～2.4mm。

(3)上游泵送密封[14,15]：在动静环的任一密封面的下游或低压侧上加工出螺旋槽

等型槽，当密封工作时，受型槽动压效应作用很少量流体从密封面下游被泵送

至上游，若该剪切流完全抵消密封面的上下游压差引起的流动时，则密封可以

达到零泄漏。

(4)干气密封[16,17]：它是在气体润滑轴承的基础上发展起来的，其中以螺旋

槽密封最为典型。干气密封在结构方面与普通机械密封的主要区别在于：干气

密封动、静环任一密封面上精加工有均匀分布的浅槽，槽深度一般小于20μm。

(5)多孔端面密封[18-22]：多孔端面密封是在动静环的任一密封面上加工出不同分布形式的微孔，这些微孔的大小、深度和分布密度因密封介质、泵操作条