密封是防⽌⽓体、液体或者固体的泄漏与组织外部颗粒、流体进⼊密闭空间或管道系统的功⽤。能起密封作⽤的零部件称为密封件。较为复杂的密封连接称之为密封结构或密封装置。
密封装置⼴泛地⽤于⼯业、农业、国防和⼈们的⽇常⽣活之中。现代化⼯、⽯油、航天、原⼦能及深海技术的迅速发展对设备的密封提出越来越⾼的要求。密封失效可能是造成能源和材料资源的浪费、环境的污染，甚⾄设备的报废和⼈员的伤亡。由于泄漏⽽造成的事故有很多，⽇本炼油⾏业今年来发⽣的燃烧爆炸事故70%是由泄漏造成的；美国挑战者号航天飞机的爆炸也是泄漏造成的灾难性事故之⼀。流体密封是⼀个复杂⽽较难解决的问题，密封的可靠性不仅与所采⽤的密封材质和密封元件有关，⽽且与连接结构形式、介质特性、⼯况条件等诸多因素有关。
对于压⼒容器⾏业，密封的应⽤范围更加⼴泛，⽐如设备法兰和管法兰等等，如图1所⽰。
图1压⼒容器⾏业常见的密封装置
1 密封
1.1 密封理论
⾮接触型动密封的密封结构不同，密封机理相差很⼤，⽆法详细归类。对于接触型密封，⽆论动密封还是静密封都是固体间的接触密封，其密封机理的理论可以分为三类：阻断理论、⾃封理论和过盈理论。 （1）阻断理论阻断理论认为，密封材料的密封作⽤，是由密封材料对于接合表⾯的接触压⼒和对于紧固外⼒的弹性回复⼒所共同形成的对内部介质的阻断作⽤⽽产⽣的。阻断理论主要适⽤于垫⽚静密封。对于垫⽚密封，密封原理分为两种：塑性⾯接触密封原理和弹性线接触密封原理。如图2（a）所⽰，为垫⽚塑性⾯接触密封，即由螺栓⼒使法兰将垫⽚压紧，垫⽚产⽣塑性变形，以填充密封⾯上的不平处，消除间隙。如图2（b）所⽰，为弹性线接触密封，即垫⽚与密封⾯为不同曲率的精密成型表⾯，相接触后构成闭合的圆形接触线，依靠接触线上的魏晓弹性变形来填塞密封线上不平出，达到消除间隙的⽬的。 图2 垫⽚密封原理
机器人定位技术（2）⾃封理论当密封材料被安装到结合部位后，对接合表⾯产⽣⼀定的接触压⼒。当内部介质压⼒作⽤时，内压通过密封材料叠加到接触压⼒上，使密封材料与接合表⾯更好的贴合，增加了密封效果。
互助系统（3）过盈理论密封材料是具有过盈量的刃⼝结构，对轴接触⾯能够产⽣⾜够⼤的接触压⼒，达到密
封的⽬的。油封是典型的过盈密封。
1.2 密封分类
密封的分类⽅法有很多。按所密封的介质可以分为液体密封、⽓体密封等；按密封压⼒可以分为⾼压密封、中低压密封、真空密封等；按接触⾯间的相对运动状态分为动密封和静密封。习惯上，常按后者分类，如图3所⽰。静密封是指密封⾯之间没有相对运动的密封；动密封是指密封接合⾯之间有相对运动，如旋转密封和活塞缸体密封等。静密封⼜可以作如图4的分类。
图3 密封的分类
图4 静密封的分类
1.3 介质泄漏机理
（1）穿漏[2]（Penetration）流体通过密封⾯间隙的泄漏。
成因：a.流体存在压⼒差△P；b.泄漏缝隙h；CL在性方面是什么意思
特点：单向泄漏，从⾼压侧到低压侧；
泄漏量：是衡量密封装置密封性能的主要指标；
单向周边泄漏量：
（2）渗漏（Percolation）在压⼒差△P的作⽤下，被密封流体通过密封件材料的⽑细管的泄漏。
成因：a.流体存在压⼒差△P；b.密封件材料⽑细管；
heff特点：单向分⼦泄漏；
⽓体重量泄漏量：
式中，r：⽑细管或接触⾯⽑细通道半径。
2 ⾼压容器常⽤的密封形式
2.1 平垫密封
⾦属平垫密封[3]是最常见的强制密封。预紧和⼯作压⼒下，依靠筒体端部⼤法兰上的主螺栓施加⾜够的压紧⼒来实现密封。预紧⼒的⼤⼩与垫⽚的宽度、垫⽚材料的屈服强度有关。⼯作时介质压⼒上升，轴向⼒通过顶盖传递⾄主螺栓，使主螺栓发⽣弹性伸长，垫⽚随之发⽣回弹，此时仍保持垫⽚上 有⼀定的⽐压，⽅式如图5所⽰。
平垫密封结构简单、加⼯⽅便、使⽤成熟，在直径⼩、压⼒不太⾼的场合密封可靠。当结构尺⼨⼤压⼒⾼时，螺栓尺⼨也较⼤，结构笨重，装拆不便，每次检修都要更换垫⽚。
适⽤范围：⽤于温度低于200℃、压⼒⼩于32MPa、容器内径不⼤于800mm的场合。
图5平垫密封形式
2.2 双锥密封
双锥密封是⼀种半⾃紧密封结构，保留了主螺栓。采⽤软钢和不锈钢制作双锥⾯密封垫，密封⾯为锥⾯。密封⾯上各开有两条半圆形或三⾓形沟槽，密封⾯上设有软⾦属垫⽚。双锥环⽤托环、螺钉固定在平盖上。双锥⾯的内圆柱⾯与平盖的圆柱⽀撑⾯的间隙应控制在⼀定范围，保证预紧时内圆柱与平盖贴紧，且双锥环不发⽣压缩屈服。当内压升⾼顶盖上浮时，⼀⽅⾯靠双锥环⾃⾝的弹性扩张⽽保持密封⾯上的⽐压；另⼀⽅⾯靠介质压⼒使双锥环沿径向向外扩张，使密封⾯上的密封⽐压进⼀步增⼤，进⽽达到密封效果，⽅式如图6所⽰。
双锥密封的特点：加⼯精度要求不太⾼，⽣产周期短，可以⽤在较⼤的温度、压⼒、直径范围内，由于径向⾃紧作⽤，在压⼒和温度波动下密封性能良好，主螺栓预紧⼒⽐平垫密封⼩。但仍需⼤螺栓承
受预紧⼒和轴向⼒，密封元件⼤，零件较多。
图6 双锥密封形式
1- 主螺母；2- 垫圈；3- 主螺栓；4- 平盖；5- 双锥环；
6-软⾦属垫⽚；7-圆筒端部；8-螺栓；9-托环
2.3 “B”形环密封
B形环密封是⼀种⾃紧密封，依靠B形环波峰和筒体、顶盖上的密封槽之间的径向过盈来产⽣密封⾯的初⽐压，以达到预密封。当内压作⽤后，B形环向外扩张，密封⽐压增加，保持很好的密封效果，其形式如图7所⽰。
B形环密封的特点：对连接结构刚度要求低，适⽤于⾼压和温度波动较⼤的场合，压⼒越⾼、直径越⼤，密封效果越好。加⼯精度要求⾼，制造困难，拆卸不便，容易擦伤接触⾯。
图7 “B”形环密封形式
2.4 伍德密封
伍德密封结构是⼀种最早使⽤的⾃紧式密封结构。安装时，将顶盖、压垫、四合环、牵制环依次装⼊，拧紧拉紧螺栓，使四合环贴住筒体，⽤牵制螺栓将顶盖吊起⽽压紧楔形压垫，达到初始预紧密封。操作时，压⼒载荷全部加到浮动顶盖上，密封⽐压随介质压⼒上升⽽增加，其形式如图8所⽰。
伍德密封的特点：温度和压⼒波动时，能保持良好的密封性能；介质压⼒产⽣的轴向⼒通过顶盖传递给压垫和四合环，最后全部传递到上部筒体，没有主螺栓，密封可靠。但结构复杂笨重、零件多，加⼯精度要求⾼，安装要求⾼。
红外扫描仪图8 伍德密封形式
超导空调1- 顶盖；2- 预紧螺栓；3- 螺母；4- ⽀持环；5- 四合环；6- 拉紧螺栓；7-密封环；8-筒体端部
3 ⾼压密封的发展趋势
（1）顶盖置于筒体端部法兰内部并与法兰顶部齐平。在顶盖和筒体端部法兰的许多相对位置关系中，只有将顶盖置于简体端部法兰内部，并与法兰顶部齐平，才能使顶盖重量最轻，法兰⾼度最⼩。
（2）内压所产⽣的轴向载荷和密封⽐压所产⽣载荷由不同零件承担，并采⽤轴向抗剪螺栓。顶盖与筒体端部之间的承⼒构件对⾼压密封装置的受⼒和装拆有很⼤影响，若设计得当，可使密封装置装拆⽅便，受⼒合理。
（3）采⽤⼩环⾯密封，并能单独实现初始密封和预紧程度调节，减少密封⾯宽度，以及减⼩密封预紧作⽤⼒。将承⼒构件与密封元件截然分开，可以减轻螺栓载荷，消除承⼒构件加⼯精度对密封的影响，使两者的设计更加显得灵活。
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