机械密封 9.1 概 述 9.2 垫片密封 9－3 填料密封 9.4润滑油密封 9.5 密封圈密封 9.6 机械密封 * 垫片密封 填料密封 润滑油密封 概 述 密封圈密封 机械密封 §11-1 概 述 一、密封的分类 密封是位于机械零件结合面之间起封堵隔离作用，有效减小或消除间隙、防止泄漏的装置，是现代机械产品中重要的零部件。被密封的工作介质可以是气体、液体或固体粉末。密封性能是评价机械产品质量的一个重要指标。 工业上应用弹塑性材料作为机械零件密封件始于19世纪的蒸汽机。随着工业技术的发展，对密封件的性能也提出了越来越高的要求，针对密封件在不同工作环境下的应用，开发出了许多具有优良性能的密封材料，以及不同类型、不同用途的密封结构。 密封可以分为相对静止的零件表面之间的静密封和相对运动的零件表面之间的动密封两大类型，见图11－1。 按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，密封还可为接触式密封和非接触式密封两种类型， 二、常用密封材料 制造密封件的密封材料一般应具有良好的物理和机械性能，回弹性高、塑形变形小、加工方便、不易老化。其主要的性能要求为: 1. 有较好的柔软性或流动性，易于与密封面结合； 2. 致密性好，不易泄漏介质，能达到气密、水密目的； 3. 有适当的机械强度和硬度，回弹性好，压缩永久变形小； 4. 在工作温度范围内物理和机械性能稳定、不在零件表面粘附； 5. 耐蚀性能好，在特定介质中能长期工作； 6. 接触式动密封要求密封材料的摩擦系数小，耐磨性好； 7. 耐老化性好，经久耐用，密封性能稳定； 8. 加工制造方便，价格适中。 橡胶是最常用的密封材料，如丁腈橡胶、氯丁塑胶、氟橡胶、硅橡胶。适合于做密封材料的还有石墨、聚四氟乙烯、聚氨酯、尼龙以及毛毡、皮革等，见表11-1。 表11－1 常用密封材料及用途 高真空密封、高压密封、低温密封 金、银、铟、钽 贵金属 机械密封 钨钻、钨钴钛硬质合金 硬质合金 垫片、硬填料、机械密封、活塞环、间隙密封、防尘密封件、全封闭密封件、成型填料 碳钢、铸铁、不锈钢、堆焊合金、喷涂粉末 黑色金属 垫片、填料、机械密封、迷宫密封、硬填料、间隙密封 铜、铝、铅、锌、锡及其合金 有色金属 金属 机械密封、硬填料、动力密封、间隙密封 氧化铝瓷、滑石瓷、金属陶瓷、氧化硅、硼化铬 工程陶瓷 机械密封、硬填料、动力密封、浮环密封 焙烧碳、电化石墨 碳石墨 垫片、填料、密封件 天然石墨 柔性石墨 无机材料 垫片、导管联接、螺纹密封 液态密封胶、厌氧胶 密封胶 垫片、成型密封件、油封、填料、硬垫料、活塞环、机械密封、防尘密封件 氟塑料、尼龙、聚乙烯、酚醛塑料、氯化聚醚、聚苯硫醚 塑 料 垫片、成型密封件、油封、填料、防尘密封件 天然橡胶、合成橡胶 橡 胶 弹塑性体 填料、夹布橡胶密封件 有机合成纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维 人造纤维 垫片、填料 石棉 矿物纤维 垫片、填料、成型开云APP 开云官网入口填料、油封、防尘密封件 毛、毡、皮革 动物纤维 垫片、填料、防尘密封件、夹布橡胶密封件 棉、麻、纸、软木 植物纤维 纤维 液体密封胶、厌氧胶、热熔密封胶 高分子材料 液 体 用 途 材 料 类 别 §11-2 垫片密封 垫片密封是在机械零件密封面之间垫上由弹塑性材料制成、具有一定厚度的密封垫片，利用螺栓等装置压紧使垫片产生变形，以填塞密封面的不平处，达到密封目的。 图11－2 垫片密封的结构 一、 垫片材料 密封垫片是以金属或非金属板状材质，经切割，冲压、裁剪包覆、缠绕等工艺制成，用于管道之间的密封连接，机器设备的机件与机件之间的密封元件。密封垫片按其构造的主体材料分为非金属垫片、半金属垫片和金属垫片三大类。 非金属垫片包括纸垫片、橡胶垫开云APP 开云官网入口片、石棉垫片、石棉橡胶垫片、柔性石墨垫片和聚四氟乙烯垫片等，其特点是质地柔软，在预紧力下容易产生弹性或塑性变形，从而堵塞流体泄漏通道。非金属垫片的特点是耐腐蚀、价格便宜，但耐温和耐压性能差。多用于常温和中温的中、低压容器或管道的法兰密封。 金属密封垫片具有耐高温、耐高压、耐油、腐蚀等优点，对于高温、高压及载荷循环频繁等苛刻工作条件仍是密封垫片的首选。常用的有铜、铝、普通低碳钢、不锈钢、铬镍合金钢、钛、蒙乃尔合金等。 半金属垫片是用不同材料的金属薄板把非金属材料包裹起来压制成型的。金属材料在外层，可耐高温；非金属材料在内层，使垫片具有良好的弹性和回弹性。这样组合后的垫片可同时满足高温和较高压力的使用要求。 垫片密封常作为压力容器、化工动力管道法兰等机械设备连接面的密封结构。垫片密封通常与螺栓组合使用，靠螺纹连接压紧密封垫片，使其发生弹塑性变形，以填满密封面上的微观凹凸不平，来保证密封性能。 二、垫片密封面的形式 密封垫片与法兰密封面的配合形式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面，如图所示。其中以突面、凹凸面法兰密封结构较为常用。 图 法兰密封面配合形式 a) 全平面 b) 突面 c) 凹凸面 d) 榫槽面 §11-3 填料密封 填料密封是一种历史悠久的密封技术，其基本原理是在壳体零件上加工填料腔，将富有弹性的填料放入其内，依靠压盖的轴向压紧力转化为径向密封力堵塞泄漏通道，从而起到密封的效果。 ? 填料密封不足之处是摩擦功率消耗大，密封可靠性差，使用中运动零件密封面容易造成磨损。 一、填料密封的分类和特点 填料密封材料通常由橡胶、柔性石墨、天然纤维(植物类纤维、矿物类纤维、动物类纤维) 等制成，可按不同的加工方法分成绞合填料、编结填料、叠层填料、模压填料等类型。 填料密封拆卸方便、成本低廉，缺点是填料磨损快，使用中须较频繁地拧紧压盖，调整螺栓，更换填料。 而硬填料密封材料采用金属、石墨、填充四氟乙烯等制成，一般采用分瓣式、开口式或唇形式密封圈结构，借助于弹力或气体的压力差使密封圈贴附在活塞杆或填料腔上，获得自紧密封。它比填料密封具有更高的耐热、耐压和高速性能，使用寿命长，可靠性好，广泛用于发动机、压缩机活塞环等密封结构中。 填料密封工作过程填料与运动零件直接接触，会产生较大的摩擦和磨损，不但需要定期或不定期更换相关零件，消耗的有效功率也很大。另外，为了润滑摩擦部位并带出摩擦热，降低材料磨损，填料密封在密封面需要保持一定的间隙，从而存在一定的泄漏，因此不适用于转速高、密封要求严、维护不便场合，以及易燃、易爆、贵重或有毒的介质的密封。 填料密封在工作过程中必须要保持良好的润滑和适当的压紧。 二、填料密封结构和工作原理 1－填料 2－旋转轴 3－填料腔 4－压盖 5－封液环 图11－4 填料密封结构 §11-4 润滑油密封 润滑油的密封用于将机械传动部件中需要润滑的部件与外界隔离，防止润滑油的渗漏，还可以具有防尘的作用，通常简称油封。油封主要用作低压润滑系统的旋转密封件，也可以用于低压往复杆或摇动零件的密封。特殊情况下，油封还可以用来密封压力非常低的水或其他弱腐蚀性介质。 一、油封的基本结构及工作原理 目前使用的油封都为旋转轴唇形密封圈，主要材料为合成橡胶。 1一唇口；2一冠部；3一弹簧；4一腰部；5一底部；6一骨架 图11-5 油封的基本结构 二、油封的结构及类型 油封一般以橡胶为主体材料，有的带金属骨架和弹簧。其结构简单、尺寸紧凑、装卸容易、成本低廉。对工作环境条件及维护保养的要求不苛刻，密封性能较好，适宜大批量生产。 油封的类型很多，按工作原理分为普通型及流体动压型油封；按允许工作线速度分为低速型及高速型；按材质分为橡胶油封、皮革油封及塑料油封；按结构形式分为粘接结构、装配结构、骨架结构和全胶结构；按唇口密闭方向分为内向油封、外向油封(或称封孔油封)、端面油封；还有断面形状特殊的各种异型油封。 图11－6 油封的结构形式 图11－7 不同规格的油封外形 三、油封的选用 油封的选用，主要依据是设备的工作特性、介质性质、工作压力与温度、环境条件等。 §11-5 密封圈密封 密封圈泛指用橡胶、塑料、皮革及金属材料经模压或车削加工成型的环状密封件，其中应用最广的是橡胶材料制成的密封圈，密封圈密封也称为成型填料密封。 密封圈一般安放在密封面的沟槽内，其工作原理是靠本身在机械压紧力或介质压力的自紧作用下产生弹塑性变形而堵塞流体泄漏通道。密封圈的特点结构简单紧凑，密封性能良好，品种规格多，工作参数范围广，是目前往复运动密封及静密封的主要结构型式之一，也可作为旋转及螺旋运动密封使用。密封圈密封按工作特性分为挤压型密封圈和唇形密封圈两类；按材料可分为橡胶类、塑料类、皮革类和金属类。 挤压型密封圈，如O形密封圈，主要靠橡胶压缩反弹力产生密封力，密封圈接触压力预先给定，工作中不能根据介质压力的改变而变化，如果要求封住一个很大的压力那么密封圈的压缩量也必须很大，会使密封圈与密封面接触应力与接触面积增大，容易造成密封圈的破损，动密封的摩擦磨损增大。而唇型密封圈的密封压紧力是随介质压力的改变而变化的，工作中始终适应介质压力的变化，既能保证足够的密封压紧力，又不至于产生过大的摩擦力，因此唇型密封圈较适合在动密封结构中使用。 各种材料的挤压密封圈中橡胶挤压型密封圈应用最广，一般以其截面形状命名，有O形、方形、D形、三角形、T形、心形、X形及多边形等，如图9—8。其中以O形圈历史最悠久，最典型。 图11－8 挤压型密封圈 §11-6 机械密封 机械密封是一种应用广泛的旋转轴的动密封结构，其工作原理是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合，并配以辅助密封而达到阻止介质泄漏的目的。机械密封又称为端面密封，其密封性能可靠、泄漏量小、使用寿命长、维护要求低，能在各种温度、压力及腐蚀性介质、含颗粒介质等工况条件下使用，工业发达国家旋转机械密封装置90％以上采用机械密封。近年来国内机械密封技术发展很快，在石油、化工、轻工、冶金、机械、航空和原子能等工业部门中获得了广泛的应用，已成为流体密封技术中极其重要的动密封形式。 *

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