密封基礎(chǔ)知識

密封基礎(chǔ)知識1.1泄露泄露是機(jī)械設(shè)施常產(chǎn)生的故障之一。造成泄露的原因主要有兩方面：一是由于機(jī)械加工的結(jié)果，機(jī)械產(chǎn)品的表面必定存在各樣缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機(jī)械零件聯(lián)接處不可防止地會產(chǎn)生空隙；二是密封兩側(cè)存在壓力差，工作介質(zhì)就會經(jīng)過空隙而泄露。減小或除去空隙是阻止泄露的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的空隙封住，隔絕或切斷泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或許在通道中加設(shè)小型做功元件，對泄露物造成壓力，與惹起泄露的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄露。關(guān)于真空系統(tǒng)的密封，除上述密封介質(zhì)直接經(jīng)過密封面泄露外，還要考慮下面兩種泄露形式：滲漏。即在壓力差作用下，被密封的介質(zhì)經(jīng)過密封件材料的毛細(xì)管的泄露稱為滲漏；擴(kuò)散。即在濃度差作用下，被密封的介質(zhì)經(jīng)過密封空隙或密封材料的毛細(xì)管產(chǎn)生的物質(zhì)傳達(dá)成為擴(kuò)散。1.2密封的分類密封可分為相對靜止接合面間的靜密封和相對運(yùn)動接合面間的動密封兩大類。靜密封主要有點(diǎn)密封，膠密封和接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封由可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟，墊片較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬，接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封能夠分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本種類。按密封件與其作用相對運(yùn)動的零零件是否接觸，能夠分為接觸式密封和非接觸式密封。一般說來，接觸式密封的密封性好，但受摩擦磨損限制，合用于密封面線速度較低的場合。非接觸式密封的密封性較差，合用于較高速度的場合。1.3密封的選型對密封的基本要求是密封性好，安全可*，壽命長，并應(yīng)力爭結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡單，制造維修方便，成本低廉。大多半密封件是易損件，應(yīng)保證交換性，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化。1.4密封材料密封材料的種類及用途密封材料應(yīng)知足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設(shè)施的工作條件不同，要求密封材料的擁有不同的適應(yīng)性。對密封材料的要求一般是：1）材料致密性好，不易泄露介質(zhì)；2）有適合的機(jī)械強(qiáng)度和硬度；3）壓縮性和回彈性好，永遠(yuǎn)變形??；4）高溫下不軟化，不分解，低溫下不硬化，不脆裂；5）抗腐化性能好，在酸，堿，油等介質(zhì)中能長久工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；6）摩擦系數(shù)小，耐磨性好；7）擁有與密封面聯(lián)合的柔軟性；8）耐老化性好，持久耐用；9）加工制造方便，價(jià)錢便宜，取材容易。橡膠是最常用的密封材料。除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨等，聚四氟乙烯以及各樣密封膠等。通用的橡膠密封制品材料通用的橡膠密封制品在國防，化工，煤炭，石油，冶金，交通運(yùn)輸和機(jī)械制造工業(yè)等方面的應(yīng)用越來越寬泛，已成為各樣行業(yè)中的基礎(chǔ)件和配件。橡膠密封制品常用材料如下。丁腈橡膠擁有優(yōu)秀的耐燃料油及芬芳溶劑等性能，但不耐酮，酯和氯化氫等介質(zhì)，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡膠為主。氯丁橡膠擁有優(yōu)秀的耐油和耐溶劑性能。它有較好的耐齒輪油和變壓器油性能，但不耐芬芳族油。氯丁橡膠還擁有優(yōu)秀的耐天候老化和臭氧老化性能。氯丁橡膠的交聯(lián)斷裂溫度在200℃以上，往常用氯丁橡膠制作門窗密封條。氯丁橡膠關(guān)于無機(jī)酸也擁有優(yōu)秀的耐腐化性。別的，由于氯丁橡膠還擁有優(yōu)秀的撓曲性和不透氣性，可制成膜片和真空用的密封制品。天然橡膠與多半合成橡膠相比，擁有優(yōu)秀的綜協(xié)力學(xué)性能，耐寒性，較高的回彈性及耐磨性。天然橡膠不耐礦物油，但在植物油和醇類中較穩(wěn)定。在以正丁醇與精制蓖麻油混淆液體組成的制動液的液壓制動系統(tǒng)中作為密封件的膠碗，膠圈均用天然橡膠制造，一般密封膠也常用天然橡膠制造。氟橡膠擁有突出的耐熱（200～250℃），耐油性能，可用于制造氣缸套密封圈，膠碗和旋轉(zhuǎn)唇形密封圈，能顯著地提高使用時(shí)間。硅橡膠擁有突出的耐高低溫，耐臭氧及耐天候老化性能，在-70～260℃的工作溫度范圍內(nèi)能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優(yōu)點(diǎn)，適宜制作熱機(jī)構(gòu)中所需的密封墊，如強(qiáng)光源燈罩密封襯圈，閥墊等。由于硅橡膠不耐油，機(jī)械強(qiáng)度低，價(jià)錢昂貴，因此不宜制作耐油密封制品。三元乙丙橡膠的主鏈?zhǔn)遣缓p鍵的完全飽和的直鏈型結(jié)構(gòu)，其側(cè)鏈上有二烯涇，這樣便可用硫磺硫化。三元乙丙橡膠擁有優(yōu)秀的耐老化性，耐臭氧性，耐候性，耐熱性（可在120℃環(huán)境中長久使用），耐化學(xué)性（如醇，酸，強(qiáng)堿，氧化劑），但不耐脂肪族和芬芳族類溶劑侵害。三元乙丙橡膠在橡膠中密度是最低的有高填充的特性，但缺乏自粘性和互粘性。別的，三元乙丙橡膠有突出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品。三元乙丙橡膠已寬泛用于洗衣機(jī)，電視機(jī)中的配件和門窗密封制品，或多種復(fù)合體剖面的膠條生產(chǎn)中。聚氨脂橡膠擁有優(yōu)秀的乃磨性和優(yōu)秀的不透氣性，使用溫度范圍一般為-20～80℃。別的，還擁有中等耐油，耐氧及耐臭氧老化特性，但不耐酸堿、水、蒸汽和酮類等。適于制造各種橡膠密封制品，如油封、O形圈和隔閡等。氯醚橡膠兼有丁腈橡膠，氯丁橡膠，丙烯酸酯橡膠的優(yōu)點(diǎn)，其耐油、耐熱、耐臭氧、耐燃、耐堿、耐水及耐有機(jī)溶劑性能都很好，并有優(yōu)秀的工藝性能，其耐寒性較差。在使用溫度不太低的情況下，氯醚橡膠仍是制造油封，各樣密封圈，墊片，隔閡和防塵罩等密封制品的優(yōu)秀材料。丙烯酸酯橡膠擁有耐熱油（礦物油，潤滑油和燃料油），特別是在高溫下的耐油穩(wěn)定性能，一般可達(dá)175℃，空隙使用或短時(shí)間可耐溫200℃。它的缺點(diǎn)是耐寒性差。因此在非寒冷地域適合制作耐高溫油的油封，但不適合作高溫下受拉伸或壓縮應(yīng)力的密封制品。2、墊密封墊密封寬泛應(yīng)用于管道，壓力容器以及各樣殼體的聯(lián)合面的靜密封中。墊密封有非金屬密封墊，非金屬與金屬組合密封墊和金屬密封墊三大類。其常用材料有橡膠，皮革，石棉，軟木，聚四氟乙烯，鋼，鐵，銅和不銹鋼等。墊密封的泄露有三種形式：界面泄露，滲透泄露和破壞性泄露。其中從前二者為主要形式。3.1概括密封材料的功能是填充構(gòu)形復(fù)雜且不利施工的空隙，以起密封作用。密封材料主要有三種種類：1）硫化型的橡膠墊片或密封圈；2）非硫化型的密封膠帶；3）無固定形狀的膏狀或膩?zhàn)訝畹囊后w密封膠。3.2密封膠的分類密封膠的品種及種類好多。為了知足同一使用要求，能夠使用幾種不同基料的密封膠；而同一種基料又能制造出不同性能和不同的用途的密封膠。從密封膠的制造者和使用者兩方面考慮，密封膠有多種分類方法。一般可按下述四種方法進(jìn)行分類。按密封膠基料分類此類密封膠以橡膠為基料。常用橡膠有聚硫橡膠，硅橡膠，聚氨酯橡膠，氯丁橡膠和丁基橡膠等。此類密封膠以樹脂為基料。常用樹脂有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、聚丙烯酸樹脂、聚氯乙烯樹脂等。此類密封膠以油料為基料。常用的油類有各樣植物油如亞麻油，蓖麻油和桐油，以及動物油（如魚油）等。按密封膠硫化方法分類此類密封膠系列利用空氣中的水分進(jìn)行硫化。它主要包括單組分的聚氨酯、硅橡膠和聚硫橡膠等。其聚合物基料中含有活性基因，能同空氣中的水發(fā)生反響，形成交聯(lián)鍵，使密封膠硫化成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。大氣中的濕氣作為硫化反響中的催化劑。雙組分的聚氨酯、硅橡膠、聚硫橡膠、氯丁橡膠和環(huán)氧樹脂密封膠都屬于這一類，一般在室溫條件下達(dá)成硫化。某些單組分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡膠密封膠以及聚氯乙烯溶膠糊狀密封膠（如汽車用點(diǎn)焊膠），則須在加條件下經(jīng)化學(xué)反響達(dá)成硫化。用增塑劑分別的聚氯乙烯樹脂和含有瀝青的橡膠并用的密封膠是兩個(gè)不同種類的熱轉(zhuǎn)變體系。乙烯基樹脂增塑體在室溫下是液態(tài)懸浮體，經(jīng)過加熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w而硬化；而橡膠——瀝青并用密封膠則為熱熔性的。表面干燥的嵌縫或安裝玻璃用密封膠屬這種種類，主要以干性和半干性植物油為基材。著中類油料能夠是精制聚合的、吹制的或化學(xué)改性的。用環(huán)烷酸鈷作催干劑加快表面干燥而內(nèi)部不硬化；環(huán)烷酸鉛可使表面和內(nèi)部都硬化；而環(huán)烷酸錳使內(nèi)部硬化更有效。這是以溶劑揮發(fā)后無粘性高聚物為基料的密封膠。這一類密封膠主要有丁基相交、高分子量聚異丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡膠等密封膠。這類密封膠往常包括以聚丁烯、中平分子量的聚異丁烯、高粘度的非氧化性粘接料如苯乙烯基油、不干性植物油、吹制半干性油或丁基橡膠為基料的密封膠。按密封膠形態(tài)分類這類密封膠屬初級別密封膠，往常采用3種主要材料：油和樹脂；聚丁烯；瀝青。常用于密封小窗戶的固定玻璃，其接縫移動變形量最大為+5%或-5%，使用有效期一般為2年。這類密封膠包括經(jīng)硫化可形成彈性狀態(tài)的液態(tài)聚合物。他們擁有承受重復(fù)的接縫變形能力。液態(tài)彈性體密封膠使用壽命一般為15～20年。這類密封膠擁有高的粘接力和剪切強(qiáng)度，室溫下?lián)碛袃?yōu)秀的柔軟性。其缺點(diǎn)為價(jià)錢高，往常情況下需要底膠，雙組分密封膠現(xiàn)場混淆不方便，硫化時(shí)對溫度和濕度敏感等。熱熔密封膠又稱為熱施工型密封膠，是指以彈性體同熱塑性樹脂摻合物為基料的密封膠。熱熔密封膠可配制成性能靠近于液體彈性密封膠，但它比液體彈性體密封膠優(yōu)越的是不需要加入硫化劑。這類密封膠主要用于機(jī)械聯(lián)合面的密封，以代替固體密封材料（紙片、石棉、軟木和硫化橡膠），以防備機(jī)械內(nèi)部流體從聯(lián)合面泄露，所以液體密封膠又稱為液體墊圈。按密封膠施工后性能分類這類密封膠又可分為剛性和柔性兩類。剛性密封膠硫化或凝結(jié)后形成的固體，很少擁有彈性；柔性密封膠在硫化后擁有彈性及柔軟性。剛性密封膠的特點(diǎn)是不能彎曲，往常接縫不可移動。柔性密封膠經(jīng)硫化后保持柔軟性。這類密封膠是軟質(zhì)凝結(jié)性的密封膠，施工后仍保持不干性（增粘劑不斷地遷移到表面）狀態(tài)。這種膠往常為膏狀，可用刮刀或刷子施用到接縫中，能夠配合出不同粘度和不同性能的密封膠使用。3.3常用密封膠的種類在前面密封膠的分類中列舉了多種方法，其中應(yīng)用最寬泛的是將密封膠分為硫化型和非硫化型兩大類。在硫化型密封膠中應(yīng)用最寬泛的是室溫硫化型，加溫硫化型用的較少。非硫化型密封膠有液體密封膠和膩?zhàn)?。別的，在加上常用的厭氧膠。3.4液體密封膠的采用和施工工藝密封膠的采用，應(yīng)根據(jù)使用條件、密封件的材料和密封面狀態(tài)、密封介質(zhì)的種類和特性以及涂敷工藝等要求綜合考慮。一般情況下當(dāng)受力較大，且受沖擊力及交變力時(shí)，應(yīng)采用強(qiáng)度較高的密封膠；當(dāng)變溫差很大時(shí)，應(yīng)采用韌性好的密封膠。液體密封膠的施工方法液體密封膠的施工方法可根據(jù)膠的狀態(tài)采用。膏狀密封可用刮刀刮涂或注射槍注射施工；液體密封膠采用的刷子刷涂或噴涂施工；膜狀密封膠用鋪貼方法施工。3.5國產(chǎn)密封膠3.5.1室溫硫化聚硫橡膠密封膠為多組分材料，室溫硫化成彈性體，為干性粘著型密封膠，常用的有XM系列密封膠。室溫硫化硅橡膠密封膠硅橡膠密封膠的有多種特殊性能，如耐高溫、耐低溫性能，優(yōu)秀的電絕緣性能。厭氧膠非硫化型密封膠大多半為不干性和半干性，其中呈膩?zhàn)訝畹挠址Q非硫化型膩?zhàn)印＿@類膠對溫度敏感性小，在使用溫度范圍內(nèi)密封膠不變形，不開裂，不結(jié)皮，而且長久儲藏性好，但力學(xué)性能低，合用于可拆卸部位或緊固聯(lián)接接合面密封、溝槽密封及填堵較大的結(jié)構(gòu)縫隙，在液體密封墊中占主要地位，寬泛應(yīng)用于可拆卸部位的密封。4、填料密封填料蜜密封是一種最古老的密封方式，在中國已有上千年的歷史。它最早以棉、麻的纖維填塞在泄露通道內(nèi)來阻止液流泄露，主要用作提水機(jī)械的密封。填料密封主要用作動密封。它寬泛用作離心泵、壓縮機(jī)、真空泵、攪拌機(jī)和船舶螺旋槳的轉(zhuǎn)軸密封，往復(fù)式壓縮機(jī)、制冷機(jī)的往復(fù)運(yùn)動軸封，以及各樣閥門閥桿的旋動密封等。為了適應(yīng)上述設(shè)施的工作條件，填料密封必需具備下列條件：1）有一定的塑性，在壓緊力作用下能產(chǎn)生一定的徑向力并緊密與軸接觸。2）有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，不污染介質(zhì)，填料不被介質(zhì)泡脹，填料中的侵漬劑不被介質(zhì)溶解，填料本身不腐化密封面。3）自潤滑性能優(yōu)秀，耐磨，摩擦因數(shù)小。4）軸存在少量偏心時(shí)，填料應(yīng)有足夠的浮動彈性。5）制造簡單，填裝方便。填料的種類好多，能夠從其功用方面、結(jié)構(gòu)方面和材料方面分類，最常用的有下面四類：絞合填料、編結(jié)填料、塑性填料、金屬填料。4.1絞合填料和編結(jié)填料絞合填料即把幾股石棉線絞合在一同，將它填塞在填料腔內(nèi)即可起密封作用。編結(jié)填料是以棉、麻以及石棉纖維紡線后編結(jié)而成，并于其中侵入潤滑劑或聚四氟乙烯。4.2塑性填料塑性填料是幾經(jīng)膜具壓制成型的填料。4.3金屬填料金屬填料有半金屬填料和全金屬填料兩種。所謂半金屬填料是金屬與非金屬組合而成，全金屬填料則不含非金屬。4.4碳纖維填料碳纖維填料是一種新型填料。其優(yōu)秀的自潤滑性能、耐高、低溫性能和耐化學(xué)品性能惹起人們的極大的注意，而且作為壓縮填料的彈性和柔軟性也極為優(yōu)秀，其缺點(diǎn)僅在于有滲透泄露，但侵漬聚四氟乙烯或其他粘接劑之后能夠防備。當(dāng)前其成本較高，但隨著碳纖維的發(fā)展，其成本定會下降，因此，碳纖維填料是一種最為理想和最有希望的填料。`4.5填料的選擇選擇填料時(shí)，應(yīng)考慮：機(jī)器的種類、介質(zhì)的物理、化學(xué)特性、工作溫度和工作壓力，以及運(yùn)動速度等，其中尤以介質(zhì)的腐化性（以pH值表示），pH值及使用溫度為最重要。4.6填料的合理裝填填料的合理裝填應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：1）清理填料腔，檢查軸表面是否有劃傷、毛刺等現(xiàn)象。2）用百分表檢查軸在密封部位的徑向跳動量，其公差應(yīng)在允許范圍內(nèi)。3）填料腔內(nèi)和軸表面應(yīng)涂密封劑或與介質(zhì)想適應(yīng)的密封劑。4）對成卷包裝的填料，使用時(shí)應(yīng)先取一根與軸徑同尺寸的木棒，將填料纏繞在其上，再用刀切斷，切口最好呈450斜面，對切斷后的每一節(jié)填料，不應(yīng)讓它松散，更不應(yīng)將它拉直，而應(yīng)取與填料同寬度的紙帶把每節(jié)填料呈圓圈形包扎好，置于干凈處。5）裝填時(shí)應(yīng)一圈一圈裝填，不得同時(shí)裝填幾圈。6）取一只與填料強(qiáng)同尺寸的木質(zhì)兩半軸套，合于軸上，將填料推入腔的深部，并用壓蓋對木軸套施加一定的壓力，使填料獲得預(yù)壓縮。7）以同樣的方法裝填第二圈、第三圈。8）最后一圈填料裝填完成后，應(yīng)用壓蓋壓緊，但壓緊力不宜過大。5、成型填料密封成型填料密封泛指用橡膠、塑料、皮革及金屬材料經(jīng)模壓或車削加工成型的環(huán)狀密封圈。成型填料按工作特性分為擠壓型密封圈和唇形密封圈兩類；按材料可分為橡膠類、塑料類、皮革類和金屬類。各樣材料的擠壓型密封圈中橡膠擠壓型密封圈應(yīng)用最廣，其中O形圈歷史最悠久，最典型。唇形密封圈的種類好多，有V形、U形、L形、J形和Y形等。5.1O

型密封圈O型密封圈簡稱O型圈，開始出現(xiàn)在19世紀(jì)中葉，當(dāng)時(shí)用它作蒸汽機(jī)汽缸的密封元件。型橡膠密封圈有如下的優(yōu)點(diǎn)：1）密封部位結(jié)構(gòu)簡單，安裝部位緊湊，重量較輕；2）有自密封作用，往往只用一個(gè)密封件便能達(dá)成密封；3）密封性能較好，用作靜密封時(shí)幾乎能夠做到?jīng)]有泄露；4）運(yùn)動摩擦阻力很小，關(guān)于壓力交變的場合也能適應(yīng)；5）尺寸和溝槽已標(biāo)準(zhǔn)化，成本低，便于使用和外購。5.2V型密封圈型密封圈為一種唇形密封圈，是使用最早使用最多的成型填料之一。它主要用于往復(fù)運(yùn)動，作活塞或活塞桿的密封。很少用于轉(zhuǎn)動中或作靜密封。形密封圈有下列特點(diǎn)：1）密封性能優(yōu)秀；2）允許一定的偏心載荷、和偏心運(yùn)動；3）能夠多圈重疊使用，并經(jīng)過調(diào)節(jié)壓緊力來獲得最大密封效果；4）耐沖擊壓力和振動壓力；5）當(dāng)填料不能從軸向裝入時(shí)，能夠開切口使用，只需安裝時(shí)將切口互相錯(cuò)開，不影響密封效果。其缺點(diǎn)是摩擦阻力較其他成型填料的大。5.3Y

型密封圈活塞密封用的U形和Y形密封圈在形狀上略有不同，U形圈的唇長，底部與唇部同厚度或略大于唇部厚度。Y形圈的純短，底部厚，這是為了戰(zhàn)勝U形圈經(jīng)常不能穩(wěn)定安放而設(shè)計(jì)的，同時(shí)可增大唇的強(qiáng)度，免得唇根部被撕裂。5.4鼓形和山形密封圈的結(jié)構(gòu)5.4.1鼓形密封圈的結(jié)構(gòu)鼓形密封圈又稱活塞密封圈，它是為單向和雙向工作的活塞而設(shè)計(jì)的。密封圈的截面、襯套或擋環(huán)的結(jié)構(gòu)與活塞的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。由于有各樣性能的要求，所以鼓形密封圈的結(jié)構(gòu)也不可能是一致的。5.5J形和L形密封圈J形和L形密封圈，都是用于工作壓力不大于

1MPa的氣壓或液壓機(jī)械設(shè)施的密封。

J形密封圈的是用于活塞桿密封。6.1油封油封，即潤滑油的密封。它常用于各樣機(jī)械的軸承處，特別是轉(zhuǎn)動軸承部位。其功能在于把油腔和外界隔絕，對內(nèi)封油，對外封塵。油封與其他密封比較有下列優(yōu)點(diǎn)：1）油封重量輕，耗材少。2）油封的安裝地點(diǎn)小，軸向尺寸小，容易加工。3）密封性能好，使用壽命較長，對機(jī)器的振動和主軸的偏心都有一定的適應(yīng)性。4）拆卸容易，檢修方便。5）價(jià)錢便宜。6.2防塵密封油封可作防塵密封的件使用?？墒窃诜蹓m嚴(yán)重或是為了保護(hù)其他密封件時(shí)，經(jīng)常使用特意的防塵密封。防塵密封的材料，油壓機(jī)械多用橡膠，氣壓機(jī)械多用毛氈，飛機(jī)和寒帶工作的油缸為了對付活塞桿外部結(jié)冰而用金屬，化工部門為防備活塞桿上的粘著物也用金屬。防塵密封對保護(hù)重點(diǎn)性的液壓設(shè)施是十分重要的。滲入塵土，不單磨損密封件，而且會大大的磨損導(dǎo)向套和活塞桿。別的，雜質(zhì)進(jìn)入液壓介質(zhì)中，也會影響操作閥和泵的功能，在最壞的情況下，也可能破壞這些裝置。防塵圈能除去活塞桿表面上的塵土和雜物，但破壞活塞桿上的油膜，這對密封件的潤滑也有一定作用。7.1磁流體7.1.1磁流體的組成1995年由美國帕佩爾（

Papell）發(fā)明的磁性流體，是把磁鐵礦等強(qiáng)磁性的微細(xì)粉末（約

100?）在水、油類、酯類、醚類等液體中進(jìn)行穩(wěn)定分別的一種膠態(tài)液體。這種液體擁有在往常離心力和磁場作用下，既不沉降和凝集又能使其本身承受磁性，能夠被磁鐵所吸引的特性。磁流體由3種主要成分組成：1）固體鐵磁體微粒（Fe3O4）；2）包覆著微粒并阻止其相互凝集的表面活性劑（穩(wěn)定劑）；3）載液（溶媒）。7.1.2磁流體的特性磁流體是一種叫膠體溶液。作為密封用的磁流體，其性能要求是：穩(wěn)定性好，不凝集、不積淀、不分解；飽和磁化強(qiáng)度高；開端磁導(dǎo)率大；粘度和飽和蒸氣低，其他如凝結(jié)點(diǎn)、沸點(diǎn)、導(dǎo)熱率、比熱和表面張力等也有一定的要求。影響磁流體穩(wěn)定的主要因素有：微粒力度大小、表面活性劑和載液以及它們的合理配比。穩(wěn)定性是磁流體各樣特性存在的前提。7.2磁流體密封的工作原理圓環(huán)形永遠(yuǎn)磁鐵，極靴和轉(zhuǎn)軸所組成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場作用下，把放置在軸與極靴頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個(gè)所謂的“O”形環(huán)，將縫隙通道堵死而達(dá)到密封的目的。這種密封方式可用于轉(zhuǎn)軸是磁性體和轉(zhuǎn)軸是非磁性體兩種場合。前者磁束集中于空隙處并貫串轉(zhuǎn)軸而組成磁路，爾后者磁束比不經(jīng)過轉(zhuǎn)軸，只是經(jīng)過密封空隙中的磁流體而組成磁路。7.2.3極限條件磁流體密封在工作時(shí)會受到下列條件的限制：1）蒸發(fā)。磁流體由磁性微粒、表面活性劑和載液3部分組成，載液的蒸發(fā)是決定密封極限旋轉(zhuǎn)頻次和使用壽命的主要因素。因?yàn)槊芊馐?有限的磁流體工作的。為此，應(yīng)采用蒸汽壓低的載液，使蒸發(fā)損失為最小值。2）溫升。溫度升高會致使磁鐵退磁和磁流體的蒸發(fā)。因?yàn)闇囟壬?，粘度降低，功率消耗也就降低，這是有利的一面。可是溫度的、升高，磁飽和強(qiáng)度下降，也可能使密封的耐壓能力有些下降，因此，磁流體溫度一般不應(yīng)高于105℃，否則應(yīng)采用冷卻舉措。）極限真空度。磁流體密封極限真空度取決于載液的揮發(fā)度，用二脂潤滑劑作成的載液可知足1.333×10-7Pa超高真空技術(shù)的要求。4）周速。一般磁流體密封合用于高周速30m/s以上的運(yùn)轉(zhuǎn)，無極限標(biāo)志。但考慮到溫度和散熱，周速應(yīng)限制在60～80m/s，此時(shí)還要考慮極限耐壓能力。8、高壓密封高壓密封的型式好多，按其工作原理分為強(qiáng)制密封和自緊密封兩類。強(qiáng)制密封是依*聯(lián)接件（螺栓）的預(yù)緊力來保證壓力容器的頂蓋、密封元件和圓筒體端部之間擁有一定的接觸壓力，以達(dá)到密封的目的。自緊密封是隨著壓力容器內(nèi)的操作壓力增加，密封元件與頂蓋、圓筒體端部之間的接觸壓力也隨之增加，由此實(shí)現(xiàn)密封作用。自緊密封的特點(diǎn)是壓力越高，密封元件在接觸面的壓緊力就越大，密封性能也就越好，操作條件波動時(shí)，密封仍舊可*?？墒墙Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造較困難。自緊密封按密封元件變形方式還能夠分為軸向自緊密封和徑向自緊密封。按密封材料性能，高壓密封又可分為使密封元件產(chǎn)生塑性變形的塑性密封，使密封元件產(chǎn)生彈性變形的彈性密封。當(dāng)前，壓力容器常用的密封型式有如下幾種：1）強(qiáng)制密封有平墊密封，卡扎里密封和八角墊密封；2）半自緊密封有雙錐密封；3）自緊密封有楔形密封，五德密封，空心金屬O形環(huán)密封，C形環(huán)密封，B形環(huán)密封，三角墊密封，八角墊密封，平墊自緊密封及橡膠O形圈密封等。9、真空密封真空聯(lián)機(jī)密封性能取決于聯(lián)接處的泄露和真空材料的放氣。對任何真空系統(tǒng)總希望漏、放氣量與密封形式、密封材料、加工精度及裝配質(zhì)量等諸多因素相關(guān)，故在聯(lián)接處總會存在一定的漏、放氣量，因此可根據(jù)真空系統(tǒng)工作的性質(zhì)，真空室工作工作應(yīng)力的高低及其出口處抽氣速度的大小提出要求。真空系統(tǒng)中的壓力在高于10-5Pa真空范圍內(nèi)寬泛使用合成橡膠、環(huán)氧樹脂和塑料。當(dāng)真空度提到壓力10-7Pa的真空范圍時(shí)，這些密封材料就不能用了，需要應(yīng)用超高真空的密封材料如金或銅作墊圈，而真空殼體不能用軟剛需要改用不銹鋼。超真空氣體內(nèi)的氣體狀態(tài)是動向平衡狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)的壓力極限，一方面與泵的有效抽速相關(guān)，另一方面與來自真空殼體及其內(nèi)部的零零件的氣流量相關(guān)。因雖有系統(tǒng)的有效抽速由于泵有結(jié)構(gòu)尺寸和費(fèi)用的原因，總存在實(shí)際限制。所以，減少氣流量就成為達(dá)到超高真空狀態(tài)的基本設(shè)計(jì)目標(biāo)，成為選擇超高真空材料的主要準(zhǔn)則。作為真空系統(tǒng)內(nèi)部用的材料，要求飽和蒸汽壓低，為了減少慢性解吸和體出氣，要求能耐450℃高溫烘烤，而不降低機(jī)械強(qiáng)度和不發(fā)生化學(xué)和物理損害。作為真空系統(tǒng)殼體材料，要求能忽略氣體滲透，承受得住大氣壓的壓力，烘烤期間耐空氣侵害和不發(fā)生漏氣。別的，要求采用材料，加工制作容易，價(jià)廉易得。關(guān)于真空度低于10-7Pa的超高真空，雖然天然和合成橡膠是理想的密封圈材料，彈性好，裝配成真空密封后法蘭螺栓受力很小，而且能夠多次重復(fù)使用。但由于超高真空系統(tǒng)要求密封圈材料耐250℃烘烤，實(shí)際上可可供采用的幾種橡膠材料都不能知足要求。真空度更高（即壓力更低）的超高真空，則必須采用金屬密封。9.1真空用橡膠密封圈接觸式真空動密封的結(jié)構(gòu)，最常用的有下面幾種種類：1）J型真空用橡膠密封。型真空用橡膠密封圈工作表面應(yīng)平整圓滑，不允許有氣泡雜質(zhì)、凹凸不同等缺陷。2）O型真空用橡膠密封圈。3）骨架型真空用橡膠密封圈4）真空用O形橡膠密封圈9.2真空用金屬密封圈金屬密封圈密封的可拆聯(lián)接是超高真空系統(tǒng)中常用的聯(lián)接形式。它是為知足超高真空要求而必須經(jīng)200～400℃的高溫烘烤除氣而采用的密封方式。常用的金屬密封圈的材料有金絲和無氧銅兩種，它們有下列一些性能：金（Au）擁有高的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫時(shí)不氧化，塑性好，折服極限比銅或鋁低一倍，在較小的夾緊力下即可產(chǎn)生塑性變形，膨脹系數(shù)為αg=14×10-6cm/cm·℃，比不銹鋼的膨脹系數(shù)αs=18×10-6cm/cm·℃稍低。金制密封圈雖有優(yōu)秀的密封性能，但在夾緊力的作用下會發(fā)生顯著的變形硬化，強(qiáng)度增加。為了保證密封圈密封，必須增大加緊力，而過大的加緊力又會在法蘭表面上惹起壓力痕，影響密封性能。因此，用在要求較高而不經(jīng)過裝拆的聯(lián)接，拆開后從頭裝配時(shí)需要改換密封圈。由于金的價(jià)錢比較貴，它的應(yīng)用受到較大的限制。銅（Cu）的熱膨脹系數(shù)為αs=16.4×106-cm/cm·℃。銅的硬度比較大，銅制密封圈在使用前必須在真空或氫氣中進(jìn)行退火辦理，除去內(nèi)應(yīng)力。無氧銅是當(dāng)前超高真空密封聯(lián)接中常用的密封圈材料。其不足之處是高溫烘烤中與大氣接觸部分會氧化，因此，在要求高的情況下，將無氧銅的密封圈的表面鍍一層金，使其擁有更好的密封性能。作為聯(lián)接用的法蘭盤材料也必須能承受高溫烘烤、抗氧化以及在高溫時(shí)仍有優(yōu)秀的力學(xué)性能。最常用的材料是不銹鋼。法蘭密封表面的粗拙度和尺寸就精度均應(yīng)知足超高真空密封的要求。9.3采用軟件變形的動聯(lián)接密封9.3.1非金屬軟件變形的動聯(lián)接密封9.3.2金屬軟件變形的動聯(lián)接密封9.4真空用的其他密封9.4.1真空用磁流體密封真空轉(zhuǎn)軸密封擁有代表的典型結(jié)構(gòu)是接觸式的威爾遜密封。為了防備軸在高速旋轉(zhuǎn)、下氣體的泄露，只能增加密封接觸界面上的壓力。可是由此而產(chǎn)生的摩擦發(fā)熱問題卻難以解決。因此，研制摩擦損失小，使用壽命長的新型密封結(jié)構(gòu)已成為真空裝置中應(yīng)該解決的重要問題之一。為認(rèn)識決這一問題，近年來應(yīng)用磁流體進(jìn)行真空轉(zhuǎn)軸動密封的技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外取得了成功。真空中應(yīng)用磁流體密封的優(yōu)點(diǎn)：1）磁流體密封真空轉(zhuǎn)軸可除去密封件間的接觸所產(chǎn)生的摩擦損失，提高軸的轉(zhuǎn)速（可達(dá)120000r/min），大大減少泄露。如果采用低蒸汽壓的磁流體可將真空室內(nèi)的真空度維持在1.3×10-7Pa以上。2）磁流體的密封結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，軸與極靴間的空隙較大，因此可不必要求過高的制造精度。3）磁流體在密封縫隙中由磁鐵所產(chǎn)生的磁場所固定，因此軸的起動和停止較方便。其缺點(diǎn)是磁流體在高溫下難以穩(wěn)定，工作溫度一般在-30～120℃之間。軸的過高或過低溫度下工作時(shí)需要采用冷卻或升溫舉措，進(jìn)而使密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。9.4.2聯(lián)接接隔板密封利用磁力把動力傳達(dá)當(dāng)真空容器中去的密封是在真空容器外、施加一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場器內(nèi)鼠籠式轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動，即可達(dá)到隔板密封的目的。這種密封裝置的特點(diǎn)：

1，該磁場帶動真空容1）磁聯(lián)接隔板密封對真空容器內(nèi)的真空條件沒有顯著影響，同其他幾種動密封相比，其真空可*性大。2）運(yùn)動件與真空容器壁不相接觸，在傳達(dá)運(yùn)動過程中隔板或隔絕圈筒除承受壓力差外，不承受其他載荷，進(jìn)而能夠保證磁聯(lián)接隔板密封的可*性。3）真空容器內(nèi)的“污染”，僅取決于運(yùn)動零件本身的結(jié)構(gòu)元件，特別是摩擦零件的放氣及隔板的透氣性。磁聯(lián)接隔板密封結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題：1）外磁鐵應(yīng)盡量靠近真空器的內(nèi)壁；2）隔絕平板或隔絕圈筒應(yīng)用非磁性材料制造；3）傳達(dá)運(yùn)動的鐵芯形狀與磁鐵的形狀相適應(yīng)，而且容器壁或真空室內(nèi)的其他零件應(yīng)保證鐵芯運(yùn)動方向；4）為了減少放氣和摩擦建議用包著玻璃的鐵芯；5）磁場強(qiáng)度和磁鐵與鐵芯的距離應(yīng)選擇使它們運(yùn)動時(shí)與容器壁或容器內(nèi)的水銀、銦等的沖擊不大10.1離心封閉離心密封的結(jié)構(gòu)型式離心密封是利用展轉(zhuǎn)體帶動流體使之產(chǎn)生離心力以戰(zhàn)勝泄露的裝置，其密封能力根源于機(jī)器軸的旋轉(zhuǎn)帶動密封元件所做的功，因此它屬于一種動力密封。離心密封的特點(diǎn)：它沒有直接接觸的摩擦副，能夠采用較大的密封空隙，因此能密封含有固相雜質(zhì)的介質(zhì)，磨損小，壽命長，若設(shè)計(jì)合理能夠做到靠近于零泄露?？墒沁@種密封所能戰(zhàn)勝的壓差小，亦即密封的減壓能力低。離心密封的功率消耗大，甚至可達(dá)泵有效功率的1/3。別的，由于它是一種動力密封，所以一停車立刻喪失密封功能，為此必須輔以停車密封。離心密封的減壓能力背葉片密封如果工作輪后蓋板上無葉片，亦即為圓滑盤時(shí)，則處于后蓋板與泵殼空隙腔中的液體將以工作輪角速度的ω/2的旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，空隙空腔中的壓力沿徑向按拋物線規(guī)律散布，如圖10-5中的壓力將沿ABEKG散布，也就是說，軸封處的壓力降低了。10.2停車密封停車密封是動力密封的重要組成部分。當(dāng)零件旋轉(zhuǎn)頻次降低或停車時(shí)，動力密封失去密封能力，只有依停車密封阻止流體泄露。某些液封隨和封液帶有停車密封，以便停車后將封液、封氣系統(tǒng)封閉。停車密封的結(jié)構(gòu)種類有多種，其中應(yīng)用最廣的是離心式停車密封，別的還有壓力調(diào)節(jié)式停車密封，脹胎式停車密封等。圖10-10所示是一種典型的離心式停車密封結(jié)構(gòu)，泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)*背葉片的離心作用密封。停車時(shí)，在彈簧力推動下，使泵軸向左滑移而將錐套填料抵緊，阻止泄露。起動后離心子甩開，其抓部拔動軸肩使軸左移，將錐套與填料密封脫開，是密封面不受磨損。10.2.2壓力調(diào)節(jié)式停車密封與螺旋密封組合的壓力調(diào)節(jié)式密封，停車時(shí)，可在軸上移動的螺旋套，在彈簧力推動下，是其臺階端面與機(jī)殼端面壓緊而密封。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，兩段反向的螺旋使空隙中的粘性流體在端面處形成壓力峰，作用于螺旋軸的臺階端面處使其與殼體端面脫離接觸。帶有滑閥的停車、密封。當(dāng)壓差缸卸壓，片彈簧推移的滑閥與軸肩接緊而實(shí)現(xiàn)停車密封。10.3全封閉密封10.3.1全封閉密封全封閉密封是將系統(tǒng)內(nèi)外的泄露通道全部間隔，或許將工作機(jī)和動機(jī)置于同一密閉系統(tǒng)內(nèi)，能夠完全根絕介質(zhì)向外泄露。全封閉密封沒有一般動密封存在的摩擦、磨損、潤滑以及流體經(jīng)過密封面的流動即泄露問題，是一種特殊種類的密封。在密封劇毒、放射性和罕有名貴物質(zhì)等方面以及在其實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)生中，全封閉密封都有重要用途。11、浮環(huán)密封浮動環(huán)密封簡稱浮環(huán)密封，用于離心壓縮機(jī)、氫冷氣輪發(fā)電機(jī)、離心泵等軸封。在中、高壓離心壓氣機(jī)中可供選擇的密封方式有：機(jī)械密封、迷宮密封和填料密封。但由于氣體的散熱和潤滑條件不如液體，所以填料密封只有小型、低速才用，而機(jī)械密封在周速大于40m/s溫度高于200℃此后也很難適應(yīng)，只有迷宮密封和浮環(huán)密封是最常用的兩種方式。浮環(huán)密封有下列優(yōu)點(diǎn)：1）密封結(jié)構(gòu)簡單，只有幾個(gè)形狀簡單的環(huán)、銷、彈簧等零件。多層浮動環(huán)也只有這些簡單零件的組合，比機(jī)械密封零件少。2）對機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)并不敏感，有穩(wěn)定密封性能。3）的密封件不產(chǎn)生磨損，密封可*，維護(hù)簡單、檢修方便。4）因密封件材料為金屬，固耐高溫。5）浮環(huán)能夠多個(gè)并列使用，組成多層浮動環(huán)，能有效的密封10MPa以上的高壓。6）能用于10000～20000r/min的高速旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械，尤其使用于氣體壓縮機(jī)，其許用速度高達(dá)100m/s以上，這是其他密封所不能比較的。7）只需采用耐腐化金屬材料或里襯耐腐化的非金屬材料（如石墨）作浮動環(huán)，能夠用于強(qiáng)腐化介質(zhì)的密封。8）因密封空隙中是液膜，所以摩擦功率極小，在、使機(jī)器有較高的效率。浮環(huán)密封的缺點(diǎn)：密封件的制造精度要求高，環(huán)的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗拙度對密封性能有顯然的影響。別的，這種密封對液體不能做到封嚴(yán)不漏。對氣體雖然可做到封嚴(yán)，但需要一套復(fù)雜而昂貴的自動化供油系統(tǒng)。11.1浮環(huán)密封機(jī)理浮環(huán)密封屬于流阻型非接觸式動密封，是依*密封空隙內(nèi)的流體阻力效應(yīng)而達(dá)到阻漏目的。由于存在空隙，防止了固體摩擦，合用于高速情況，即可封堵液體，也可封堵氣體，但泄露量較大，某些情況下還須配置比較復(fù)雜的密封協(xié)助系統(tǒng)。11.2浮動環(huán)浮環(huán)密封裝置的結(jié)構(gòu)有多種型式，其主要型式有：寬環(huán)和窄環(huán)、圓滑環(huán)和開口環(huán)、液膜和干式浮動環(huán)。寬環(huán)的寬度相對其直徑來說較大，其比率l/D=0.4～0.6。這種環(huán)的特點(diǎn)在于工作時(shí)作用在此環(huán)上的流體動力要比窄環(huán)大，并且不需用對正中心的附件。在一定的壓差和泄露量之下，其數(shù)目能夠比窄環(huán)少些，這樣，密封裝置的結(jié)構(gòu)能夠簡化，并便于裝拆和檢修。寬環(huán)的缺點(diǎn)在于環(huán)的兩側(cè)會有較大的壓差，這樣，作用在環(huán)端面上的壓力也就較大，在自由浮動時(shí)所須戰(zhàn)勝的端面摩擦力較大，即浮動較為困難。窄環(huán)的寬度相對其直徑較小，其比率l/D=0.1～0.2。窄環(huán)與軸的空隙較小，工作時(shí)，空隙中形成的流體動力較小，因此其自動同心的能力較差，大多用橡膠O型圈來幫助對正中心。由于采用這種協(xié)助舉措，偏心度較小，停車時(shí)間也較少，這樣，雖然環(huán)窄，泄露量卻不大。窄環(huán)也能夠不用O形圈定位，而改用彈簧。環(huán)在彈簧力的作用下，壓在隔絕環(huán)端面上。當(dāng)密封液的壓力降低時(shí)，環(huán)仍能夠保持它的對正中心地點(diǎn)。由于作用在每個(gè)窄環(huán)上的壓力差比寬環(huán)小，所以環(huán)作用在隔絕環(huán)端面上的壓力也就小，即窄環(huán)容易浮動。11.2.2圓滑環(huán)和開口環(huán)圓滑環(huán)的內(nèi)孔是圓滑的；開槽環(huán)的內(nèi)孔全長開槽或部分開槽。由于圓滑環(huán)與軸表面的空隙中水力摩擦較小，使用中回出現(xiàn)較大的泄露量。開槽環(huán)的內(nèi)孔加工有很多道環(huán)形槽，與軸的空隙中水力摩擦較大，在同樣的壓差和同樣的寬度下，泄露量要比圓滑環(huán)小，特別是在高轉(zhuǎn)速下能夠作到完全不漏，液膜形成也很穩(wěn)定，能有效的起到密封作用。所以，關(guān)于高速轉(zhuǎn)軸，開槽環(huán)比圓滑環(huán)好，如將圓滑浮環(huán)密封與機(jī)械密封作比較，在低速時(shí)機(jī)械密封的泄露量少些，高速下則圓滑環(huán)少些，因此，高速轉(zhuǎn)動密封宜用圓滑環(huán)?？墒?，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻次太高時(shí)，由于密封油的粘性阻滯作用，密封油會發(fā)熱。為了散熱，經(jīng)常存心保持一定的泄露量。而泄露量除與環(huán)的形式相關(guān)外，還與運(yùn)動速度、油的特性、入口油溫和大氣溫度等相關(guān)。11.2.3液膜和干式浮動環(huán)浮動密封既可密封液體，也可密封氣體。用以阻止液體泄露的稱為液膜浮環(huán)密封；用于阻止氣體泄露的稱為干式浮環(huán)密封，因?yàn)楦…h(huán)往常石墨等固體自潤滑材料制造，故又稱石墨浮環(huán)密封。石墨浮環(huán)密封：波形片彈簧的彈力及氣體壓力使各浮動環(huán)的一個(gè)端面分別與各隔絕環(huán)的一個(gè)端面緊密貼合，組阻止氣體沿徑向泄露，并*端面的摩擦力防備環(huán)轉(zhuǎn)動經(jīng)過浮動環(huán)密封沿軸向漏出的少量氣體由排漏空排出，或引至主機(jī)的氣體入口。石墨浮環(huán)密封的工作空隙不是定值，而是隨摩擦發(fā)熱狀況而自行調(diào)整，故有“熱自調(diào)空隙密封”之稱。石墨既耐腐化又耐熱，但它太脆，在徑向載荷作用下易斷裂。在離心壓氣機(jī)中，采用了石墨作浮環(huán)，為了防備斷裂，常在石墨環(huán)的外周鑲有金屬環(huán)。石墨環(huán)用冷縮方法套用金屬環(huán)內(nèi)，然后再加工石墨環(huán)的內(nèi)孔，使之達(dá)到規(guī)定的尺寸。當(dāng)軸封的溫度上漲時(shí)，如鑲環(huán)與軸的材料相同或相像，他們的膨脹量就會相同或相差不大。而不致影響密封性能。這種結(jié)構(gòu)已成功應(yīng)用于溫度高達(dá)400℃的氣體密封。12、迷宮密封迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個(gè)依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流空隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在經(jīng)過波折迷宮的空隙時(shí)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。由于迷宮密封的轉(zhuǎn)子和機(jī)殼間存在空隙，無固體接觸，毋須潤滑，并允許有熱膨脹，適應(yīng)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速頻次的場合，這種密封形式被寬泛用于汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的軸端和的級間的密封，其他的動密封的前置密封。12.1迷宮密封的密封機(jī)理流體經(jīng)過迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機(jī)能稱為“迷宮效應(yīng)”。對液體，有流體力學(xué)效應(yīng)，其中包括水力磨阻效應(yīng)、流束收縮效應(yīng)；對氣體，還有熱力學(xué)效應(yīng)，即氣體在迷宮中因壓縮或許膨脹而產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換；別的，還有“透氣效應(yīng)”等。而迷宮效應(yīng)則是這些效應(yīng)的綜合反響，所以說，迷宮密封機(jī)理是很復(fù)雜的。12.1.1摩阻效應(yīng)泄露液流在迷宮中流動時(shí)，因液體粘性而產(chǎn)生的摩擦，使流速減慢流量（泄露量）減少。簡單說來，流體沿流道的沿程摩擦和局部磨阻組成了磨阻效應(yīng)，前者與通道的長度和截面形狀相關(guān)，后者與迷宮的彎曲數(shù)和幾何形狀相關(guān)。一般是：當(dāng)流道長、拐彎急、齒頂尖時(shí)，阻力大，壓差損失顯著，泄露量減小。12.1.2流束收縮效應(yīng)由于流體經(jīng)過迷宮縫口，會因慣性的影響而產(chǎn)生收縮，流束的截面減小。設(shè)孔口面積為A，則收縮后的流束最小面積為CcA，此處Cc是收縮系數(shù)。同時(shí)，氣體經(jīng)過孔口后的速度也有變化，設(shè)在理想狀態(tài)下的流速為u1，實(shí)際流速比u1小，令Cd為速度系數(shù)，則實(shí)際流速u1為u1=Cdu1于是，經(jīng)過孔口的流量將等于q=CcCdAu1式中Cc·Cd=α（流量系數(shù)）。迷宮縫口的流量系數(shù)，與空隙的形狀，齒頂?shù)男螤詈捅诿娴拇肿径认嚓P(guān)。對非壓縮性流體，還與雷諾數(shù)相關(guān)；對壓縮性流體，還于壓力比和馬赫數(shù)相關(guān)。同時(shí)，對縫口前的流動狀態(tài)也有影響。因此在復(fù)雜型式的迷宮只，不能把一個(gè)縫口的流量系數(shù)看作所有縫口的流量系數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)，第一級的流量系數(shù)小一些，第二級此后的縫口流量系數(shù)大一些，一般流量系數(shù)常取1?？墒羌恺X的流量系數(shù)比1小，約在0.7左右，圓齒的流量系數(shù)靠近于1，往常取α=1，計(jì)算的泄露量是偏大。12.1.3熱力學(xué)效應(yīng)理想的迷宮流道模型，它是由一個(gè)個(gè)環(huán)形齒隙和齒間空腔串連而成的。氣體每經(jīng)過一個(gè)齒隙和齒間空腔的流動可描繪如下：在空隙入口處，氣體狀態(tài)為p0，T0和零開始，氣體越靠近入口，氣流越是收縮和加快，在空隙最小處的后邊不遠(yuǎn)處，氣流獲得最大的速度；當(dāng)進(jìn)入空腔，流速截面突然擴(kuò)大，并在空腔內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋渦。從能量觀點(diǎn)來看，在空隙前后，氣流的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。同時(shí)，當(dāng)溫度下降（熱焓值h減?。?，氣體以高速進(jìn)入兩齒之間的環(huán)行腔室時(shí)，體積突然膨脹產(chǎn)生強(qiáng)烈旋渦。渦流摩擦的結(jié)果，使氣流的絕大多半動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，被腔室中的氣流所吸收而升高溫度，熱焓又恢?fù)到靠近進(jìn)入空隙前的值，只有小部分動能仍以余速進(jìn)入下一個(gè)空隙，如此逐級重復(fù)上述過程。12.1.4透氣效應(yīng)在理想迷宮中，認(rèn)為經(jīng)過縫口的氣流在膨脹室內(nèi)動能，全部變成熱能。也就是說，假定到下一個(gè)縫口時(shí)的漸近速度等于零，但這只是在膨脹室特別廣闊和特別長時(shí)才建立。在一般直通迷宮中，由于經(jīng)過縫口后的氣流只能向一側(cè)擴(kuò)散，在膨脹室內(nèi)不能充分的進(jìn)行這種速度能(動能)向熱能的能量變換，而*圓滑壁一側(cè)有一部分氣體速度不減小或許只略微減小，直接越過各個(gè)齒頂流向低壓側(cè)，把這種一掠而過的現(xiàn)象稱為“透氣效應(yīng)”。12.2迷宮密封的結(jié)構(gòu)型式迷宮密封按密封齒的結(jié)構(gòu)不同，分為密封片和密封環(huán)兩大種類。密封片結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)中與機(jī)殼相碰，密封片能向兩側(cè)彎曲，減少摩擦，且拆換方便。密封環(huán)由6～8塊扇形塊組成，裝入機(jī)殼與轉(zhuǎn)軸中，用彈簧片將每塊環(huán)壓緊在機(jī)殼上，彈簧片壓緊力約60～100N，當(dāng)軸與齒環(huán)相碰時(shí)，齒環(huán)自行彈開，防止摩擦。這種結(jié)構(gòu)尺寸較大，加工復(fù)雜，齒磨損后將整塊密封環(huán)調(diào)動，因此應(yīng)用不及密封圈結(jié)構(gòu)寬泛。12.3理想迷宮的泄露計(jì)算給定下列幾個(gè)條件：1)泄露氣體是理想氣體，不考慮焦?fàn)?湯姆遜效應(yīng)，即氣體的焓只與溫度相關(guān)；假定迷宮是連續(xù)的多縫口組成的一個(gè)系列，兩縫口之間的膨脹室足夠大；3)經(jīng)過縫口的流動作絕熱循環(huán)膨脹，在這里引用一個(gè)流量系數(shù)α；經(jīng)過縫口之后的流動速度能量在膨脹室內(nèi)因受等壓支配而完全作恒溫恢復(fù)，所以在每一個(gè)縫口從前的速度漸近為0，即不發(fā)生透氣現(xiàn)象。12.4直通型迷宮的特性由于在軸表面加工溝槽或各樣形狀的齒要比孔內(nèi)加工容易，因此常把孔加工成圓滑面，與帶槽或帶齒的軸組成迷宮，這就是直通型迷宮，因制作方便，所以直通型迷宮應(yīng)用最廣?？墒?，直通型迷宮存在著透氣現(xiàn)象，其泄露量大于理想迷宮的泄露量。12.4.1迷宮特性的影響因素：齒的影響。根據(jù)外國所進(jìn)行的試驗(yàn)得出：齒距一準(zhǔn)時(shí)，齒數(shù)越多，泄露量越少。齒距改變時(shí)，齒距越大，泄露量會急劇下降，同時(shí)還能夠減少透氣現(xiàn)象的影響。膨脹室的影響。外國對膨脹室深度的影響進(jìn)行過試驗(yàn)研究，結(jié)論是淺的膨脹室對減少泄露量有利。根據(jù)對膨脹室流動狀態(tài)的察看，認(rèn)為淺膨脹室中的旋渦是不穩(wěn)定的。由于旋渦能很快地把能量耗盡，所以膨脹室的漸近速度減小，起到減小泄露的效果。3)副室的影響。所謂“副室”是指直通型迷宮圓滑面上開的隸屬槽，開槽后迷宮中的流動狀態(tài)立刻發(fā)生顯然的變化。試考證明，只需副室的地點(diǎn)適合，泄露量的減少率是相當(dāng)大的。12.5迷宮式氣體密封的空隙除特殊情況外，一般氣輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等葉輪機(jī)械都采用迷宮式氣體密封。其徑向空隙應(yīng)根據(jù)以下因素選用：軸承空隙，制造公差與裝配誤差，零件的變形（如鑄件收縮和失圓），轉(zhuǎn)子的撓度，以及經(jīng)過臨界旋轉(zhuǎn)頻次時(shí)的振幅，熱膨脹以及由此惹起的變形等。在多種情況下，熱膨脹的影響最突出。因此，對啟動與停車時(shí)單個(gè)零件尺寸的變化，以及零件的相對位移必須預(yù)先估算?？捎渺o態(tài)和動向有限元算法出隨時(shí)間變化的熱膨脹規(guī)律，由此可認(rèn)識哪些是臨界條件，空隙實(shí)際上應(yīng)該多大尺寸。12.5.1迷宮密封設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)總結(jié)迷宮密封設(shè)計(jì)中積累的經(jīng)驗(yàn)，概括起來有下列要點(diǎn)：1）盡量使氣流的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽皇褂嗨龠M(jìn)入下一個(gè)空隙。齒與齒之間應(yīng)保持適合的距離，或用高-低齒強(qiáng)制改變氣流方向。齒間距一般為5～9mm。2）密封齒要做得盡量薄,并帶銳角。齒尖厚度應(yīng)小于0.5mm，運(yùn)行中偶爾與軸的相碰時(shí)，齒尖先磨損而脫離接觸，不致因摩擦出現(xiàn)軸的局部過熱而造成事故。3）由于迷宮密封泄露量大，因此在密封易燃、易爆或有毒氣體時(shí)，要注意防備污染環(huán)境。采用充氣式迷宮密封，空隙內(nèi)引入惰性氣體，其壓力稍大于被密封氣體壓力；如果介質(zhì)不允許混入充氣，則可采用抽氣式迷宮密封。13、螺旋密封螺旋密封應(yīng)用于很多尖端技術(shù)部門，如氣冷堆壓縮機(jī)密封、增殖堆鈉泵密封等。有時(shí)也用于減速機(jī)高速軸密封。它的最大優(yōu)點(diǎn)是密封偶件之間既使有較大的空隙，也能有效的起密封作用。如設(shè)計(jì)合理，其使用壽命可達(dá)無限大。由于能夠從材料上作寬泛的選擇，且制造上極其容易，當(dāng)壓差不大時(shí)，螺旋密封功率消耗和發(fā)熱都很小，用冷卻水套散熱已足夠。螺旋密封往往需要輔以停車密封，這樣就使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并加大了尺寸，故常使應(yīng)用受到限制。螺旋密封可用于高溫、深冷、腐化和帶有顆粒等的液體，密封條件苛刻，密封效果優(yōu)秀。13.1螺旋密封的密封機(jī)理螺旋密封的軸表面開有螺旋槽，而孔為光表面，這同迷宮密封的開槽情況是一致的，所以能夠把螺旋密封當(dāng)作是迷宮密封的一種特殊型式，稱為螺旋迷宮?？墒?，螺旋迷宮的齒是連續(xù)的，不象前述的各樣迷宮的齒是連續(xù)的齒。由于齒的連續(xù)性，經(jīng)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)生旋渦來消耗流動能量，而是作為推進(jìn)裝置與介質(zhì)發(fā)生能量交換，產(chǎn)生所謂的“泵送作用”，并產(chǎn)生泵送壓頭，與被密封介質(zhì)的壓力相平衡，即壓力差p=0，進(jìn)而阻止泄露。所以在密封機(jī)理上與迷宮密封略有不同?？墒牵橘|(zhì)在經(jīng)過空隙時(shí)會有一部分越過齒頂留過，而不沿槽向流動，即有透氣效應(yīng)，這和迷宮密封中的情況是同樣的。根據(jù)螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋密封的密封機(jī)理又稍有區(qū)別。單段螺旋，它利用螺旋桿泵原理，