流體密封030407其他密封.ppt

,間隙密封屬于流阻型非接觸式動密封,是依靠密封間隙內(nèi)的流體阻力效應而達到阻漏目的。由于存在間隙,避免了固體摩擦，適用于高速情況,既可封堵液體,也可封堵氣體,但泄漏量較大,某些情況下還需配置比較復雜的密封輔助系統(tǒng)。,流體潤滑與密封基礎,7.1.1,基本結構,固定襯套密封： 工作原理:流體通過襯套與軸的微小間隙流動時，由于流體粘性摩擦力作用而實現(xiàn)密封的目的。 結構特點：設計簡單，安裝容易，價格底，但由于長度較大，必須具有較大的間隙以避免軸的偏轉(zhuǎn)、跳動等因素引起軸與襯套的接觸，從而泄露量大。 用途：低壓離心機軸端密封、離心泵泵殼與葉輪的口環(huán)密封、離心泵密封腔底部的襯套密封、高壓柱塞泵背壓套筒密封等,流體潤滑與密封基礎,7.1.2,工作原理-固定襯套密封,套在軸上的圓環(huán)，其內(nèi)表面與軸之間存在一間隙，軸不旋轉(zhuǎn)時環(huán)下垂,內(nèi)表面與軸沿環(huán)的寬度呈線接觸而形成月牙形間隙。當軸旋轉(zhuǎn)時，帶動間隙中的液體進入楔形間隙，形成一層強有力的流體膜，環(huán)受流體動壓作用而上浮，并與軸趨于同心。當這一動壓作用力與環(huán)的重力等外載荷達到平衡時，環(huán)與軸將保持一定的偏心距e。,流體潤滑與密封基礎,7.1.2,工作原理浮環(huán)密封,利用浮動套和浮動環(huán)的自動對中的特性,可將環(huán)與軸之間的間隙設計得很小,既避免環(huán)與軸的固體接觸,又增大了流體通過縫隙的節(jié)流效應,故適用于高速條件,線速度可達40m/s以上。 對于密封液體,液膜一般很薄,只有幾十微米,但流體動力相卻很大,而且不易遭到破環(huán)，所以可把它視為一個“剛度”極大的圓柱面。從這種設想出發(fā),則在圓柱面的兩端假設有壓差和有其他介質(zhì),那么這一層“剛度”極大的膜,就成為一道隔膜,將阻止介質(zhì)在壓差作用下從間隙中通過,即對介質(zhì)起密封作用。因為它是液膜, 所以與固體填料不同,只有少量發(fā)熱而無嚴重的發(fā)熱和磨損問題。因此是一種較理想的密封方式。,流體潤滑與密封基礎,7.1.2,工作原理,間隙密封有下列優(yōu)點: 1）結構簡單,只有幾個形狀簡單的環(huán)、銷、彈簧等零件。多層浮動環(huán)也只是這些簡單零件的組合。比機械密封的零件少。 2）對機器的運行狀態(tài)并不敏感,有穩(wěn)定的密封性能。 3）密封件不產(chǎn)生磨損,密封可靠,維護簡單、檢修方便。 4）因密封件材料為金屬,故耐高溫。 5）浮環(huán)可以多個并列使用,組成多層浮動環(huán),能有效地密封 1OMPa以上的高壓。,流體潤滑與密封基礎,7.1.3,主要優(yōu)缺點,6）能用于1000020000r/min的高速旋轉(zhuǎn)流體機械，尤其適用于氣體壓縮機,許用速度高達100m/s以上,這是其他密封所不能比擬的。 7）采用耐腐蝕金屬材料或里襯耐腐蝕的非金屬材料(如石墨)作浮動環(huán),可以用于強腐蝕介質(zhì)的密封。 8）因密封間隙中是液膜,所以摩擦功率極小,使機器有較高的效率。,流體潤滑與密封基礎,7.1.3,主要優(yōu)缺點,間隙密封的缺點: 密封件的制造精度要求高，環(huán)的不同心度、端面不垂直度和表面粗糙度對密封性能有明顯的影響。 此外，這種密封對液體不能做到封嚴不漏。對氣體雖然可做到封嚴，但需要一套復雜而昂貴的自動化供油系統(tǒng)。,流體潤滑與密封基礎,7.1.3,主要優(yōu)缺點,迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設若干個依次排列的環(huán)形密封齒；齒與齒之間形成一系列節(jié)流間隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時產(chǎn)生節(jié)流效應而達到阻漏的目的。 由于迷宮密封的轉(zhuǎn)子和機殼間存在間隙，無固體接觸，毋需潤滑，并允許有熱膨脹，適應高溫、高壓、高速的場合。 這種密封型式被廣泛用于汽輪機、燃氣輪機、壓縮機、鼓風機的軸端和級間的密封，或其他動密封的前置密封。,流體潤滑與密封基礎,7.2.1,迷宮密封的結構和特點,迷宮密封按密封齒的結構不同，分為密封片和密封環(huán)兩大類。密封齒的型式也很多。,7.2.2,迷宮密封的結構型式,迷宮密封的實際結構將導致氣體流動為湍流。一個節(jié)流齒隙和一個膨脹空腔構成了一級迷宮，多級迷宮組成了實際應用的迷宮密封。齒隙的作用是把氣體的勢能（壓力能）轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，而空腔的作用是通過氣體的湍流混合作用盡可能地把氣流經(jīng)齒形轉(zhuǎn)化的動能變?yōu)闊崮?，而不是讓它在恢復為壓力能。流體通過迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減小的機能稱為“迷宮效應”。而迷宮效應則是水力摩阻效應、流束收縮效應、熱力學效應和透氣效應等的綜合反應。所以說，迷宮密封機理是很復雜的。,流體潤滑與密封基礎,7.2.3,迷宮密封的機理,1、蜂窩密封 由不銹鋼箔沖制并點焊成蜂巢形狀的六邊形小蜂窩孔構成迷宮。 其性能優(yōu)于片齒迷宮，能提高轉(zhuǎn)子的動力穩(wěn)定性，泄漏量小，適用于高壓差的平衡盤密封。,流體潤滑與密封基礎,7.2.3,迷宮密封的擴展,2、刷式密封 刷式密封的內(nèi)孔由大量的按一定方向排列的細絲構成鬃刷式結構。細絲為可塑的圓截面，直徑為0.0510.076mm，相對軸的旋轉(zhuǎn)方向傾斜一定的角度。 常用于氣體介質(zhì)的密封。,7.2.3,迷宮密封的擴展,2、刷式密封 常用于氣體介質(zhì)的密封。,7.2.4,迷宮密封的擴展,槽 形,氣體端面密封的應用,螺旋槽氣體端面密封結構簡圖及端面形狀,氣體端面密封工作原理,氣體端面密封受力分析,氣體端面密封的基本結構串連安裝,氣體端面密封的基本結構面對面安裝,螺旋槽密封氣膜壓力分布圖,工業(yè)應用例1雙端面串連安裝結構,介質(zhì)：丙稀氣，壓力：2.0MPa，溫度：100，轉(zhuǎn)速：2900r/min，軸徑：50.5mm。端面為12個等深對數(shù)螺旋槽，槽寬與壩寬相等。,工業(yè)應用例2雙端面面對面安裝結構,用于雙螺桿氣體壓縮機上，介質(zhì)：氮氣和氯甲烷氣，壓力：0.4MPa，溫度：67，兩螺桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速分別為6441r/min和9030r/min，軸徑：115mm。端面淺槽結構為22個等深T形槽。,工業(yè)應用例3雙端面串連安裝結構,兩端面串連安裝，之間裝有梳齒密封。用于介質(zhì)：NH3，壓力：2.135MPa，溫度：37，轉(zhuǎn)速：7500r/min，軸徑：57.53mm。端面為12個等深對數(shù)螺旋槽，其螺旋槽槽寬小于壩寬。,工業(yè)應用例4雙端面串連安裝結構,兩端面串連安裝，之間裝有梳齒密封。用于介質(zhì)：乙烯氣，壓力3.17MPa，溫度：80150，轉(zhuǎn)速：10923r/min，軸徑：184mm。端面淺槽結構為18個不等深圓弧槽（三角槽）。,是指全液膜潤滑非接觸機械密封。也稱為“上游泵送”密封 特點：減少或排除機械密封的泄露，同時改善密封端面的潤滑善和操作穩(wěn)定性。,流體潤滑與密封基礎,上游泵送液膜潤滑機械密封就是普通機械密封的端面由一個具有低流量，高揚程“端面泵”所代替，把少量的隔離流體沿密封端面輸送到密封腔。端面泵通過端面開各種動壓槽來實現(xiàn)。由于密封腔的液體壓力比隔離流體的壓力高，而隔離流體的流向是從低壓的隔離流向體腔向高壓的的密封腔，所稱為上游泵送。與氣體密封不同的是槽與低壓流體相通；未開曹區(qū)靠近高壓的過程流體側(cè)。,流體潤滑與密封基礎,7.4.2,工作原理,流體潤滑與密封基礎,7.4.1,工作原理,流體潤滑與密封基礎,7.4.3,工業(yè)應用,優(yōu)點：上游泵送液膜潤滑非接觸機械密封由于通過低壓隔離流體對高壓的工藝介質(zhì)流體實現(xiàn)密封，可以代替密封危險或有毒介質(zhì)的普通雙端面機械密封，從而使雙端面機械密封的高壓隔離流體變成極為普通的低壓或常壓系統(tǒng)，降低了成本，提高了設備運行的可靠性。 應用：防止有害液體向外界環(huán)境泄露、防止被密封介質(zhì)中的固體顆粒進入密封端面、用液體來密封氣相過程流體，或者普通接觸型機械密封難以勝任的高速高壓密封工況等。,流體潤滑與密封基礎,7.4.3,最新進展,零泄露 雙向旋轉(zhuǎn),流體潤滑與密封基礎,7.5.1,離心密封的結構形式和特點,離心密封是利用回轉(zhuǎn)體帶動液體旋轉(zhuǎn)使之產(chǎn)生徑向離心壓力以克服泄的裝置。產(chǎn)生的離心力或者抵抗液體的壓力或者形成一液體屏障以密封氣體。 特點：離心密封的密封能力來源于機械軸旋轉(zhuǎn)帶動密封元件所做的功，是一種動力密封。沒有直接接觸的摩擦副為非接觸式密封，可以采用較大的間隙，但當轉(zhuǎn)速低或停車時，密封能力喪失，需要配置停車密封。 分類： 光滑圓盤密封；背葉片密封；副葉輪密封,流體潤滑與密封基礎,7.5.1,離心密封的結構形式和特點,光滑圓盤密封,流體潤滑與密封基礎,7.5.1,離心密封的結構形式和特點,背葉片密封和副輪片式密封,流體潤滑與密封基礎,7.5.2,離心密封的基本原理,密封氣體用離心密封,流體潤滑與密封基礎,7.5.2,密封液體用離心密封,螺旋密封最簡單的結構如圖 。在密封的軸表面車制螺旋槽，密封的孔為光表面,構成直通 型螺旋密封。螺紋截面形狀 有三角形、鋸齒形和方形。 螺紋頭數(shù)有單頭和多頭。在 旋轉(zhuǎn)頻率較低時,應選用多頭 螺紋。,流體潤滑與密封基礎,7.6.1,螺旋密封的結構,螺旋密封的最大優(yōu)點是密封偶件之間即使有較大的間隙，也能有效地起密封作用。但往往需要輔以停車密封，這樣，就使結構復雜，并加大了尺 寸，使應用受到限制。 螺旋密封應用于許多尖端技術部門，如氣冷堆壓縮機密封、增殖堆納泵密封等。有時也用于減速機高速軸密封。 螺旋密封可用于高溫、深冷、腐蝕和帶有 顆粒等的液體，密封條件苛刻時，也能使密封效果良好。,流體潤滑與密封基礎,7.6.1,螺旋密封的結構,螺旋密封的軸表面開有螺旋槽，孔為光表面，這同迷宮密封的開槽情況是一致的，所以可以把螺旋密封看成是迷宮中的一種特殊型式，稱為螺旋迷宮。但螺旋迷宮的齒是連續(xù)的，則通過齒的介質(zhì)的流動狀態(tài)發(fā)生變化。螺旋槽不再作為膨脹室產(chǎn)生旋渦來消耗流動的能量，而是作為推進裝置與介質(zhì)發(fā)生能量交換，產(chǎn)生所謂“泵送作用”和泵送壓頭，與被密封介質(zhì)的壓力相平衡，即壓力差p =0，從而阻止泄漏。故密封機理與迷宮密封略有不同。但介質(zhì)在通過間隙時，有一部分越過齒頂流過，而不沿槽流 動，即有“透氣效應”，這和迷宮密封是一樣的。,流體潤滑與密封基礎,7.6.2,螺旋密封的機理,不同螺旋結構密封機理稍有區(qū)別。 1、單段螺旋單向回流密封 利用螺桿泵原理，靠螺旋的泵送作 用，把沿間隙泄漏的介質(zhì)推趕回去， 以實現(xiàn)密封。適用于密封液體或氣液 混合物，無需外加封液，常用于軸承 封油。需注意螺旋的趕油方向需與油 的泄漏方向相反，否則不但不能實現(xiàn) 密封，反而會導致泄漏量急驟增加。,流體潤滑與密封基礎,7.6.2,螺旋密封的機理,2、封液密封 利用兩段旋向相反的螺旋，將封液擠向中間，形成液封。液封的壓力稍大于或等于被密封介質(zhì)壓力，既能實現(xiàn)密封。 常用于密封氣體或密封真空。,流體潤滑與密封基礎,7.6.2,螺旋密封的機理,3、真空密封 兩段旋向相反的螺旋，在高速旋轉(zhuǎn)頻率下，使氣體向兩側(cè)排出。造成中間形成“高真空陷阱”以實現(xiàn)密封。 這種密封可用作真空密封。,流體潤滑與密封基礎,7.6.2,螺旋密封的機理,從理論上講，螺旋密封的問隙越小則對確保密封越有利。如果間隙大，則液體介質(zhì)不能同時附著于軸和孔的表面上。假設液體介質(zhì)僅附著于孔壁而與軸分離，則螺旋密封不起推趕介質(zhì)的作用，即密封失效。但是，間隙太小，又怕軸與孔壁相碰。為避免產(chǎn)生密封金屬偶件的摩擦與磨損，可在孔壁表面涂上一層石墨。,流體潤滑與密封基礎,7.6.2,螺旋密封的機理,停車密封,7.7,7.7.1,離心式停車密封,停車密封,7.7,7.7.1,離心式停車密封,停車密封,7.7,7.7.2,壓力調(diào)節(jié)式式停車密封,停車密封,7.7,7.7.2,壓力調(diào)節(jié)式式停車密封,停車密封,7.7,7.7.3,氣膜式停車密封,磁性流體是把磁鐵礦等強磁性 的微細粉末（約100）在水、油類、脂類、醚類等液體中進行穩(wěn)定分散的一種膠態(tài)液體。該液體具有在通常離心力和磁場作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可被磁鐵所吸引的特性。 磁流體由3種主要成分組成： 1）固態(tài)鐵磁體微粒（Fe3O4）； 2）包覆著微粒并阻止其相互凝聚的表面活性（穩(wěn)定）劑； 3）載液（溶媒）。,磁流體密封,7.8,7.8.1,磁流體的組成,固態(tài)鐵磁體微粒懸浮在載液中，同時表面上吸附著一層表面活性劑，在離心力及磁場作用下，它既不沉淀也不凝聚，而是穩(wěn)定地懸浮在液相中，保持著均勻混合的懸浮狀態(tài)。鐵磁體微?？梢允撬难趸F、氧化鐵和二氧化鉻，其粒度一般為100200。穩(wěn)定分散劑有油酸、氟醚酸等, 它吸附在微粒表面形成單分子層（保護層），借分子力作用使各粒子不聚膠。載液是不導電液體，根據(jù)密封介質(zhì)來定，可選水類、油類、脂類和醚類等。,磁流體密封,7.8,7.8.1,磁流體的組成,金屬氧化物磁性微粒屬無機類固體微粒，不溶解或難分散在一般的載體中。故微粒與載液兩相之間的聯(lián)接需加入第三者，即表面活性劑，其既能吸附于固體微粒表面，又能具有被載液溶劑化的分子結構。實驗表明，所采用的表面活性劑分子是一種極性官能團的結構。其“頭部”一端化學吸附于磁性微粒表面上，另一“尾部”端伸向懸浮著微粒的載液中。如載液與這尾部有相似結構時，它們就能很好地相互溶解。由于磁性微粒的外表面上形成了薄薄的涂層，致使微粒彼此分散，懸浮于載液中。包覆了表面活性劑的微粒彼此接近時，因它們有相同的尾部而相斥，使微粒不會因其相吸而從載液中分離或沉淀出來。,磁流體密封,7.8,7.8.1,磁流體的組成,作密封用的磁流體是一種磁性的膠體溶液，其性能要求是： 1、穩(wěn)定性好，不凝聚、不沉淀、不分解，是磁流體各種特性存在的前提。 2、飽和磁化強度高； 3、起始磁導率大； 4、粘度和飽和蒸氣壓低。 其他如凝固點、沸點、導熱率、比熱和表面張力等也有一定的要求。影響磁流體穩(wěn)定性的主要因素有： 微粒粒度大小、表面活性劑和載液以及它們的合理配比。,磁流體密封,7.8,7.8.2,磁流體的特性,磁流體密封,7.8,7.8.3,磁流體的工作原理,磁流體密封,7.8,7.8.3,磁流體的工作原理,磁流