现代密封技术介绍.pdf
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1、1 引言密封技术是一门结合多个学科应用的综合技术,具体涉及了与流体力学 、材料力学和弹性力学 、摩擦学 、化学 、物理化学以及热力学等学科 。密封技术被广泛应用于航空航天 、核能发电等高新技术领域,以及石油 、化工等国民经济各行业,如火箭的液氧透平泵 、核能发电站中的主冷泵 、高压聚乙烯的高压压缩机和聚丙烯的反应釜等许多机器设备的方案就取决于密封技术 。密封技术虽然不是领先性技术,但往往却是决定性关键技术,它决定了机器设备运行的安全性 、可靠性和耐久性1。密封技术水平还远远满足不了生产发展的要求,某些场合泄漏问题还没有解决,所以密封技术有待进一步深入研究 。本文主要对几种新型密封技术及其应用进
2、行介绍,为我国密封技术的开发及应用做一定铺垫作用 。2 磁流体密封2-7磁流体,或称铁磁流体,是一种对磁场敏感又可流动的由直径约为 10nm 的纳米级铁磁性或亚铁磁性固体微粒在特定的表面活性剂的作用下均匀高度弥散到基载液(水 、机油)中而成的一种高稳定性固液相混的胶体溶液,即使在重力场 、电场 、磁场作用下也能长期稳定的存在,不产生沉淀 。磁性液体密封是一种以磁性液体为功能液体,并采用聚磁结构实现非均匀磁场分布,将磁性液体约束在密封间隙中而实现密封目的的液体密封形式 。其密封原理如图 1(a.b)所示 。它由两个环形磁极和夹于磁极中间的环形永久磁铁组成,磁板和旋转轴都具有导磁性,通过永久磁铁形
3、成环形磁路,磁性流体在磁场中受到磁场力的作用形成油膜屏障,在无外力作用时,磁性流体将保持在磁场最强的区域内 。在外力作用下,磁性流体的位置和形状将发生变化,引起磁场力的变化,磁场力与外力相平衡,使磁性流体处于新的平衡状态,始终把磁流体保留在 “O ”密封间隙内,起到密封作用 。磁流体密封作为是近年来发展一门新兴技术,一种新型的 、有独特优势的密封方式 。其主要包括:旋转轴磁性液体密封 、组合式磁性液体密封 、端面磁性液体密封以及往复轴磁性液体密封等 。其有主要的特点是它的密封能力不依靠密封表面间的压紧力,在密封表面之间存在相对运动的情况下,它的摩擦力极小,仅表现为铁磁性流体内部的剪切应力 。磁
4、性流体密封具有以下优点:不可测量的泄漏率;高可靠性,使用寿命长达 10 年以上,具有自我恢复的能力;能承受高转速,允许轴有一定的偏心度和径向跳动;最佳的扭矩传递,无需加预紧力,避免了变形;低的黏性摩擦 。现阶段磁流体密封装置按用途主要分为防尘 、真空 、压力密封 。广泛应用于超导发电机,发酵罐的搅拌,半导体制造,真空蒸发质谱仪,人工心脏贮能飞轮等众多领域 。目前,磁流体的密封耐压能力可达 3.5MPa,真空度达10.8 托,极限转速为 30000r/min 。3 干气密封8-12干气密封,即干运转 、气体润滑 、非接触式机械密封,现代密封技术介绍许振石 樊 军 谢元嫒(新疆大学机械工程学院,乌
5、鲁木齐 830008)摘 要: 随着密封技术的发展,传统的密封技术不断得到改进,新密封技术也不断推陈出新,密封发展方向乃是零泄漏 、高性能 、高可靠性以及长寿命化,本文就几种密封技术(如磁流体密封 、干气密封 、蜂窝密封 、刷式密封)作简要的介绍及密封技术在软件开发上发展 。关键词: 密封技术 磁流体密封 干气密封 蜂窝密封 刷式密封图 1 磁流体密封原理图10 111 2 3 4 5 69 8 12 713图 2 干气密封的结构示意图冲洗液设 计 与 研 究72010 第 1 期 总第 194 期现 代 制 造 技 术 与 装 备50C166156166C 向示意图 3 端面沟槽示意图采用
6、“以气封气 ”或 “以气封液 ”的思想来实现工艺介质的零泄漏 。干气密封的结构示意图 13 如图 2 所示,主要元件有:静环 1 、动环 2 、弹性元件(弹簧 4) 、辅助密封(O 形环 8 、9) 、传动件(传动销 3 或者传动螺钉 7) 、防转件(防转销 10) 、紧固件(弹簧座 5 、压环 12 、压盖 11 和紧定螺钉6)与轴套 13 。干气密封基本工作原理在非运转状态下,干气密封的动环和静环的密封面靠弹簧的弹力贴合在一起 。运转时随着动环的旋转,由于其端面沟槽(如图 3)外深内浅,且末端无通路,以及动环上密封堰的共同作用,产生泵吸效应,形成厚度约 35um 的气膜 14,该气膜有一定
7、的刚度,使得开启力与端面闭合力相平衡,此时密封端面存在一个很小的间隙即保证泄漏量不至超标,又使动 、静环端面实现非接触运转 。实际应用中,干气密封主要有三种布置形式15:单端面密封结构 、串联式密封结构和双端面密封结构 。干气密封最初是用在透平压缩机 、膨胀机等高速旋转机械上,到目前为止,己在化工 、炼油 、化肥 、乙烯 、化纤 、天然气输送等行业获得广泛的应用 。上世纪 90 年代国外开始在中低速旋转机械如离心泵 、搅拌釜中采用干气密封 。4 金属蜂窝密封17-20金属窝密封可以看是作一种复合式迷宫密封,金属蜂窝密封是指将封严用的静子外环制成由金属薄片组成的正六边形疏松多孔结构,利用其易磨合
8、的特点,与转子轴/ 转子叶片 / 转轴和叶片上的封严篦齿所形成的可接触式的迷宫密封,普遍认为蜂窝密封为粗糙的静子密封环内孔表面即可以降低流体的圆滚滚击流动速度而减小密封的交叉刚度,从而达到抑制转子振动的目的阻尼密封其中一种 。蜂窝密封结构如图 4 。蜂窝的芯尺寸分 为 3.2mm蜂窝孔深度为 3.0mm,蜂窝由厚度为 0.1mm 。蜂窝密封环内为 150mm,宽度为 50mm 。与传统的梳齿密封相比,蜂窝密封最大的特点是可以最大限度地缩小密封间隙,而基本上不会导致转子件的磨损及与封严静子件的干涉,易磨合;可以抑制密封流体激振,改善转子的稳定性,使转子运行平稳,具有一定厚度的蜂窝芯格本身就是一种
9、细密的迷宫密封,同时转子件封严齿或不带冠叶片在蜂窝芯上磨出的沟槽相当于又增加了一道参差型迷宫结构达到良好密封效果 。蜂窝密封作为一种成熟的先进密封技术已在石化,电力等行业内取得了有一广泛的应用 。金属蜂窝密封技术在国外许多先进的航空燃气轮机(如 V250, CFM56,PW20 等)上得到了广泛应用 。近年来,国内一些在役和新研制的航空燃气轮机也陆续采用该技术.以减少泄漏损失,提高压气机或涡轮部件效率 。5 刷式密封21-24刷式密封属于接触式密封 。 刷式密封的主要部件为刷丝,其为一束捆扎在一起的高密集度 、按一定角度(3060 )规则排列的的圆截面弹性细金属丝 。刷毛束的宽度一般为 0.7
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