密封墊的類型與設計問題

tags:    時間:2014-03-07 11:32:47
密封墊的類型與設計問題簡介
密封墊的類型 各類機器設備尤其是各類壓力容器、管道和閥門等廣泛使用墊片密封結構。最簡單的墊片為平墊片,整個墊片為同一材料組成,作機械設備一般接合面的靜密封,如減速箱的密封等。 理想的墊……
密封墊的類型與設計問題正文

密封墊的類型

各類機器設備尤其是各類壓力容器、管道和閥門等廣泛使用墊片密封結構。最簡單的墊片為平墊片,整個墊片為同一材料組成,作機械設備一般接合面的靜密封,如減速箱的密封等。
理想的墊片結構應表層為塑性層,而內層為彈性體,塑性表面層保證密封而相互緊貼甚至嵌合,而內層允許補償密封面的少許分離並在密封而上經常保持一定大小的壓縮應力。許多組合墊片的出現都是基於這一思路或稍有改型,但原理是一樣的。例如聚四氟乙烯(PTFE)具有塑性好,有優異的抗化學腐蝕性和較寬的工作溫度範圍(-190~250℃),廣泛用於靜密封平墊,但由於某種原因回彈性較差以及冷流傾向,限制了單純的使用,採用組合結構可以克服這一弊端,如表29.3-1所示的各種外部包封PTFE,內部填充壓縮石棉板、橡膠板(或嵌金屬薄板)等形成的“三明治”結構墊片。這種結構一方面可以保護墊片免遭流體介質的腐蝕或者避免食品、醫藥工業產品接觸污染,另一方面改善了單純用PTFE帶來的回彈差及冷流問題。
表29.3-1給出了常用密封墊片種類及其適用範圍。

表29.3-1 常用密封墊種類、材料及適用範圍

形式

種類

材料

適用範圍

壓力/MPa

溫度/℃

介質






軟鋼紙板

<0.4

<120

燃料油,潤滑油,水笠

天然橡膠

1.33×10-10
~0.6

-60~100

水,海水,空氣,惰性氣體,鹽類水溶劑,稀鹽酸,稀硫酸等

普通橡膠板

 

-40~60

空氣,水制動液等

夾布橡膠

≈0.6

-30~60

海水,淡水,空氣,潤滑油和燃料油等

牛皮或浸油、蠟、合成橡膠、合成樹脂、牛皮

 

-60~100

水,油,空氣等

軟聚氯乙烯板

≤1.6

<60

酸鹼稀溶液及氨,具有氧化性的蒸汽及氣體

聚四氟乙烯板

≤3.0

-108~250

濃酸,鹼,溶劑,油類






高壓橡膠石棉板 中壓橡膠石棉板 低壓橡膠石棉板

≤6.0
≤4.0
≤1.5

≤450
≤350
≤200

濃酸,鹼,溶劑,油類

耐油橡膠石棉板

≤4.0

-180~250

空氣,壓縮空氣,惰性氣體,蒸汽,氨,變換氣,焦爐氣,裂解氣,水,海水,液態氨,冷凝水,≤90%硫酸(質量分數),鹽類,硝氨液,硫氨液,甲胺液,燒鹼,氟里昂,氫氰酸,卡普隆生產介質,聚苯乙烯生產介質

聚四氟乙烯薄膜包橡膠石棉板或橡膠板

≤3.0

 

油品(汽、柴、煤、重油等),油氣,溶量(包括丙烷、丙酮、苯、酚、糠醛、異丙醇),(質量分數)小於30%的尿素,氫氣,硫化催化劑,潤滑油,鹼類

組合密封墊

銅(鋼或不鏽鋼)絲和石棉交織而成

   

濃酸、鹼、溶劑、油類

金屬帶:紫銅,鋁,0.8(15)鋼,2Cr13,0Cr13,1Cr13,1Cr18-Ni9Ti非金屬帶:石棉帶,聚四氟乙烯帶,陶瓷纖維等

≤6.4

≈600

內燃機用

金屬:紫銅,軟鋼,鋁,不鏽鋼,合金鋼
非金屬:石棉板,橡膠石棉板,聚四氟乙烯板,陶瓷纖維

≤6.4

≈600

蒸汽,氫氣,壓縮空氣,天然氣,裂解氣,變換氣,油品,溶劑,渣油,蠟油,油漿,重油,丙烯,燒鹼,熔融鹽載熱體,酸,鹼、鹽溶液,液化氣,水

金屬密封墊

紫銅,鋁,鉛,軟鋼,不鏽鋼,合金鋼

10(08)鋼,鋁,合金鋼,1Cr13(0Cr13)

1.33×10-16
~20 ≥4.0

≈600
≈600

蒸汽,氫氣,壓縮空氣,天然氣,裂解氣,變換氣,油品,溶劑,渣油,蠟油,油漿,重油,丙烯,燒鹼,熔融鹽載熱愛體,酸、鹼、鹼溶液,液化氣,水
蒸汽,氫氣,壓縮空氣,天然氣,裂解氣,變換氣,油品,溶劑,渣油,蠟油,油漿,重油,丙烯,燒鹼,熔融鹽載熱愛體,酸、鹼、鹼溶液,液化氣,水

10鋼,1Cr13,合金鋼,不鏽鋼等

≥6.4

≈600

蒸汽,氫氣,壓縮空氣,天然氣,裂解氣,變換氣,油品,溶劑,渣油,蠟油,油漿,重油,丙烯,燒鹼,熔融鹽載熱愛體,酸、鹼、鹼溶液,液化氣,水

銅,鋁,低碳鋼,不鏽鋼,合金鋼

真空~高壓

低溫~高溫

蒸汽,氫氣,壓縮空氣,天然氣,裂解氣,變換氣,油品,溶劑,渣油,蠟油,油漿,重油,丙烯,燒鹼,熔融鹽載熱愛體,酸、鹼、鹼溶液,液化氣,水

銅絲,無氧銅絲,高純鋁絲,金絲,銀絲

1.33×10-16

-196~450

蒸汽,氫氣,壓縮空氣,天然氣,裂解氣,變換氣,油品,溶劑,渣油,蠟油,油漿,重油,丙烯,燒鹼,熔融鹽載熱愛體,酸、鹼、鹼溶液,液化氣,水

 

密封設計中的幾個問題

3.密封設計中的幾個問題
3.1 密封用材料
密封材料應滿足密封功能的要求。由於被密封的介質不同,以及設備的工作條件不同,要求密封材料具有不同的適用性。對密封材料的要求是:①材料緻密性好,不易泄漏介質;②有適當的機械強度和硬度;③壓縮性和回彈性好,永久性變形小;④高溫下不軟化、不分解,低溫下不硬化、不脆裂;⑤抗腐蝕性能好,在酸、鹼、油等介質中能長期工作,其體積一硬度變化小,且不粘附在金屬表面上;⑥摩擦係數小,耐磨性好;⑦具有與密封面貼全的柔軟性;⑧耐老化性好,經久耐用;⑨加工製造方便,價格便宜,取材容易。顯然,任何一種材料要完全滿足上述要求是不可能的,但具有優異密封性能的材料能夠滿足上述大部分要求。
可橡膠是最常用的密封材料,除橡膠外,適合於做密封材料的還有石墨帶、聚四氟乙烯以及各種密封膠等,表29.2-4列出密封材料的分類和用途。

表29.2-2 常用密封方法的特徵

類別

材料

用途

液體

高分子材料

液態密封膠、厭氧膠、熱熔型密封膠

纖維

植物纖維

棉、麻、紙、軟木

墊片、軟填料、防塵密封件、夾布橡膠密封件

動物纖維

毛、氈、皮革

墊片、軟填料、成型填料、油封、防塵密封件

纖維

礦物纖維

石棉

墊片、軟填料

人造纖維

有機合成纖維、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維

軟填料、夾布橡膠密封件

彈塑性體

橡膠

合成橡膠、天然橡膠

墊片、成型填料、油封、軟填料、防塵密封件、全封閉密封件

塑料

氟塑料、尼龍、聚乙烯、酚醛塑性、氯化聚醚、聚苯硫醚

墊片、成型填料、油封、軟填料、硬填料、活塞環、機械密封、防塵密封件、全封閉密封件

密封膠

液態密封膠、厭氧膠

墊片、導管聯接、螺紋密封

無機材料

柔生石墨

天然石墨

墊片、軟填料、密封件

碳石墨

焙燒碳、電化石墨

機械密封、硬填料、動力密封、間隙密封

工程陶瓷

氧化鋁瓷、滑石瓷、金屬陶瓷、氧化硅、硼化鉻

金屬

有色金屬

銅、鋁、鉛、鋅、錫及其合金

墊片、軟填料、機械密封、迷宮密封、硬填料、間隙密封

黑色金屬

碳鋼、鑄鐵、不鏽鋼、堆焊合金、噴塗粉末

墊片、硬填料、機械密封、活塞環、間隙密封、防塵密封件、全封閉密封件、成型填料

硬質合金

鎢鈷硬質合金、鎢鈷鈦硬質合金

機械密封

貴金屬

金、銀、銦、鉭

高真空密封、高壓密封、低溫密封

 

3.2 加工工藝
良好的加工工藝和成型工藝是保證密封件尺寸精度、表面特性以及提高抗體育館和耐磨能力的有效手段。與密封有關的加工工藝包括模壓、浸漬、噴塗、燒結、焊接、電鍍和表面熱處理等。同一材料,如果處理工藝不同,其特性會有很大的差別。就密封件製造中最常用的模壓工藝來說,如果壓出來的成品在形狀、尺寸等方面誤差很大,分型面上存在飛邊、毛刺,對於密封都是很不利的。以橡膠O形圈為例,它是靠給定的壓縮變形量來保證密封的,如果由於尺寸精度差而保證不了必要的壓縮變形量,就會出現泄漏。此外,由於O形圈是以預拉伸狀態安裝於密封部位,當運動摩擦發熱時,O形圈不是膨脹,而是收縮(拉伸狀態下的橡膠受熱收縮,稱為焦耳效應),這也可能使工作時的壓縮變形量減小而發生泄漏。因此,設計時必須嚴格控制尺寸精度,並應考慮到各種影響因素,例如,與密封件相接觸的零件的尺寸精度、表面粗糙度及紋理方向等。
3.3 摩擦、磨損與潤滑
摩擦和磨損是接觸型動密封中必然存在的問題。接觸型動密封的密封件與被密封件相接觸,由於有相對運動而產生摩擦,導致發熱和零件表面的磨損,這是引起泄漏及密封件損壞的主要原因。因此滑潤液壓與潤滑劑的選擇就成了密封設計中必須慎重考慮的問題。一般都選擇自潤滑方式,例如浸漬各種潤滑劑的填料、浸漬石墨以及採用摩擦係數小的聚四乙烯等。當介質具有潤滑性時,則用介質本身潤滑。

 

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