常用机械密封装置的选择

                        机械常用密封装置的选择
密封装置在现代人们日常生产和生活中是非常常见的设备部件,密封装置的使用寿命直接关系到机械的制造成本、使用成本和维护成本,也关系到生产效率及设备的安全运行,因此在机械设计时密封装置的选择对设备的总体质量是至关重要的。
密封装置可分为静密封和动密封两大类,具体分类、特点及应用如下:
一、静密封装置分类、特点及应用 ①
1、法兰连接垫片密封,在两法兰的密封面之间垫上不同型式的密封垫片,如非金属、非金属与金属的复合垫片或金属垫片。然后将螺纹或螺栓拧紧,拧紧力使垫片产生弹性或塑性变形,填塞密封面的不平处,达到密封的目的。密封垫型式有平垫片、齿形垫片、透镜垫、金属丝垫等。
密封压力和温度与连接件的型式、垫片的型式、材料有关。通常,法兰连接密封可用于温度范围为-70-600℃,压力大于1.333kap(绝压)、小于或等于35Mpa。若采用特殊垫片,可用于更高的压力。法兰连接垫片密封主要用于管道的连接。
2、自紧密封,密封元件不仅受外部连接件施加的力进行密封,而且还依靠介质的压力压紧密封元件进行密封,介质压力越高,对密封元件施加的压紧力就越大。自紧密封主要用于无公害介质正压容器和设备的人孔、手孔的密封。
3、研和面密封,考两密封面的精密研配消除间隙,用外力压紧(如螺栓)来保证密封。实际使用中,密封面往往涂敷密封胶,以提高严密性。
密封面粗糙度Ra=2-5um。自由状态下,两密封面之间的间隙不大于0.05mm。通常密封压力小于100Mpa及550℃的介质,螺栓受力较大。多用于汽轮机、燃气轮机等气缸接合面。
4、O形环密封。
  1)、非金属O形环,O形环装入密封沟槽后,其截面一般受到15%~30%的压缩变形。在介质压力作用下,移到沟槽的一边,封闭需密封的间隙,达到密封的目的。
密封性能好,寿命长,结构紧凑,拆装方便。选择不同的密封圈材质,可在-100~260℃的温度范围内使用,密封压力可达100Map。主要用于气缸、油缸的缸体密封。
木制灯笼
    2)、金属空性O形环,O形环的断面形状为长圆形。当环被压紧时,利用环的弹性变形进行密封。O形环用管材焊接而成,常用材料为不锈钢管,也可用低碳钢管、铝管和铜管等。为提高密封性能,O形环表面需镀覆或涂以金、银、铂、铜、氟塑料等。管子壁厚一般选取0.25~0.5mm,最大为1mm。用于密封气体或易挥发的液体,应选用较厚的管子;用于密封黏性液体,应选用较薄的管子。
O形环分为充气式和自紧式两种。充气式是密闭的管O形环内充惰性气体,可增加环的回弹力,用于高温场合。自紧式是在环的内侧圆周上钻有若干小孔,因管内压力随同介质压力增高而增高,使环有自紧性能,用于高压场合。
金属空心O形环密封适用于高温、高压、高真空、低温等条件,可用于直接达6000mm,压力280Mpa,温度-250~600℃的场合。
5、填料密封,在钢管与壳体之间充以填料(俗称盘根),用压盖或螺栓压紧,以赌塞漏出的间隙,达到密封的目的。
多用于化学、石油、制药的工业设备可拆式内伸管的密封。根据填料材质的不同,可用于不同的温度和压力。
6、螺栓连接垫片密封,适用于小直径螺纹连接或管道的密封
7、螺纹连接密封,用于管道公称直径DN≤50mm的密封,螺纹连接密封结构简单、加工方便。由于螺纹间配合间隙较大,需在螺纹处放置密封材料,如麻、密封胶聚四氟乙烯带等,最高使用压力1.6Mpa。
8、承插连接密封,用于管子连接的密封。在管子连接处充填矿物纤维或植物纤维进行堵封,且需要耐介质的腐蚀,适用于常压、铸铁管材、陶瓷管材等不重要的管道密封。
高压点火器二、动密封装置分类、特点及应用 ②
1、接触式密封。
  1)毛毡密封,在壳体槽内填以毛毡圈,以堵塞泄漏间隙,达到密封的目的。毛毡具有天然弹性,呈松孔海绵状,可储存润滑油和防尘。轴旋转时,毛毡将润滑油从轴上刮下反复自行润滑。一般用于低速、常温、常压的电机、齿轮箱等机械中,用以密封润滑脂、油、粘度大的液体及防尘,但不宜用于气体密封。适用转速:粗毛毡,Uc≤3m/s;优质细毛毡,轴经过抛光处理,Uc≤10m/s.温度不超过90℃,压力一般为常压。
  2)软填料密封,在轴与壳体之间充填软填料(盘根),然后用压盖和螺钉压紧,以达到密封的目的。填料压紧力沿轴向分布不均匀,轴在考压盖处磨损最快。压力低时,轴转速可高,反之,转速要低。
  3)硬填料密封,密封箱内装有若干填料盒,盒内装有一组密封环,分瓣密封环靠圈弹簧和介质压力差贴附在轴上。填料环在填料盒内有适当的轴向和径向间隙,使其能随轴自由浮动。填料盒上的锁紧螺钉的作用只压紧各级填料盒,而不作用在各级填料环上。密封环材料通常为青铜、巴士合金、石墨等。
化石工艺品硬填料密封适用于往复运动轴的密封,如往复式压缩机的活塞杆密封。为了能补偿密封环的磨损和追随轴的跳动,可采用分瓣环、开口环等。选择适当的密封结构和密封环形式,硬填料密封也适用于旋转轴的密封,如高压搅拌轴的密封。硬填料密封适用于介质压力350Mpa、线速度12m/s、-45~400℃的场合,但需要对填料进行冷却或加热。
  4)成型填料密封
   ①、挤压型密封,挤压型密封按填料截面形状分有O型、方形等,以O形应用最广。挤压型密封靠密封圈安装在槽内预先被挤压,产生压紧力,工作时,有靠介质压力挤压密封环,产生压紧力,封闭密封间隙,达到密封的目的。挤压型密封结构紧凑,所占空间小,动摩擦阻力小,拆卸方便,成本低。用于往复及旋转运动。密封压力从1.33×10﹣5pa的真空到40Mpa的高压,温度达到-60~200℃,线速度小于等于3~5m/s。
    ②、唇型密封,依靠密封唇的过盈量和工作介质压力所产生的径向压力即自紧力作用,是密封件产生弹性变形,堵住漏出间隙,达到密封的目的。比挤压型密封有更显著的自紧作用。结构形式有YVULJ形。与O形环密封相比,结构较复杂,体积较大,摩擦阻力大,填充方便,更换迅速。在许多场合下,已被O形环密封圈所代替,因此应用较少。现主要用于往复运动的密封,选用适当材料的唇形密封,可用于压力达100Mpa提前放电避雷针的场合,常用材料有橡胶、皮革、聚四氟乙烯等。
    5)油封密封,在自由状态下,油封的内径比轴径小,即有一定的过盈量。油封装到轴上后,其刃口的压力和自紧弹簧的收缩力对密封轴产生一定的径向抱紧力,遮断泄露间隙,达到密封的目的。油封分有骨架与无骨架;有弹簧与无弹簧型。油封安装位置小,轴向尺石材磨光机
寸小,使机器紧凑;密封性能好,使用寿命较长。对机器的震动和主轴的偏心都有一定的适应性。拆卸容易、检修方便、价格便宜,但不能承受高压。常用于液体密封,广泛用于尺寸不大的旋转传动装置中密封润滑油,也用于封气或防尘。
      6)涨圈密封,将带切口的弹性环放入槽中,由于涨圈本身的弹力,而使其外圆紧贴在壳体上,涨圈外径与壳体间无相对转动,由于介质压力的作用,涨圈一端面贴合在涨圈槽的一侧产生相对运动,用液体进行润滑和堵漏,从而达到密封的目的。一般用于液体介质密封(因涨圈密封必须以液体润滑),广泛用于密封油的装置。用于气体密封时,要有油润滑摩擦面。工作温度小于等于200℃,Uc10m/s。压力:往复运动,小于等于70Mpa;旋转运动,小于等于1.5Mpa
    7)机械密封,光滑而平直的动环和静环的端面,靠弹性构件和密封介质的压力使其互相贴合并作相对转动,端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。用于广泛,适应旋转的密封。用于密封各种不同黏度、有毒、易燃、易爆、强腐蚀性和含腐蚀性固体颗粒的介质,寿命可达25000h,一般不低于8000h。目前使用已达到如下技术指标:轴径5~2000mm;压力10-6Mpa真空~45Mpa;温度-200~450℃;速度150/s.
    2、非接触式密封
     1)浮动环密封,浮动环可以在轴上径向浮动,密封腔内通入比介质压力高的密封油。径向密封靠作用在密封环上的弹簧力和密封油油压力与隔离环贴合而达到,轴向密封靠密封环与轴之间的狭小径向间隙对密封油产生节流来实现。浮动环密封结构简单,检修方便,但制造精度高,需采用复杂的自动化供油系统。适应于价值压力大于10Mpa、转速10000~20000r/min、线速度100m/s以上的旋转式流体机械,如气体压缩机、泵类等轴封。
     2)迷宫密封
     ①在旋转件和固定件之间形成很小的曲折间隙来实现密封。适用于高转速,但必须注意在周速大于5m/s时可能使润滑脂由间隙中甩出。
     ②流体经过许多节流间隙与膨胀空腔组成的通道,经过多次节流而产生很大的能量消耗,流体压头大为下降,使流体难于泄露,以达到密封的目的。用于气体密封,若在箅齿及壳体下部设有回油孔,可用于液体密封。
     3)离心密封,借离心力作用(甩油盘)将液体介质沿径向甩出,阻止液体进入泄露间隙,从而达到密封的目的。转速愈高,密封效果愈好,转速太低或静止不动,则密封无效。离心密封结构简单,成本低,没有磨损,不需维护。用于润滑油及其他液体密封,不适应于气体介质。广泛用于高温、高速的各种传动装置以及压差为零或接近于零的场合。
   封胶机  4)螺旋密封,利用螺杆泵原理,当液体介质沿泄漏间隙泄露时,借螺旋作用而将液体介质赶回去,以保证密封。在设计螺旋密封装置时,对于螺旋赶油的方向要特别注意。设轴的旋转方向n从右向左看为顺时针方向,则液体介质与壳体的摩擦力F为逆时针方向,而摩擦力F在该右旋螺纹的螺旋线上的分力A向右,故液体介质被赶向有方。螺旋密封结构简单,制造、安装精度要求不高,维修方便,使用寿命长。适用于高温、高速下的液体密封,不适用于气体密封。低速密封性能差,需设停车密封。
     5)气体密封,利用空气压力来堵住旋轴的泄漏间隙,以保证密封。结构简单,但要有一定压力的气源供气。气源的空气压力比密封介质的压力大0.03~0.05Mpa,气压密封不受速度、温度限制,一般用于压差不大的地方,如用于防治轴承腔的润滑
油漏出,也用于气体的密封,如防止高温燃气漏入轴承腔内。气动密封往往与迷宫密封或螺旋密封组合使用。
      6)喷射密封,在泵的出口处引出高压流体高速通过喷射器,将密封腔内泄露的流体吸入泵的入口处,达到密封的目的,但需设置停车密封装置。喷射密封结构简单,制造、安装方便,密封效果好,但容积效率低,适用于无固体颗粒、低温、低压、腐蚀性介质。

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