国庆读书札记—密封

驼峰

密封的作用是在一段缝隙或一个结合处提供物体屏障从而阻挡介质泄漏。分为动密封和静密封，接触式密封和非接触密封。动密封又分为压缩型密封和压力赋能型密封。除非接触式密封外，其它的密封形式都需要在接合或缝隙处形成大于或略小于被密封介质压力的压应力。密封受摩擦、润滑、材料、密封结构、温度等因素影响。静密封与动密封是指密封方式而不是密封件本身。如O型圈即可以用作静密封又可以用作动密封，用作静密封时的压缩量通常大于动密封时。
O型圈、矩形圈、非金属或金属垫片等静密封在承受压力后应有足够的残余应力。弹性密封件遵循体积不变性原则，即当承受外力时只改变形状而不减小体积（未考虑热胀冷缩时），应注意在去除超承载压力或管道过度热膨胀后会使密封件丧失恢复的能力，所以组装时应避免应力过高或超出其能力使用。静密封的效果受表面粗糙度、密封材料硬度、压力、垫片厚度、压缩量、机体刚度、间隙大小、介质相容性、温度等影响。同种材料及硬度的密封件薄的比厚的能承受更大的压缩应力。当采用较薄材料时需要相对较高的金属表面光洁度，压力较高时为了避免挤出应采用硬度较高的密封件，同时需要适当的表面光洁度以使密封件能够填充凹凸的金属表面。而表面光洁度不是越高越好，光洁度太高时密封件反而容易挤出（Ra3.2~Ra6.3为宜）。硬度低的密封件比较适合粗糙的表面，但对挤出比较敏感，可以增加挡圈来改善。橡胶密封件的温度适应性是需要特别关注的，橡胶密封低温时会失去弹性并脆化，高温时变脆或树脂化。
动密封中密封件通常安装在静止的零件上，若装旋转件上其高速旋转会使密封件胀大增大挤出风险。密封件浮在油膜上，密封件与被密封件间的油膜是密封的最后一道屏障，看油膜的表面张力保持一定位置上。轴封理想的油膜厚度是25微米，油膜太薄会由于金属表面凸凹不平形成桥联状态，将此时将产生件大摩擦和较快磨损。油膜太厚，则弯月面将遭到破坏而产生较高的泄漏量。为了给密封件提供润滑，最重要的是一个一致的油膜的连续存在。即意味着要求被密封轴的表面光洁度必须很高，从而避免油膜局部加厚及破坏。表面粗糙可能使尖峰穿过油膜造成密封唇口干摩擦；另一方面，表面加工过于光滑，可能妨碍油膜在轴上的润滑和保存（即z侠说的当Ra小于0.04是摩擦系数会增大）。在静止状态由于预压力油膜厚度小于0.25微米，速度较低时为边界润滑，将导致较高的起动摩擦力。随速度提高，形成全液动力润滑，油膜厚度在0.25～2.5微米之间。随速度进一步增加处于油膜润滑，摩擦可能再次增大（这取决于油液粘度、密封形状和结构、摩擦面）。没发生楔合是摩擦力与压力成正比，发生楔合是摩擦力与压力的平方成正比。当普通油封承受高压时，唇部将发生显著变形，导致较大的接触面积，此时常规压配不足以防止密封件被挤出，必须在低压侧保护密封件或装入高压侧沟槽中并有肩环支撑。动密封有最高速度限制，当表面粗糙度大于Ra0.5是任何速度也不能避免橡胶密封圈磨损。对大直径唇形密封或压缩填料来说，所用密封端面不随缸径成比例增大，大直径缸在压力作用下，直径有比较大的增加，不成比例的增大间隙，并导致密封挤出。大型重载场合采用压缩填料密封较适合，如大型油缸、流程泵、重力水处理、供汽等尤为适合。该型密封可通过调整端盖压力使最末一级圈填料稍微有点泄漏（环上的径向压力略低于系统的内压力），此时大多数填料圈上将因存在泄漏而避免干摩擦。径向里与压紧端盖的轴向力之比为0.6～0.7。在被密封介质中含有磨粒或负压或有毒有害液体或气体时可采用在中间开设冲洗孔或液体屏障的办法。橡胶密封件仅限于在125摄氏度以下的低中温使用（硅橡胶和氟橡胶用到250摄氏度）。高温密封可根据使用场合选择冷却方式，对密封油液进行冷却或对压盖进行冷却或对密封循环冲洗冷却。

迷茫的维修

API682

Harry

驼峰

迷茫的维修 发表于 2021-10-6 18:15
API682

很好的资料，谢谢！

千月

硅橡胶低温还行，高温好像没听说。250度只有全氟橡胶了。油封对压力线速度都有要求，还有橡胶种类的适用温度。有种wave shaft seal能减小发热很有意思。动密封缓慢移动时有蠕动特性，摩擦力也需要考虑。看你说那么多密封就是没有机械密封，唉，后妈养的

驼峰

千月 发表于 2021-10-6 23:37
硅橡胶低温还行，高温好像没听说。250度只有全氟橡胶了。油封对压力线速度都有要求，还有橡胶种类的适用温 ...

机械密封还在肚里怀着，瓜熟蒂落，哈（机械密封接触的少，而其结构及设计复杂还没消化不敢乱说）。氟橡胶、硅橡胶高温都能到250度，硅橡胶低温性更好都能到-70度，氟橡胶-20度，氟硅橡胶-60-+200，以上这三种都不耐磨，用在静密封或短寿命周期的动密封场合（如航天）。要求耐磨性的低温场合可用低温丁晴橡胶（可到-50度）。大侠提到波形轴封是在低要侧迎轴角上模压出细微的波纹实现动液抽送效应，把油液抽送回发源腔吧，也有在轴上实现的。