密封基礎(chǔ)知識（三）基礎(chǔ)知識——離心、停車和全封閉密封10.1離心封閉10.1.1離心密封的結(jié)構(gòu)型式離心密封是利用回轉(zhuǎn)體帶動流體使之產(chǎn)生離心力以克服泄露的裝置，其密封能力來源于機器軸的旋轉(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：它沒有直接接觸的摩擦副，可以采用較大的密封間隙，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)計合理可以做到接近于零泄露。但是這種密封所能克服的壓差小，亦即密封的減壓能力低。離心密封的功率消耗大，甚至可達泵有效功率的1/3。此外，由于它是一種動力密封，所以一停車立即喪失密封功能，為此必須輔以停車密封。10.2.2離心密封的減壓能力10.2.1背葉片密封如果工作輪后蓋板上無葉片，亦即為光滑盤時，則處于后蓋板與泵殼間隙腔中的液體將以工作輪角速度的ω/2的旋轉(zhuǎn)。此時，間隙空腔中的壓力沿徑向按拋物線規(guī)律分布，如圖10-5中的壓力將沿ABEKG分布，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)部件旋轉(zhuǎn)頻率降低或停車時，動力密封失去密封能力，只有依靠停車密封阻止流體泄漏。某些液封和氣封液帶有停車密封，以便停車后將封液、封氣系統(tǒng)關(guān)閉。停車密封的結(jié)構(gòu)類型有多種，其中應(yīng)用最廣的是離心式停車密封，此外還有壓力調(diào)節(jié)式停車密封，脹胎式停車密封等。10.2.1離心式停車密封圖10-10所示是一種典型的離心式停車密封結(jié)構(gòu)，泵運轉(zhuǎn)時靠背葉片的離心作用密封。停車時，在彈簧力推動下，使泵軸向左滑移而將錐套填料抵緊，阻止泄漏。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，可在軸上移動的螺旋套，在彈簧力推動下，是其臺階端面與機殼端面壓緊而密封。運轉(zhuǎn)時，兩段反向的螺旋使間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)外的泄露通道全部隔斷，或者將工作機和動機置于同一密閉系統(tǒng)內(nèi)，可以完全杜絕介質(zhì)向外泄露。全封閉密封沒有一般動密封存在的摩擦、磨損、潤滑以及流體通過密封面的流動即泄露問題，是一種特殊類型的密封。在密封劇毒、放射性和稀有貴重物質(zhì)等方面以及在其實驗和產(chǎn)生中，全封閉密封都有重要用途?；A(chǔ)知識——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、氫冷氣輪發(fā)電機、離心泵等軸封。在中、高壓離心壓氣機中可供選擇的密封方式有：機械密封、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，而機械密封在周速大于40m/s溫度高于200℃以后也很難適應(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：1）密封結(jié)構(gòu)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)也只有這些簡單零件的組合，比機械密封零件少。2）對機器的運行狀態(tài)并不敏感，有穩(wěn)定密封性能。3）的密封件不產(chǎn)生磨損，密封可靠，維護簡單、檢修方便。4）因密封件材料為金屬，固耐高溫。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)流體機械，尤其使用于氣體壓縮機，其許用速度高達100m/s以上，這是其他密封所不能比擬的。7）只要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，在、使機器有較高的效率。浮環(huán)密封的缺點：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(fù)雜而昂貴的自動化供油系統(tǒng)。11.1浮環(huán)密封機理浮環(huán)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(yīng)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，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)雜的密封輔助系統(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)、光滑環(huán)和開口環(huán)、液膜和干式浮動環(huán)。11.2.1寬環(huán)和窄環(huán)寬環(huán)的寬度相對其直徑來說較大，其比例l/D=0.4～0.6。這種環(huán)的特點在于工作時作用在此環(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)目可以比窄環(huán)少些，這樣，密封裝置的結(jié)構(gòu)可以簡化，并便于裝拆和檢修。寬環(huán)的缺點在于環(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，在自由浮動時所須克服的端面摩擦力較大，即浮動較為困難。窄環(huán)的寬度相對其直徑較小，其比例l/D=0.1～0.2。窄環(huán)與軸的間隙較小，工作時，間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。由于采用這種輔助措施，偏心度較小，停車時間也較少，這樣，雖然環(huán)窄，泄露量卻不大。窄環(huán)也可以不用O形圈定位，而改用彈簧。環(huán)在彈簧力的作用下，壓在隔離環(huán)端面上。當(dāng)密封液的壓力降低時，環(huán)仍可以保持它的對正中心位置。由于作用在每個窄環(huán)上的壓力差比寬環(huán)小，所以環(huán)作用在隔離環(huán)端面上的壓力也就小，即窄環(huán)容易浮動。11.2.2光滑環(huán)和開口環(huán)光滑環(huán)的內(nèi)孔是光滑的；開槽環(huán)的內(nèi)孔全長開槽或部分開槽。由于光滑環(huán)與軸表面的間隙中水力摩擦較小，使用中回出現(xiàn)較大的泄露量。開槽環(huán)的內(nèi)孔加工有許多道環(huán)形槽，與軸的間隙中水力摩擦較大，在同樣的壓差和同樣的寬度下，泄露量要比光滑環(huán)小，特別是在高轉(zhuǎn)速下可以作到完全不漏，液膜形成也很穩(wěn)定，能有效的起到密封作用。所以，對于高速轉(zhuǎn)軸，開槽環(huán)比光滑環(huán)好，如將光滑浮環(huán)密封與機械密封作比較，在低速時機械密封的泄露量少些，高速下則光滑環(huán)少些，因此，高速轉(zhuǎn)動密封宜用光滑環(huán)。但是，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率太高時，由于密封油的粘性阻滯作用，密封油會發(fā)熱。為了散熱，常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除與環(huán)的形式有關(guān)外，還與運動速度、油的特性、入口油溫和大氣溫度等有關(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，因為浮環(huán)通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)的一個端面分別與各隔離環(huán)的一個端面緊密貼合，組阻止氣體沿徑向泄露，并靠端面的摩擦力防止環(huán)轉(zhuǎn)動通過浮動環(huán)密封沿軸向漏出的少量氣體由排漏空排出，或引至主機的氣體進口。石墨浮環(huán)密封的工作間隙不是定值，而是隨摩擦發(fā)熱狀況而自行調(diào)整，故有“熱自調(diào)間隙密封”之稱。石墨既耐腐蝕又耐熱，但它太脆，在徑向載荷作用下易斷裂。在離心壓氣機中，采用了石墨作浮環(huán)，為了防止斷裂，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，使之達到規(guī)定的尺寸。當(dāng)軸封的溫度上升時，如鑲環(huán)與軸的材料相同或相似，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400℃的氣體密封?；A(chǔ)知識——迷宮密封迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，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(yīng)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，毋須潤滑，并允許有熱膨脹，適應(yīng)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速頻率的場合，這種密封形式被廣泛用于汽輪機、燃汽輪機、壓縮機、鼓風(fēng)機的軸端和的級間的密封，其他的動密封的前置密封。12.1迷宮密封的密封機理流體通過迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機能稱為“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者膨脹而產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換；此外，還有“透氣效應(yīng)”等。而迷宮效應(yīng)則是這些效應(yīng)的綜合反應(yīng)，所以說，迷宮密封機理是很復(fù)雜的。12.1.1摩阻效應(yīng)泄露液流在迷宮中流動時，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構(gòu)成了磨阻效應(yīng)，前者與通道的長度和截面形狀有關(guān)，后者與迷宮的彎曲數(shù)和幾何形狀有關(guān)。一般是：當(dāng)流道長、拐彎急、齒頂尖時，阻力大，壓差損失顯著，泄露量減小。12.1.2流束收縮效應(yīng)由于流體通過迷宮縫口，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，氣體通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，實際流速比u1小，令Cd為速度系數(shù)，則實際流速u1為u1=Cdu1于是，通過孔口的流量將等于q=CcCdAu1式中Cc