密封是防止气体、液体或者固体的泄漏与组织外部颗粒、流体进入密闭空间或管道系统的功用。能起密封作用的零部件称为密封件。较为复杂的密封连接称之为密封结构或密封装置。
1、密封
1)密封理论
非接触型动密封的密封结构不同,密封机理相差很大,无法详细归类。对于接触型密封,无论动密封还是静密封都是固体间的接触密封,其密封机理的理论可以分为三类:阻断理论、自封理论和过盈理论[1]。
(1)阻断理论
阻断理论认为,密封材料的密封作用,是由密封材料对于接合表面的接触压力和对于紧固外力的弹性回复力所共同形成的对内部介质的阻断作用而产生的。阻断理论主要适用于垫片静密封。对于垫片密封,密封原理分为两种:塑性面接触密封原理和弹性线接触密封原理。垫片塑性面接触密封,即由螺栓力使法兰将垫片压紧,垫片产生塑性变形,以填充密封面上的不平处,消除间隙。弹性线接触密封,即垫片与密封面为不同曲率的精密成型表面,相接触后构成闭合的圆形接触线,依靠接触线上的魏晓弹性变形来填塞密封线上不平出,达到消除间隙的目的。
(2)自封理论
(3)过盈理论
2)密封分类
密封的分类方法有很多。按所密封的介质可以分为液体密封、气体密封等;按密封压力可以分为高压密封、中低压密封、真空密封等;按接触面间的相对运动状态分为动密封和静密封。静密封是指密封面之间没有相对运动的密封;动密封是指密封接合面之间有相对运动,如旋转密封和活塞缸体密封等。3)介质泄漏机理
(1)穿漏[2](Penetration)
流体通过密封面间隙的泄漏
(2)渗漏(Percolation)
在压力差△P的作用下,被密封流体通过密封件材料的毛细管的泄漏
2、高压容器常用的密封形式
1)平垫密封
适用范围:用于温度低于200℃、压力小于32MPa、容器内径不大于800mm的场合。
2)双锥密封
双锥密封的特点:加工精度要求不太高,生产周期短,可以用在较大的温度、压力、直径范围内,由于径向自紧作用,在压力和温度波动下密封性能良好,主螺栓预紧力比平垫密封小。但仍需大螺栓承受预紧力和轴向力,密封元件大,零件较多。
3)“B”形环密封
B形环密封的特点:对连接结构刚度要求低,适用于高压和温度波动较大的场合,压力越高、直径越大,密封效果越好。加工精度要求高,制造困难,拆卸不便,容易擦伤接触面。
4)伍德密封
伍德密封结构是一种最早使用的自紧式密封结构。安装时,将顶盖、压垫、四合环、牵制环依次装入,拧紧拉紧螺栓,使四合环贴住筒体,用牵制螺栓将顶盖吊起而压紧楔形压垫,达到初始预紧密封。操作时,压力载荷全部加到浮动顶盖上,密封比压随介质压力上升而增加。
伍德密封的特点:温度和压力波动时,能保持良好的密封性能;介质压力产生的轴向力通过顶盖传递给压垫和四合环,最后全部传递到上部筒体,没有主螺栓,密封可靠。但结构复杂笨重、零件多,加工精度要求高,安装要求高。
3、高压密封的发展趋势
1)顶盖置于筒体端部法兰内部并与法兰顶部齐平。在顶盖和筒体端部法兰的许多相对位置关系中,只有将顶盖置于简体端部法兰内部,并与法兰顶部齐平,才能使顶盖重量最轻,法兰高度最小。
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