课程总结3流体动密封技术(b)PPT课件
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第二讲 流体动密封
第二讲流体动密封第一章机械密封的原理及分类一、机械密封的原理1、定义：机械密封（又称端面密封）指由两个圆环组成的一对密封元件，在其垂直于轴线的光洁而平直的表面上相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置。
2、组成：静环、动环，弹簧加荷装置、密封圈辅助（动环密封圈、静环密封圈）。
3、机械密封的密封点：（1）静环与压盖之间（2）相对旋转密封点（3）动环与轴（或轴套）（4）压盖上密封垫片（5）轴套与轴之间。
二、机械密封的优缺点（与填料密封比较）1、优点：（1）结构可靠，不泄漏或少泄漏，泄漏量是填料密封的1/10。
（2）使用寿命长，正确设计、使用的机械密封可连续运行1～2年或更长时间。
（3）磨擦损失小。
填料密封是靠盘根压紧轴或轴套上起密封作用，填料与轴直接接触，填料压得愈紧，摩擦力就越大，消耗的功率也愈大。
机械密封摩擦处于半液体摩擦状态，材料的摩擦系数又很小，故所耗功率小。
一般，机械密封的功率损失约为填料密封的10～20%。
（4）轴或轴套不受磨损。
（5）适用范围广：高温、低温、高压、高真空、易燃、剧毒、强腐蚀性介质都可选用相配的机械密封。
2、缺点：机械密封比填料密封复杂，加工要求较高，并需要一定的安装技术，价格比填料密封贵得多。
三、机械密封的分类1、内装式与外装式内装式是弹簧置于工作介质之内，外装式是弹簧置于工作介质之外（1）内装式特点：A、摩擦副处于介质中，润滑冷却效果好。
B、受力情况好，F弹、F介方向一致。
C、泄漏方向与离心力方向相反，阻止介质外泄。
（2）外装式特点：A、大部分零件与介质接触，选用材料方便。
B、大部分零件在外便于观察、调整、安装。
C、受力不好，F弹与F介方向相反，密封面易脱开。
D、泄漏方向与离心力方向一致，介质易外泄。
2、单（大）弹簧与多（小）弹簧特点比较：（1）弹簧比压均匀性：多弹簧好。
（2）转速高时，高速偏移：多弹簧更稳定。
（3）耐蚀性：同样工况下，大弹簧耐蚀性比小弹簧好。
（4）介质中含有颗粒：弹簧压缩小弹簧易卡死。
课程总结1-流体密封的基本理论和基本知识幻灯片
• 是一门多学科穿插的边缘学科。
• 涉及三局部内容：摩擦、磨损和润滑。
• 摩擦〔Friction〕：研究具有相对运动的、相互作用的外 表间的有关理论与实践问题；两个相互接触物体在外力作 用下，发生相对运动〔或着有相对运动趋势〕时产生切向 阻力的物理现象。
• 磨损〔Wear〕：摩擦产生的重要现象之一，由于外表相对 运动而不断发生损耗的过程或者产生剩余变形的现象。
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
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。
G8
3
2M RT rl3p
•
• 式中，r：毛细管或接触面毛细通道半径。
H
• 扩散(Proliferation)
• 定义：在浓度差ΔC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ΔC；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。
及其波动〕
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.决定机器设备的平安性和可靠性 ③.环境保护
④.能源和物质节约、提高经济效益
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
• 涉及三局部内容：摩擦、磨损和润滑。
• 摩擦〔Friction〕：研究具有相对运动的、相互作用的外 表间的有关理论与实践问题；两个相互接触物体在外力作 用下，发生相对运动〔或着有相对运动趋势〕时产生切向 阻力的物理现象。
• 磨损〔Wear〕：摩擦产生的重要现象之一，由于外表相对 运动而不断发生损耗的过程或者产生剩余变形的现象。
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
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。
G8
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2M RT rl3p
•
• 式中，r：毛细管或接触面毛细通道半径。
H
• 扩散(Proliferation)
• 定义：在浓度差ΔC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ΔC；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。
及其波动〕
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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.决定机器设备的平安性和可靠性 ③.环境保护
④.能源和物质节约、提高经济效益
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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
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。
可编辑课件
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
可编辑课件
14
§3-8 自紧式密封
密封机理
研究问题
可编辑课件
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
可编辑课件
42
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可编辑课件
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
可编辑课件
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
密封培训ppt
绿色环保
随着环保意识的不断提高，密封技术也在向绿色环保方向发展。新型密封材料和技术的出 现，使得密封过程更加环保，同时能够减少对环境的影响。
密封技术面临的挑战
技术创新
虽然密封技术已经取得了很大的进展，但是在某些领域仍然存在一些技术难题需要解决。例如，对于高温、高压、高 腐蚀等极端环境下的密封问题，需要进一步研究和探索新的密封技术和材料。
密封作用
密封在工业、航空航天、汽车、医疗 等领域中具有重要作用，可以保证系 统的稳定运行、提高设备效率、防止 环境污染等。
密封材料分类及特点
01
橡胶密封材料
橡胶具有较好的弹性和耐腐蚀性，常用作密封材料。例如，天然橡胶、
合成橡胶、硅橡胶等。它们具有较好的耐磨性、耐油性和耐化学腐蚀性
。
02
塑料密封材料
密封性能测试方法
静密封试验
在静态条件下，对密封件进行加压或 抽真空，观察是否有泄漏现象。
动密封试验
在动态条件下，对旋转或往复运动的 密封件进行加压或抽真空，观察是否 有泄漏现象。
高温高压试验
在高温高压条件下，对密封件进行长 时间运行，观察其性能变化。
耐腐蚀试验
在腐蚀介质中，对密封件进行长时间 运行，观察其性能变化。
的使用寿命。
材料加工性
选择易于加工和制造的 材料，以降低生产成本
和提高生产效率。
03 密封性能评价方法
密封性能评价指标
泄漏率
衡量密封件在规定时间内、规 定条件下漏出液体或气体的量
。
耐压性能
密封件在高压下保持密封性能 的能力。
耐磨性
密封件在摩擦磨损条件下保持 密封性能的能力。
耐腐蚀性
密封件在腐蚀介质中保持密封 性能的能力。
随着环保意识的不断提高，密封技术也在向绿色环保方向发展。新型密封材料和技术的出 现，使得密封过程更加环保，同时能够减少对环境的影响。
密封技术面临的挑战
技术创新
虽然密封技术已经取得了很大的进展，但是在某些领域仍然存在一些技术难题需要解决。例如，对于高温、高压、高 腐蚀等极端环境下的密封问题，需要进一步研究和探索新的密封技术和材料。
密封作用
密封在工业、航空航天、汽车、医疗 等领域中具有重要作用，可以保证系 统的稳定运行、提高设备效率、防止 环境污染等。
密封材料分类及特点
01
橡胶密封材料
橡胶具有较好的弹性和耐腐蚀性，常用作密封材料。例如，天然橡胶、
合成橡胶、硅橡胶等。它们具有较好的耐磨性、耐油性和耐化学腐蚀性
。
02
塑料密封材料
密封性能测试方法
静密封试验
在静态条件下，对密封件进行加压或 抽真空，观察是否有泄漏现象。
动密封试验
在动态条件下，对旋转或往复运动的 密封件进行加压或抽真空，观察是否 有泄漏现象。
高温高压试验
在高温高压条件下，对密封件进行长 时间运行，观察其性能变化。
耐腐蚀试验
在腐蚀介质中，对密封件进行长时间 运行，观察其性能变化。
的使用寿命。
材料加工性
选择易于加工和制造的 材料，以降低生产成本
和提高生产效率。
03 密封性能评价方法
密封性能评价指标
泄漏率
衡量密封件在规定时间内、规 定条件下漏出液体或气体的量
。
耐压性能
密封件在高压下保持密封性能 的能力。
耐磨性
密封件在摩擦磨损条件下保持 密封性能的能力。
耐腐蚀性
密封件在腐蚀介质中保持密封 性能的能力。
化工流体动密封压制共64页
须注意： 1）选材要适应温度上限，相配合的材料
的热膨胀系数应相近。 2）按热态考虑零件配合。 3）采用外置式结构。 4）应强化冷却。
27
2.高速条件下 ——线速度＞30m/s。
出现： 1）磨擦热增加，磨损量增大； 2）零件离心力加大，振动增强。 注意： 1）加强磨擦副的润滑与冷却； 2）选用许用PV值高的材料组对； 3）采用密封头（传动机构）为静态结构。
平衡型 非平衡型
外置式
14
外置式——动环、传动机构置于大气中； 内置式——动环、传动机构置于介质中。
15
平衡型—— 动、静环密 封面的压力 不受（或很 少受）介质 压力的影响。
非平衡型——端面压力受介质压力的影响。过大会压坏端面间隙 的润滑膜。
16
二.机械密封的有关要素
要保证： 1）密封性能；2）使用寿命。 ——密封端面液膜要存在；材料要耐磨损。 1.PV值——主要工作性能指标 1）定义 ——端面比压（P）与端面平均周速（V）的乘积。 • 设计、制造和使用者共同考虑的要素。 PV∝端面摩擦热和端面磨损率
二.填料函结构形式
1.单填料函
适于低温、低 压、低真空度 的情况。
5
2.夹套填料函
夹套通以冷却水或蒸汽，以改善填料工作条件。
6
3.带液环填料函
封液压力大于介质压力0.05~0.1MPa，便可阻止介质外漏； 当设备内为负压时，只需通入0.05~0.1MPa封液，便可阻 止空气进入设备内部。
7
4.带节流套填料函
13
2.密封工作原理
•动、静环接触处的端面在流体压力及补偿外弹力作用 下，保持贴合并相对滑动，在辅助密封的配合下，阻 止了系统内流体的泄漏。
•密封端面内形成一微小间隙，介质或外加润滑冷却液 在间隙内形成极薄的液膜，从而起到阻止介质泄漏， 使端面得以润滑的目的。
的热膨胀系数应相近。 2）按热态考虑零件配合。 3）采用外置式结构。 4）应强化冷却。
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2.高速条件下 ——线速度＞30m/s。
出现： 1）磨擦热增加，磨损量增大； 2）零件离心力加大，振动增强。 注意： 1）加强磨擦副的润滑与冷却； 2）选用许用PV值高的材料组对； 3）采用密封头（传动机构）为静态结构。
平衡型 非平衡型
外置式
14
外置式——动环、传动机构置于大气中； 内置式——动环、传动机构置于介质中。
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平衡型—— 动、静环密 封面的压力 不受（或很 少受）介质 压力的影响。
非平衡型——端面压力受介质压力的影响。过大会压坏端面间隙 的润滑膜。
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二.机械密封的有关要素
要保证： 1）密封性能；2）使用寿命。 ——密封端面液膜要存在；材料要耐磨损。 1.PV值——主要工作性能指标 1）定义 ——端面比压（P）与端面平均周速（V）的乘积。 • 设计、制造和使用者共同考虑的要素。 PV∝端面摩擦热和端面磨损率
二.填料函结构形式
1.单填料函
适于低温、低 压、低真空度 的情况。
5
2.夹套填料函
夹套通以冷却水或蒸汽，以改善填料工作条件。
6
3.带液环填料函
封液压力大于介质压力0.05~0.1MPa，便可阻止介质外漏； 当设备内为负压时，只需通入0.05~0.1MPa封液，便可阻 止空气进入设备内部。
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4.带节流套填料函
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2.密封工作原理
•动、静环接触处的端面在流体压力及补偿外弹力作用 下，保持贴合并相对滑动，在辅助密封的配合下，阻 止了系统内流体的泄漏。
•密封端面内形成一微小间隙，介质或外加润滑冷却液 在间隙内形成极薄的液膜，从而起到阻止介质泄漏， 使端面得以润滑的目的。
流体密封新版
广泛性：30万吨乙烯旳五套装置,六套配装置,七套辅助装置中密封点123 万个。
危害性:化工厂处理旳诸多流体都是易燃、易爆、有毒或腐蚀性旳而且 通有压力和温度，一旦发生泄漏，其后果比单纯经济损失严重得多。
美国航天飞机“挑战者”号； 印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐泄漏； 前苏联切尔诺贝利核电站核反应堆核泄漏事故。
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题
挑战者号航天飞机在顺利上升：7秒钟时，飞机翻转；16秒钟时，机身背向地面，机腹 朝天完毕转变角度；24秒时，主发动机推力降至预定功率旳94%；42秒时，主发动机按 计划再减低到预定功率旳65%，以防止航天飞机穿过高空湍流区时因为外壳过热而使飞 机解体。这时，一切正常，航速已达每秒677米，高度8000米。50秒钟时，地面曾有人发 觉航天飞机右侧固体助推器侧部冒出一丝丝白烟，这个现象没有引起人们旳注意。52秒 时，地面指挥中心告知指令长斯克比将发动机恢复全速。59秒时，高度10000米，主发动 机已全速工作，助推器已燃烧了近450吨固体燃料。此时，地面控制中心和航天飞机上旳 计算机上显示旳多种数据都未见任何异常。65秒时，斯克比向地面报告“主发动机已加 大”，“明白，全速迈进”是地面测控中心收听到旳最终一句报告词。第72秒时，高度 16600，航天飞机忽然闪出一团亮光，外挂燃料箱凌空爆炸，航天飞机被炸得粉碎，与地 面旳通讯猝然中断，监控中心屏幕上旳数据陡然全部消失。挑战者号变成了一团大火， 两枚失去控制旳固体助推火箭脱离火球，成V字形喷着火焰向前飞去，眼看要掉入人口稠 密旳陆地，航天中心负责安全旳军官比林格手疾眼快，在第100秒时，经过遥控装置将它 们引爆了。
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题 因为密封旳普遍性和主要性，近一种世纪来，形成了一门研究密封规律，
危害性:化工厂处理旳诸多流体都是易燃、易爆、有毒或腐蚀性旳而且 通有压力和温度，一旦发生泄漏，其后果比单纯经济损失严重得多。
美国航天飞机“挑战者”号； 印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐泄漏； 前苏联切尔诺贝利核电站核反应堆核泄漏事故。
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题
挑战者号航天飞机在顺利上升：7秒钟时，飞机翻转；16秒钟时，机身背向地面，机腹 朝天完毕转变角度；24秒时，主发动机推力降至预定功率旳94%；42秒时，主发动机按 计划再减低到预定功率旳65%，以防止航天飞机穿过高空湍流区时因为外壳过热而使飞 机解体。这时，一切正常，航速已达每秒677米，高度8000米。50秒钟时，地面曾有人发 觉航天飞机右侧固体助推器侧部冒出一丝丝白烟，这个现象没有引起人们旳注意。52秒 时，地面指挥中心告知指令长斯克比将发动机恢复全速。59秒时，高度10000米，主发动 机已全速工作，助推器已燃烧了近450吨固体燃料。此时，地面控制中心和航天飞机上旳 计算机上显示旳多种数据都未见任何异常。65秒时，斯克比向地面报告“主发动机已加 大”，“明白，全速迈进”是地面测控中心收听到旳最终一句报告词。第72秒时，高度 16600，航天飞机忽然闪出一团亮光，外挂燃料箱凌空爆炸，航天飞机被炸得粉碎，与地 面旳通讯猝然中断，监控中心屏幕上旳数据陡然全部消失。挑战者号变成了一团大火， 两枚失去控制旳固体助推火箭脱离火球，成V字形喷着火焰向前飞去，眼看要掉入人口稠 密旳陆地，航天中心负责安全旳军官比林格手疾眼快，在第100秒时，经过遥控装置将它 们引爆了。
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题 因为密封旳普遍性和主要性，近一种世纪来，形成了一门研究密封规律，
流体动密封
• 填料和导向套靠注油润滑，可带走摩擦热和提高密封性 。注油点A、B一般设在导向套和第二组填料上方。填料 右侧有气室6，由填料漏出的气体和油沫自小孔c排出并 用管道回收，气室的密封靠右侧的前置填料7来保证。
H
(二)、活塞杆填料密封
• 1.平面填料
• 带前置填料的结构一般用于密封易燃或有毒气体，必要 时采用抽气或用惰性气体通入气室进行封堵，防止有毒 气体漏出。
• 其中的编结填料按编织方式又分为：夹心套层式编 结填料、发辫式编结填料、穿心式编结填料。（图 4-3）
H 软填料材料组成
• 基体材料： ➢ 橡胶：天然橡胶、合成橡胶（NBR、CR、SBR、
EPDM）； ➢ 纤维：矿物类（石棉、柔性石墨）； ✓ 植物类（棉花、麻）； ✓ 动物类（皮革、毛发）； ✓ 合成类（人造丝、各种合成纤维）。 • 辅助材料：金属、润滑剂、防腐蚀剂
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
软填料密封的磨损与润滑
H
1.3 软填料密封结构设计
• 结构的基本要求：
➢ ①径向应力分布均匀，且与泄漏介质压力分布规律一致；
➢ ②考虑冷却和润滑措施，及时带走摩擦热；
➢ ③设置自动补偿装置（降低应力松弛）；
➢ ④装拆方便（集装式、箱体剖分等）；
➢ ⑤防止填料挤出（隔环、组合式填料等）；
流体机械密封学讲义98页PPT
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪29、勇猛、大胆和坚定源自决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
98
流体机械密封学讲义
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
流体密封机械密封PPT精选文档
7
我国机械密封的发展
从上世纪50年代开始研制、60年代开始认识和使用 机械密封，随后陆续生产、研究，形成一定的研 究、设计和生产能力，并制订了一系列的标准。 我国著名高科技密封公司有：
天津鼎名密封有限公司（王玉明院士）
一批机械密封的研究机构和队伍
8
9
10
11
12
⑷ 力学分析
密封环带面积A：
23
闭合力Fc 密封流体压力p和弹簧力Fs等引起的作用
于补偿环上使之对于非补偿环趋于闭合的力。
FcpeApsA KpApsA(Kp ps)A 24
开启力Fo 作用在补偿环上使之对于非补偿环趋
于开启的力。
FopmApA
25
端面比压pc 作用在密封环带上单位面积上的静闭合力。
pc
Fc Fo A
(Kpps)ApA
45
导热系数k
导热系数越大 传递热量越快 传递一定热量所需的温度梯度越小 端面温度越低 端面液膜沸腾的危险性越小 密封环热裂的可能性越小
导热系数越大越好 46
热膨胀系数α 以多种方式影响着密封的性能
首先，由于存在轴向和径向的温度梯度，将影响端 面的变形锥；同时，如果材料的轴向膨胀沿圆周 方向是变化的，则密封端面将形成波形表面。
机械密封摩擦副常用的硬质合金有：钴基碳化钨 （WC-Co）、镍基碳化钨（WC-Ni）、镍铬基碳化 钨（WC-Ni-Cr）
碳化钛硬质合金，硬度高、耐磨、高刚度，良好的韧 性和抗冲击能力，适宜于高温有剧烈变化的场合， 但价格高。
53
c 工程陶瓷
氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷
氧化铝陶瓷：主要成分是Al2O3和SiO2，Al2O3超过 60%的叫做刚玉瓷。目前机械密封环用的较多的是 （95～99.8%）Al2O3的刚玉瓷，分别被简称为95 瓷和99瓷。
我国机械密封的发展
从上世纪50年代开始研制、60年代开始认识和使用 机械密封，随后陆续生产、研究，形成一定的研 究、设计和生产能力，并制订了一系列的标准。 我国著名高科技密封公司有：
天津鼎名密封有限公司（王玉明院士）
一批机械密封的研究机构和队伍
8
9
10
11
12
⑷ 力学分析
密封环带面积A：
23
闭合力Fc 密封流体压力p和弹簧力Fs等引起的作用
于补偿环上使之对于非补偿环趋于闭合的力。
FcpeApsA KpApsA(Kp ps)A 24
开启力Fo 作用在补偿环上使之对于非补偿环趋
于开启的力。
FopmApA
25
端面比压pc 作用在密封环带上单位面积上的静闭合力。
pc
Fc Fo A
(Kpps)ApA
45
导热系数k
导热系数越大 传递热量越快 传递一定热量所需的温度梯度越小 端面温度越低 端面液膜沸腾的危险性越小 密封环热裂的可能性越小
导热系数越大越好 46
热膨胀系数α 以多种方式影响着密封的性能
首先，由于存在轴向和径向的温度梯度，将影响端 面的变形锥；同时，如果材料的轴向膨胀沿圆周 方向是变化的，则密封端面将形成波形表面。
机械密封摩擦副常用的硬质合金有：钴基碳化钨 （WC-Co）、镍基碳化钨（WC-Ni）、镍铬基碳化 钨（WC-Ni-Cr）
碳化钛硬质合金，硬度高、耐磨、高刚度，良好的韧 性和抗冲击能力，适宜于高温有剧烈变化的场合， 但价格高。
53
c 工程陶瓷
氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷
氧化铝陶瓷：主要成分是Al2O3和SiO2，Al2O3超过 60%的叫做刚玉瓷。目前机械密封环用的较多的是 （95～99.8%）Al2O3的刚玉瓷，分别被简称为95 瓷和99瓷。
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不足机械密封的5%
与密封轴径、转速有关
辅助系统
对工艺 影响程度 对环境 污染程度
辅助系统简单、可靠性高、使 用中无需维护、无功率消耗。
密封介质为工艺气体本身或氮 气，对工艺无任何影响。
仅有微量氮气往大气泄漏，对 环境无污染，是环保型密封。
密封辅助系统复杂，需专用阻塞流体泵送及压力控制系统，压 力控制要求严格；辅助系统故障率高，运行维护成本高。
• 从流体动力学角度来讲，在气膜密封端面开任何形状的沟 槽，都能产生动压效应。理论研究表明，对数螺旋槽产生 的流体动压效应最强，用其作为气膜密封动压槽而形成的 气膜刚度最大，及气膜密封的稳定性最好。
4. 影响非接触式密封性能的主要参数
1. 密封结构参数 1.2 密封端面动压槽深度
• 理论研究表明，气膜密封流体动压槽深度与气膜厚度为同 一量级时密封的气膜刚度最大。实际应用中，气膜密封的 动压槽深度一般在3—10微米。在其余参数确定的情况下， 动压槽深度有一最佳值。
气膜密封的技术优势
➢ 辅助系统相对简单。与双端面机械密封相比，气膜密封 装置无需复杂的封油供给、循环系统及与之相配的调控 系统，只需供给洁净干燥的中性气体，其压力应高于密 封介质的压力，但无须循环，消耗量也小。
➢ 使用范围拓宽。与普通接触式机械密封相比，气膜密封 可以在更高PV值、高含固体颗粒介质等条件下使用。
密封的泄漏量就越大。 2.2 密封介质压力对泄漏量的影响 • 不难想象，在密封工作间隙一定的情况下，密封气压
➢ 零泄漏或零逸出（统称零逸出），实现安全、环保功能。
➢ 密封可靠性大大提高，使用寿命相应延长。在理想工作状态 下，由于密封摩擦副处于非接触状态，端面之间不存在直接 的固体摩擦磨损，理论使用寿命无限长。
➢ 能耗明显下降，经济效益显著。工业应用结果表明，气膜密 封的能耗不足普通接触式机械密封的1/20，而且，用于降低 端面温升的密封冲洗液量和冷却水量大大减少，相应提高了 泵效甚至工艺装置的生产效率。
2. 非接触式机械密封工作原理
2.1 气膜密封
图1 气膜密封结构示意图
气膜密封的工作原理
a 密封端面结构
b 下游泵送原理
图2 气膜密封工作原理
图3 气膜密封力平衡示意图
2.2 液膜密封工作原理
• 下图为普遍采用的液膜润滑上游泵送密封端面结构。
• 若动环外径侧为高压被密封液体（规定为上游侧或高 压侧），内径侧为低压流体（可气体亦可液体，规定 为下游侧或低压侧）。
1.3 密封端面动压槽数量、动压槽宽度、动压槽长度 • 理论研究表明，气膜密封动压槽数量趋于无限时，动压效
应最强。不过，当动压槽达到一定数量后，再增加槽数时， 对气膜密封性能影响已经很小。此外，气膜密封动压槽宽 度、动压槽长度对密封性能都有一定的影响。
2. 操作参数对密封性能的影响 2.1 密封直径、转速对泄漏量的影响 • 密封直径越大，转速越高，密封环线速度越大，气膜
• 当动环以图示方向旋转时，在螺旋槽粘性流体动压效 应的作用下，动静环端面之间产生一层厚度极薄的流
体膜（图b所示h0），使端面保持分离即非接触状态。
在外径与内径压力差的作用下，高压被密封液体产生
方向由外到内的压差流Qp，而螺旋槽的流体动压效应 所产生的粘性剪切流Qs的方向由内径指向外径，与压 差流Qp的方向相反，此为上游泵送概念的由来。
• 液膜密封包括零泄漏密封和零逸出密封两种。
a 密封端面结构
b上游泵送原理
图4 上游泵送液膜密封工作原理
图5 零逸出液膜密封力学分析
3. 非接触式密封与机械密封比较
气膜密封
机械密封
应用时间
1976年
1900年
工作原理 气膜润滑、非接触式密封
混合摩擦润滑、接触式密封
使用寿命
3年以上
平均1年左右
功率消耗
密封介质为液体，密封介质泄漏进入工艺流程后会对后续工艺 产生极大影响，甚至破坏工艺造成停产。
有密封油或工艺介质泄漏，对环境有一定污染。泄漏量过大时 对生产带来较大极低
一次性投入小，运行成本高
气膜密封的技术优势
理论、试验研究和工业应用表明，与普通接触式机械密封相 比，气膜密封具有以下系列技术优势：
4. 影响非接触式密封性能的主要参数
• 气膜密封的性能主要体现在密封的泄漏量和使用寿命的矛 盾上。影响气膜密封泄漏量的直接因素就是气膜厚度，即 气膜密封运转时密封面间形成的工作间隙。将影响气膜密 封性能的参数分为密封结构参数和密封操作参数。
1. 密封结构参数对密封性能的影响 1.1 密封端面动压槽形状（下图）
1．非接触式机械端面密封概述
非接触式机械密封包括： ➢ 气膜润滑非接触式机械密封(Gas Lubricated Non-
contacting Mechanical Seal）：简称“气膜密封” 或“Gas Film Seal”，广泛称之为“Dry Gas Seal”。 ➢ 液膜润滑非接触式机械密封（liquid Lubricated Non-contacting Mechanical Seal）：简称“液膜 密封”或Liquid Film Seal）
此PPT接《课程总结3-流体动密 封技术（a）》
⑧．辅助系统复杂、可靠性差。
• 对双端面机械密封需有阻塞流体循环、控制系统，大大增 加了密封装置的一次性投入成本，对离心压缩机用双端面 机械密封，封油循环、控制系统的费用约占整个机组投资 的20～40%。另外，封油循环、控制系统使密封的运行 费用成倍增加，其运行的可靠性直接影响着密封工作的稳 定性和可靠性。
⑨．使用范围窄。
• 接触式机械密封不适用作高压、高速、高PV值工况下旋 转机械类轴封，对于密封高危险性、高含固体颗粒的工艺 流体，其密封的可靠性及耐久性等方面也不尽人意。
(四)、非接触式机械密封
• 1．非接触式机械密封概述 • 2．非接触式机械密封工作原理 • 3．非接触式机械密封与接触式机械密封比较 • 4．影响非接触式机械密封性能的主要参数 • 5．非接触式机械密封典型结构 • 5.1 离心压缩机用非接触式机械密封 • 5.2 离心泵用非接触式机械密封 • 5.3 低速搅拌器用非接触式机械密封 • 6．非接触式机械密封监控系统