流体密封技术串讲-PPT

• 是一门多学科穿插的边缘学科。
• 涉及三局部内容：摩擦、磨损和润滑。
• 摩擦〔Friction〕：研究具有相对运动的、相互作用的外 表间的有关理论与实践问题；两个相互接触物体在外力作 用下，发生相对运动〔或着有相对运动趋势〕时产生切向 阻力的物理现象。
• 磨损〔Wear〕：摩擦产生的重要现象之一，由于外表相对 运动而不断发生损耗的过程或者产生剩余变形的现象。
H 1.密封机理、方法和分类
• 1.1 泄漏机理 • 1.2 密封方法和分类 • 1.3 对密封产品或密封系统的基本要求 • 1.4 流体密封技术的发展
H 1.密封机理、方法和分类
1.1 泄漏机理
• 两个隔离的区域1和2分别包含同种 或不同种的流体Ⅰ和Ⅱ，但它们具有 共同的边界，这些边界可以是圆柱形 的，例如往复机械或旋转机械中的轴 、活塞或阀杆等，也可以是环形平端 面，如法兰密封面。
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2M RT rl3p
•
• 式中，r：毛细管或接触面毛细通道半径。
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• 扩散(Proliferation)
• 定义：在浓度差ΔC的作用下，密封介质通过密封间隙或密封材料的 毛细管产生的泄漏，叫做扩散。
• 成因：①、介质浓度差ΔC；②、密封间隙或密封材料毛细管。 • 特点：双向泄漏，泄漏量小。 • 如醚类，渗透性强；采用波纹管密封。
及其波动〕
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0.2 流体密封技术的重要作用 ①.虽非核心技术，但有可能是决定性技术
②.决定机器设备的平安性和可靠性 ③.环境保护
④.能源和物质节约、提高经济效益
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讲授内容
一．流体密封的基本理论和基本知识 二．流体静密封技术 三．流体动密封的基本原理及知识 四．不停车堵漏技术、泄漏检测技术

方法——来自于ASME推荐的“具有环形垫 片的法兰连接的计算规范”，我国GB15098《钢制压力容器》中“法兰”一节。 基于泄漏率的设计新方法PVRC。
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高压密封
§3-7 强制式密封
高压密封的特点 高压密封的分类 3.7.1平垫密封 3.7.2卡扎里密封
改良的卡扎里密封
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§3-8 自紧式密封
密封机理
研究问题
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§6-4 螺旋密封
6.4.1螺旋密封的结构 6.4.2螺旋密封的工作原理 6.4.3螺旋密封的封液能力
§6-5 停车密封
6.5.1离心式停车密封 6.5.2压力调节式停车密封 6.5.3气膜式停车密封
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本章了解的知识点： 机械密封的各种形式 机械密封的其他零件及材料 机械密封的循环保护 典型结构
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§5-1 机械密封的工作原理
5.1.1机械密封的基本结构 机械密封的组成 5.1.2机械密封的工作原理 机械密封的工作原理 机械轴封的三个密封点
– 机械搅拌通风发酵罐结构动画演示 – 机械搅拌通风发酵罐轴封的动画演示 – 机械密封装配过程动画演示
§4-3 硬填料密封
§4-4 成型填料密封
§4-5 油封
本章重点：
阀门软填料密封的结构、工作原理
软填料密封的泄漏
软填料密封的异常磨损
活塞环密封
O形圈
V形圈
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本章了解的知识点： 活塞杆填料密封 其他挤压型密封圈 其他唇形密封圈 油封

广泛性：30万吨乙烯旳五套装置,六套配装置,七套辅助装置中密封点123 万个。
危害性:化工厂处理旳诸多流体都是易燃、易爆、有毒或腐蚀性旳而且 通有压力和温度，一旦发生泄漏，其后果比单纯经济损失严重得多。
美国航天飞机“挑战者”号； 印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐泄漏； 前苏联切尔诺贝利核电站核反应堆核泄漏事故。
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题
挑战者号航天飞机在顺利上升：7秒钟时，飞机翻转；16秒钟时，机身背向地面，机腹 朝天完毕转变角度；24秒时，主发动机推力降至预定功率旳94%；42秒时，主发动机按 计划再减低到预定功率旳65%，以防止航天飞机穿过高空湍流区时因为外壳过热而使飞 机解体。这时，一切正常，航速已达每秒677米，高度8000米。50秒钟时，地面曾有人发 觉航天飞机右侧固体助推器侧部冒出一丝丝白烟，这个现象没有引起人们旳注意。52秒 时，地面指挥中心告知指令长斯克比将发动机恢复全速。59秒时，高度10000米，主发动 机已全速工作，助推器已燃烧了近450吨固体燃料。此时，地面控制中心和航天飞机上旳 计算机上显示旳多种数据都未见任何异常。65秒时，斯克比向地面报告“主发动机已加 大”，“明白，全速迈进”是地面测控中心收听到旳最终一句报告词。第72秒时，高度 16600，航天飞机忽然闪出一团亮光，外挂燃料箱凌空爆炸，航天飞机被炸得粉碎，与地 面旳通讯猝然中断，监控中心屏幕上旳数据陡然全部消失。挑战者号变成了一团大火， 两枚失去控制旳固体助推火箭脱离火球，成V字形喷着火焰向前飞去，眼看要掉入人口稠 密旳陆地，航天中心负责安全旳军官比林格手疾眼快，在第100秒时，经过遥控装置将它 们引爆了。
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题
1 第 章 概述
1.1 过程装备旳密封问题 因为密封旳普遍性和主要性，近一种世纪来，形成了一门研究密封规律，

• 填料和导向套靠注油润滑，可带走摩擦热和提高密封性 。注油点A、B一般设在导向套和第二组填料上方。填料 右侧有气室6，由填料漏出的气体和油沫自小孔c排出并 用管道回收，气室的密封靠右侧的前置填料7来保证。
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(二)、活塞杆填料密封
• 1.平面填料
• 带前置填料的结构一般用于密封易燃或有毒气体，必要 时采用抽气或用惰性气体通入气室进行封堵，防止有毒 气体漏出。
• 其中的编结填料按编织方式又分为：夹心套层式编 结填料、发辫式编结填料、穿心式编结填料。（图 4-3）
H 软填料材料组成
• 基体材料： ➢ 橡胶：天然橡胶、合成橡胶（NBR、CR、SBR、
EPDM）； ➢ 纤维：矿物类（石棉、柔性石墨）； ✓ 植物类（棉花、麻）； ✓ 动物类（皮革、毛发）； ✓ 合成类（人造丝、各种合成纤维）。 • 辅助材料：金属、润滑剂、防腐蚀剂
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应力特征：径向应力分布
a (x) g exp( x) ri (x) K1 a (x) K1 a (x) exp( x) ro (x) K2 a (x) K2 a (x) exp( x)
H 流体压力分布
ri (L) K1 a (L) exp(L) r o ( x) K2 a ( x) exp( L) a ( x) g exp(L) g p exp(2 L) / K 1
软填料密封的磨损与润滑
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1.3 软填料密封结构设计
• 结构的基本要求：
➢ ①径向应力分布均匀，且与泄漏介质压力分布规律一致；
➢ ②考虑冷却和润滑措施，及时带走摩擦热；
➢ ③设置自动补偿装置（降低应力松弛）；
➢ ④装拆方便（集装式、箱体剖分等）；
➢ ⑤防止填料挤出（隔环、组合式填料等）；

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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪29、勇猛、大胆和坚定源自决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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流体机械密封学讲义
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。

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我国机械密封的发展
从上世纪50年代开始研制、60年代开始认识和使用 机械密封，随后陆续生产、研究，形成一定的研 究、设计和生产能力，并制订了一系列的标准。 我国著名高科技密封公司有：
天津鼎名密封有限公司（王玉明院士）
一批机械密封的研究机构和队伍
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⑷ 力学分析
密封环带面积A：
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闭合力Fc 密封流体压力p和弹簧力Fs等引起的作用
于补偿环上使之对于非补偿环趋于闭合的力。
FcpeApsA KpApsA(Kp ps)A 24
开启力Fo 作用在补偿环上使之对于非补偿环趋
于开启的力。
FopmApA
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端面比压pc 作用在密封环带上单位面积上的静闭合力。
pc
Fc Fo A
(Kpps)ApA
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导热系数k
导热系数越大 传递热量越快 传递一定热量所需的温度梯度越小 端面温度越低 端面液膜沸腾的危险性越小 密封环热裂的可能性越小
导热系数越大越好 46
热膨胀系数α 以多种方式影响着密封的性能
首先，由于存在轴向和径向的温度梯度，将影响端 面的变形锥；同时，如果材料的轴向膨胀沿圆周 方向是变化的，则密封端面将形成波形表面。
机械密封摩擦副常用的硬质合金有：钴基碳化钨 （WC-Co）、镍基碳化钨（WC-Ni）、镍铬基碳化 钨（WC-Ni-Cr）
碳化钛硬质合金，硬度高、耐磨、高刚度，良好的韧 性和抗冲击能力，适宜于高温有剧烈变化的场合， 但价格高。
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c 工程陶瓷
氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷
氧化铝陶瓷：主要成分是Al2O3和SiO2，Al2O3超过 60%的叫做刚玉瓷。目前机械密封环用的较多的是 （95～99.8%）Al2O3的刚玉瓷，分别被简称为95 瓷和99瓷。