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1、,间隙密封属于流阻型非接触式动密封,是依靠密封间隙内的流体阻力效应而达到阻漏目的。由于存在间隙,避免了固体摩擦，适用于高速情况,既可封堵液体,也可封堵气体,但泄漏量较大,某些情况下还需配置比较复杂的密封辅助系统。,流体润滑与密封基础,7.1.1,基本结构,固定衬套密封： 工作原理:流体通过衬套与轴的微小间隙流动时，由于流体粘性摩擦力作用而实现密封的目的。 结构特点：设计简单，安装容易，价格底，但由于长度较大，必须具有较大的间隙以避免轴的偏转、跳动等因素引起轴与衬套的接触，从而泄露量大。 用途：低压离心机轴端密封、离心泵泵壳与叶轮的口环密封、离心泵密封腔底部的衬套密封、高压柱塞泵背压套筒密封等,
2、流体润滑与密封基础,7.1.2,工作原理-固定衬套密封,套在轴上的圆环，其内表面与轴之间存在一间隙，轴不旋转时环下垂,内表面与轴沿环的宽度呈线接触而形成月牙形间隙。当轴旋转时，带动间隙中的液体进入楔形间隙，形成一层强有力的流体膜，环受流体动压作用而上浮，并与轴趋于同心。当这一动压作用力与环的重力等外载荷达到平衡时，环与轴将保持一定的偏心距e。,流体润滑与密封基础,7.1.2,工作原理浮环密封,利用浮动套和浮动环的自动对中的特性,可将环与轴之间的间隙设计得很小,既避免环与轴的固体接触,又增大了流体通过缝隙的节流效应,故适用于高速条件,线速度可达40m/s以上。 对于密封液体,液膜一般很薄,只有几
3、十微米,但流体动力相却很大,而且不易遭到破环，所以可把它视为一个“刚度”极大的圆柱面。从这种设想出发,则在圆柱面的两端假设有压差和有其他介质,那么这一层“刚度”极大的膜,就成为一道隔膜,将阻止介质在压差作用下从间隙中通过,即对介质起密封作用。因为它是液膜, 所以与固体填料不同,只有少量发热而无严重的发热和磨损问题。因此是一种较理想的密封方式。,流体润滑与密封基础,7.1.2,工作原理,间隙密封有下列优点: 1）结构简单,只有几个形状简单的环、销、弹簧等零件。多层浮动环也只是这些简单零件的组合。比机械密封的零件少。 2）对机器的运行状态并不敏感,有稳定的密封性能。 3）密封件不产生磨损,密封可靠
4、,维护简单、检修方便。 4）因密封件材料为金属,故耐高温。 5）浮环可以多个并列使用,组成多层浮动环,能有效地密封 1OMPa以上的高压。,流体润滑与密封基础,7.1.3,主要优缺点,6）能用于1000020000r/min的高速旋转流体机械，尤其适用于气体压缩机,许用速度高达100m/s以上,这是其他密封所不能比拟的。 7）采用耐腐蚀金属材料或里衬耐腐蚀的非金属材料(如石墨)作浮动环,可以用于强腐蚀介质的密封。 8）因密封间隙中是液膜,所以摩擦功率极小,使机器有较高的效率。,流体润滑与密封基础,7.1.3,主要优缺点,间隙密封的缺点: 密封件的制造精度要求高，环的不同心度、端面不垂直度和表面
5、粗糙度对密封性能有明显的影响。 此外，这种密封对液体不能做到封严不漏。对气体虽然可做到封严，但需要一套复杂而昂贵的自动化供油系统。,流体润滑与密封基础,7.1.3,主要优缺点,迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环形密封齿；齿与齿之间形成一系列节流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。 由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋需润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高速的场合。 这种密封型式被广泛用于汽轮机、燃气轮机、压缩机、鼓风机的轴端和级间的密封，或其他动密封的前置密封。,流体润滑与密封基础,7.2.1,迷宫密封的结构和特点,迷宫密封按密
6、封齿的结构不同，分为密封片和密封环两大类。密封齿的型式也很多。,7.2.2,迷宫密封的结构型式,迷宫密封的实际结构将导致气体流动为湍流。一个节流齿隙和一个膨胀空腔构成了一级迷宫，多级迷宫组成了实际应用的迷宫密封。齿隙的作用是把气体的势能（压力能）转变为动能，而空腔的作用是通过气体的湍流混合作用尽可能地把气流经齿形转化的动能变为热能，而不是让它在恢复为压力能。流体通过迷宫产生阻力并使其流量减小的机能称为“迷宫效应”。而迷宫效应则是水力摩阻效应、流束收缩效应、热力学效应和透气效应等的综合反应。所以说，迷宫密封机理是很复杂的。,流体润滑与密封基础,7.2.3,迷宫密封的机理,1、蜂窝密封 由不锈钢箔
7、冲制并点焊成蜂巢形状的六边形小蜂窝孔构成迷宫。 其性能优于片齿迷宫，能提高转子的动力稳定性，泄漏量小，适用于高压差的平衡盘密封。,流体润滑与密封基础,7.2.3,迷宫密封的扩展,2、刷式密封 刷式密封的内孔由大量的按一定方向排列的细丝构成鬃刷式结构。细丝为可塑的圆截面，直径为0.0510.076mm，相对轴的旋转方向倾斜一定的角度。 常用于气体介质的密封。,7.2.3,迷宫密封的扩展,2、刷式密封 常用于气体介质的密封。,7.2.4,迷宫密封的扩展,槽 形,气体端面密封的应用,螺旋槽气体端面密封结构简图及端面形状,气体端面密封工作原理,气体端面密封受力分析,气体端面密封的基本结构串连安装,气体
8、端面密封的基本结构面对面安装,螺旋槽密封气膜压力分布图,工业应用例1双端面串连安装结构,介质：丙稀气，压力：2.0MPa，温度：100，转速：2900r/min，轴径：50.5mm。端面为12个等深对数螺旋槽，槽宽与坝宽相等。,工业应用例2双端面面对面安装结构,用于双螺杆气体压缩机上，介质：氮气和氯甲烷气，压力：0.4MPa，温度：67，两螺杆转轴转速分别为6441r/min和9030r/min，轴径：115mm。端面浅槽结构为22个等深T形槽。,工业应用例3双端面串连安装结构,两端面串连安装，之间装有梳齿密封。用于介质：NH3，压力：2.135MPa，温度：37，转速：7500r/min，轴
9、径：57.53mm。端面为12个等深对数螺旋槽，其螺旋槽槽宽小于坝宽。,工业应用例4双端面串连安装结构,两端面串连安装，之间装有梳齿密封。用于介质：乙烯气，压力3.17MPa，温度：80150，转速：10923r/min，轴径：184mm。端面浅槽结构为18个不等深圆弧槽（三角槽）。,是指全液膜润滑非接触机械密封。也称为“上游泵送”密封 特点：减少或排除机械密封的泄露，同时改善密封端面的润滑善和操作稳定性。,流体润滑与密封基础,上游泵送液膜润滑机械密封就是普通机械密封的端面由一个具有低流量，高扬程“端面泵”所代替，把少量的隔离流体沿密封端面输送到密封腔。端面泵通过端面开各种动压槽来实现。由于密
10、封腔的液体压力比隔离流体的压力高，而隔离流体的流向是从低压的隔离流向体腔向高压的的密封腔，所称为上游泵送。与气体密封不同的是槽与低压流体相通；未开曹区靠近高压的过程流体侧。,流体润滑与密封基础,7.4.2,工作原理,流体润滑与密封基础,7.4.1,工作原理,流体润滑与密封基础,7.4.3,工业应用,优点：上游泵送液膜润滑非接触机械密封由于通过低压隔离流体对高压的工艺介质流体实现密封，可以代替密封危险或有毒介质的普通双端面机械密封，从而使双端面机械密封的高压隔离流体变成极为普通的低压或常压系统，降低了成本，提高了设备运行的可靠性。 应用：防止有害液体向外界环境泄露、防止被密封介质中的固体颗粒进入
11、密封端面、用液体来密封气相过程流体，或者普通接触型机械密封难以胜任的高速高压密封工况等。,流体润滑与密封基础,7.4.3,最新进展,零泄露 双向旋转,流体润滑与密封基础,7.5.1,离心密封的结构形式和特点,离心密封是利用回转体带动液体旋转使之产生径向离心压力以克服泄的装置。产生的离心力或者抵抗液体的压力或者形成一液体屏障以密封气体。 特点：离心密封的密封能力来源于机械轴旋转带动密封元件所做的功，是一种动力密封。没有直接接触的摩擦副为非接触式密封，可以采用较大的间隙，但当转速低或停车时，密封能力丧失，需要配置停车密封。 分类： 光滑圆盘密封；背叶片密封；副叶轮密封,流体润滑与密封基础,7.5.
12、1,离心密封的结构形式和特点,光滑圆盘密封,流体润滑与密封基础,7.5.1,离心密封的结构形式和特点,背叶片密封和副轮片式密封,流体润滑与密封基础,7.5.2,离心密封的基本原理,密封气体用离心密封,流体润滑与密封基础,7.5.2,离心密封的基本原理,密封液体用离心密封,螺旋密封最简单的结构如图 。在密封的轴表面车制螺旋槽，密封的孔为光表面,构成直通 型螺旋密封。螺纹截面形状 有三角形、锯齿形和方形。 螺纹头数有单头和多头。在 旋转频率较低时,应选用多头 螺纹。,流体润滑与密封基础,7.6.1,螺旋密封的结构,螺旋密封的最大优点是密封偶件之间即使有较大的间隙，也能有效地起密封作用。但往往需要辅
13、以停车密封，这样，就使结构复杂，并加大了尺 寸，使应用受到限制。 螺旋密封应用于许多尖端技术部门，如气冷堆压缩机密封、增殖堆纳泵密封等。有时也用于减速机高速轴密封。 螺旋密封可用于高温、深冷、腐蚀和带有 颗粒等的液体，密封条件苛刻时，也能使密封效果良好。,流体润滑与密封基础,7.6.1,螺旋密封的结构,螺旋密封的轴表面开有螺旋槽，孔为光表面，这同迷宫密封的开槽情况是一致的，所以可以把螺旋密封看成是迷宫中的一种特殊型式，称为螺旋迷宫。但螺旋迷宫的齿是连续的，则通过齿的介质的流动状态发生变化。螺旋槽不再作为膨胀室产生旋涡来消耗流动的能量，而是作为推进装置与介质发生能量交换，产生所谓“泵送作用”和泵
14、送压头，与被密封介质的压力相平衡，即压力差p =0，从而阻止泄漏。故密封机理与迷宫密封略有不同。但介质在通过间隙时，有一部分越过齿顶流过，而不沿槽流 动，即有“透气效应”，这和迷宫密封是一样的。,流体润滑与密封基础,7.6.2,螺旋密封的机理,不同螺旋结构密封机理稍有区别。 1、单段螺旋单向回流密封 利用螺杆泵原理，靠螺旋的泵送作 用，把沿间隙泄漏的介质推赶回去， 以实现密封。适用于密封液体或气液 混合物，无需外加封液，常用于轴承 封油。需注意螺旋的赶油方向需与油 的泄漏方向相反，否则不但不能实现 密封，反而会导致泄漏量急骤增加。,流体润滑与密封基础,7.6.2,螺旋密封的机理,2、封液密封
15、利用两段旋向相反的螺旋，将封液挤向中间，形成液封。液封的压力稍大于或等于被密封介质压力，既能实现密封。 常用于密封气体或密封真空。,流体润滑与密封基础,7.6.2,螺旋密封的机理,3、真空密封 两段旋向相反的螺旋，在高速旋转频率下，使气体向两侧排出。造成中间形成“高真空陷阱”以实现密封。 这种密封可用作真空密封。,流体润滑与密封基础,7.6.2,螺旋密封的机理,从理论上讲，螺旋密封的问隙越小则对确保密封越有利。如果间隙大，则液体介质不能同时附着于轴和孔的表面上。假设液体介质仅附着于孔壁而与轴分离，则螺旋密封不起推赶介质的作用，即密封失效。但是，间隙太小，又怕轴与孔壁相碰。为避免产生密封金属偶件
16、的摩擦与磨损，可在孔壁表面涂上一层石墨。,流体润滑与密封基础,7.6.2,螺旋密封的机理,停车密封,7.7,7.7.1,离心式停车密封,停车密封,7.7,7.7.1,离心式停车密封,停车密封,7.7,7.7.2,压力调节式式停车密封,停车密封,7.7,7.7.2,压力调节式式停车密封,停车密封,7.7,7.7.3,气膜式停车密封,磁性流体是把磁铁矿等强磁性 的微细粉末（约100）在水、油类、脂类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体。该液体具有在通常离心力和磁场作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可被磁铁所吸引的特性。 磁流体由3种主要成分组成： 1）固态铁磁体微粒（Fe3O4）；
17、2）包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性（稳定）剂； 3）载液（溶媒）。,磁流体密封,7.8,7.8.1,磁流体的组成,固态铁磁体微粒悬浮在载液中，同时表面上吸附着一层表面活性剂，在离心力及磁场作用下，它既不沉淀也不凝聚，而是稳定地悬浮在液相中，保持着均匀混合的悬浮状态。铁磁体微粒可以是四氧化三铁、氧化铁和二氧化铬，其粒度一般为100200。稳定分散剂有油酸、氟醚酸等, 它吸附在微粒表面形成单分子层（保护层），借分子力作用使各粒子不聚胶。载液是不导电液体，根据密封介质来定，可选水类、油类、脂类和醚类等。,磁流体密封,7.8,7.8.1,磁流体的组成,金属氧化物磁性微粒属无机类固体微粒，不溶解或
18、难分散在一般的载体中。故微粒与载液两相之间的联接需加入第三者，即表面活性剂，其既能吸附于固体微粒表面，又能具有被载液溶剂化的分子结构。实验表明，所采用的表面活性剂分子是一种极性官能团的结构。其“头部”一端化学吸附于磁性微粒表面上，另一“尾部”端伸向悬浮着微粒的载液中。如载液与这尾部有相似结构时，它们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层，致使微粒彼此分散，悬浮于载液中。包覆了表面活性剂的微粒彼此接近时，因它们有相同的尾部而相斥，使微粒不会因其相吸而从载液中分离或沉淀出来。,磁流体密封,7.8,7.8.1,磁流体的组成,作密封用的磁流体是一种磁性的胶体溶液，其性能要求是： 1
19、、稳定性好，不凝聚、不沉淀、不分解，是磁流体各种特性存在的前提。 2、饱和磁化强度高； 3、起始磁导率大； 4、粘度和饱和蒸气压低。 其他如凝固点、沸点、导热率、比热和表面张力等也有一定的要求。影响磁流体稳定性的主要因素有： 微粒粒度大小、表面活性剂和载液以及它们的合理配比。,磁流体密封,7.8,7.8.2,磁流体的特性,磁流体密封,7.8,7.8.3,磁流体的工作原理,磁流体密封,7.8,7.8.3,磁流体的工作原理,磁流体密封,7.8,7.8.4,磁流体的应用,磁流体密封,7.8,7.8.4,磁流体的应用,磁流体密封,7.9,7.9.1,全封闭密封的原理,全封闭密封是将系统内外的泄露通道完全隔断，或者工作机与原动机置于同一密封闭系统内，完全杜绝向外泄露的特殊密封形式。它没有一般动密封存在的摩擦、磨损、润滑及流体通过密封面的流动（泄露）问题，是一种特殊的动密封。 类型：密封闭式机泵、隔膜传动和磁力传动。,磁流体密封,7.9,7.9.2,密闭式机泵,袋式和屏蔽式,磁流体密封,7.9,7.9.2,密闭式机泵,袋式和屏蔽式,磁流体密封,7.9,7.9.2,隔膜式,磁流体密封,7.9,7.9.2,磁力传动,