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成型填料密封泛指用橡膠、塑料、皮革及金屬材料經(jīng)模壓或車削加工成型的環(huán)狀密封圈。
成型填料按工作特性分為擠壓型密封圈和唇形密封圈兩類；按材料可分為橡膠類、塑料類、皮革類和金屬類。各種材料的擠壓型密封圈中橡膠擠壓型密封圈應(yīng)用最廣，其中O形圈歷史最悠久，最典型。唇形密封圈的類型很多，有V形、U形、L形、J形和Y形等。
5.1 O型密封圈
O型密封圈簡(jiǎn)稱O型圈，開始出現(xiàn)在19世紀(jì)中葉，當(dāng)時(shí)用它作蒸汽機(jī)汽缸的密封元件。
O型橡膠密封圈有如下的優(yōu)點(diǎn)：
1）密封部位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝部位緊湊，重量較輕；
2）有自密封作用，往往只用 一個(gè)密封件便能完成密封；
3）密封性能較好，用作靜密封時(shí)幾乎可以做到?jīng)]有泄露；
4）運(yùn)動(dòng)摩擦阻力很小，對(duì)于壓力交變的場(chǎng)合也能適應(yīng)；
5）尺寸和溝槽已標(biāo)準(zhǔn)化，成本低，便于使用和外購(gòu)。
5.2 V型密封圈
V型密封圈為一種唇形密封圈，是使用最早使用最多的成型填料之一。它主要用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)，作活塞或活塞桿的密封。很少用于轉(zhuǎn)動(dòng)中或作靜密封。
V形密封圈有下列特點(diǎn)：
1）密封性能良好；
2）允許一定的偏心載荷、和偏心運(yùn)動(dòng)；
3）可以多圈重疊使用，并通過調(diào)節(jié)壓緊力來獲得最大密封效果；
4）耐沖擊壓力和振動(dòng)壓力；
5）當(dāng)填料不能從軸向裝入時(shí)，可以開切口使用，只要安裝時(shí)將切口互相錯(cuò)開，不影響密封效果。其缺點(diǎn)是摩擦阻力較其他成型填料的大。
5.3 Y型密封圈
活塞密封用的U形和Y形密封圈在形狀上略有不同，U形圈的唇長(zhǎng)，底部與唇部同厚度或略大于唇部厚度。Y形圈的純短，底部厚，這是為了克服U形圈常常不能穩(wěn)定安放而設(shè)計(jì)的，同時(shí)可增大唇的強(qiáng)度，以免唇根部被撕裂。
5.4 鼓形和山形密封圈的結(jié)構(gòu)
5.4.1 鼓形密封圈的結(jié)構(gòu)
鼓形密封圈又稱活塞密封圈，它是為單向和雙向工作的活塞而設(shè)計(jì)的。密封圈的截面、襯套或擋環(huán)的結(jié)構(gòu)與活塞的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。由于有各種性能的要求，所以鼓形密封圈的結(jié)構(gòu)也不可能是一致的。
J形和L形密封圈，都是用于工作壓力不大于1MPa的氣壓或液壓機(jī)械設(shè)備的密封。J形密封圈的是用于活塞桿密封。
6.1 油封
油封，即潤(rùn)滑油的密封。它常用于各種機(jī)械的軸承處，特別是滾動(dòng)軸承部位。其功能在于把油腔和外界隔離，對(duì)內(nèi)封油，對(duì)外封塵。
油封與其他密封比較有下列優(yōu)點(diǎn)：
1）油封重量輕，耗材少。
2）油封的安裝位置小，軸向尺寸小，容易加工。
3）密封性能好，使用壽命較長(zhǎng)，對(duì)機(jī)器的振動(dòng)和主軸的偏心都有一定的適應(yīng)性。
4）拆卸容易，檢修方便。
5）價(jià)格便宜。
6.2 防塵密封
油封可作防塵密封的件使用。但是在粉塵嚴(yán)重或是為了保護(hù)其他密封件時(shí)，常常使用專門的防塵密封。
防塵密封的材料，油壓機(jī)械多用橡膠，氣壓機(jī)械多用毛氈，飛機(jī)和寒帶工作的油缸為了對(duì)付活塞桿外部結(jié)冰而用金屬，化工部門為防止活塞桿上的粘著物也用金屬。
防塵密封對(duì)保護(hù)關(guān)鍵性的液壓設(shè)備是十分重要的。滲入塵土，不僅磨損密封件，而且會(huì)大大的磨損導(dǎo)向套和活塞桿。此外，雜質(zhì)進(jìn)入液壓介質(zhì)中，也會(huì)影響操作閥和泵的功能，在最壞的情況下，也可能損壞這些裝置。防塵圈能除掉活塞桿表面上的塵土和雜物，但損壞活塞桿上的油膜，這對(duì)密封件的潤(rùn)滑也有一定作用。
七 磁流體密封
7.1 磁流體
7.1.1 磁流體的組成
1995年由美國(guó)帕佩爾（Papell）發(fā)明的磁性流體，是把磁鐵礦等強(qiáng)磁性的微細(xì)粉末（約100?）在水、油類、酯類、醚類等液體中進(jìn)行穩(wěn)定分散的一種膠態(tài)液體。這種液體具有在通常離心力和磁場(chǎng)作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁鐵所吸引的特性。
磁流體由3種主要成分組成：
1）固體鐵磁體微粒（Fe3O4）；
2）包覆著微粒并阻止其相互凝聚的表面活性劑（穩(wěn)定劑）；
3）載液（溶媒）。
7.1.2 磁流體的特性
磁流體是一種叫膠體溶液。作為密封用的磁流體，其性能要求是：穩(wěn)定性好，不凝聚、不沉淀、不分解；飽和磁化強(qiáng)度高；起始磁導(dǎo)率大；粘度和飽和蒸氣低，其他如凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)、導(dǎo)熱率、比熱和表面張力等也有一定的要求。
影響磁流體穩(wěn)定的主要因素有：微粒力度大小、表面活性劑和載液以及它們的合理配比。穩(wěn)定性是磁流體各種特性存在的前提。
7.2 磁流體密封的工作原理
圓環(huán)形永久磁鐵，極靴和轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，把放置在軸與極靴頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個(gè)所謂的“O”形環(huán)，將縫隙通道堵死而達(dá)到密封的目的。這種密封方式可用于轉(zhuǎn)軸是磁性體和轉(zhuǎn)軸是非磁性體兩種場(chǎng)合。前者磁束集中于間隙處并貫穿轉(zhuǎn)軸而構(gòu)成磁路，而后者磁束比不通過轉(zhuǎn)軸，只是通過密封間隙中的磁流體而構(gòu)成磁路。
7.2.3 極限條件
磁流體密封在工作時(shí)會(huì)受到下列條件的限制：
1）蒸發(fā)。磁流體由磁性微粒、表面活性劑和載液3部分組成，載液的蒸發(fā)是決定密封極限旋轉(zhuǎn)頻率和使用壽命的主要因素。因?yàn)槊芊馐强坑邢薜拇帕黧w工作的。為此，應(yīng)選用蒸汽壓低的載液，使蒸發(fā)損失為最小值。
2）溫升。溫度升高會(huì)導(dǎo)致磁鐵退磁和磁流體的蒸發(fā)。因?yàn)闇囟壬撸扯冉档停β氏囊簿徒档停@是有利的一面。但是溫度的、升高，磁飽和強(qiáng)度下降，也可能使密封的耐壓能力有些下降，因此，磁流體溫度一般不應(yīng)高于105℃，否則應(yīng)采用冷卻措施。
3）極限真空度。磁流體密封極限真空度取決于載液的揮發(fā)度，用二脂潤(rùn)滑劑作成的載液可滿足1.333×10-7Pa超高真空技術(shù)的要求。
4）周速。一般磁流體密封適用于高周速30m/s以上的運(yùn)轉(zhuǎn)，無極限標(biāo)志。但考慮到溫度和散熱，周速應(yīng)限制在60～80m/s，此時(shí)還要考慮極限耐壓能力。
八 高壓密封
高壓密封的型式很多，按其工作原理分為強(qiáng)制密封和自緊密封兩類。強(qiáng)制密封是依靠聯(lián)接件（螺栓）的預(yù)緊力來保證壓力容器的頂蓋、密封元件和圓筒體端部之間具有一定的接觸壓力，以達(dá)到密封的目的。自緊密封是隨著壓力容器內(nèi)的操作壓力增加，密封元件與頂蓋、圓筒體端部之間的接觸壓力也隨之增加，由此實(shí)現(xiàn)密封作用。自緊密封的特點(diǎn)是壓力越高，密封元件在接觸面的壓緊力就 越大，密封性能也就越好，操作條件波動(dòng)時(shí)，密封仍然可靠。但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造較困難。自緊密封按密封元件變形方式還可以分為軸向自緊密封和徑向自緊密封。
按密封材料性能，高壓密封又可分為使密封元件產(chǎn)生塑性變形的塑性密封，使密封元件產(chǎn)生彈性變形的彈性密封。
目前，壓力容器常用的密封型式有如下幾種：
1）強(qiáng)制密封有平墊密封，卡扎里密封和八角墊密封；
2）半自緊密封有雙錐密封；
3）自緊密封有楔形密封，五德密封，空心金屬O形環(huán)密封，C形環(huán)密封，B形環(huán)密封，三角墊密封，八角墊密封，平墊自緊密封及橡膠O形圈密封等。
九 真空密封
真空聯(lián)機(jī)密封性能取決于聯(lián)接處的泄露和真空材料的放氣。對(duì)任何真空系統(tǒng)總希望漏、放氣量與密封形式、密封材料、加工精度及裝配質(zhì)量等諸多因素有關(guān)，故在聯(lián)接處總會(huì)存在一定的漏、放氣量，因此可根據(jù)真空系統(tǒng)工作的性質(zhì)，真空室工作工作應(yīng)力的高低及其出口處抽氣速度的大小提出要求。
真空系統(tǒng)中的壓力在高于10-5Pa真空范圍內(nèi)廣泛使用合成橡膠、環(huán)氧樹脂和塑料。當(dāng)真空度提到壓力10-7Pa的真空范圍時(shí)，這些密封材料就不能用了，需要應(yīng)用超高真空的密封材料如金或銅作墊圈，而真空殼體不能用軟剛需要改用不銹鋼。
超真空氣體內(nèi)的氣體狀態(tài)是動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)的壓力極限，一方面與泵的有效抽速有關(guān)，另一方面與來自真空殼體及其內(nèi)部的零部件的氣流量有關(guān)。因雖有系統(tǒng)的有效抽速由于泵有結(jié)構(gòu)尺寸和費(fèi)用的原因，總存在實(shí)際限制。所以，減少氣流量就成為達(dá)到超高真空狀態(tài)的基本設(shè)計(jì)目標(biāo)，成為選擇超高真空材料的主要準(zhǔn)則。
作為真空系統(tǒng)內(nèi)部用的材料，要求飽和蒸汽壓低，為了減少慢性解吸和體出氣，要求能耐450℃高溫烘烤，而不降低機(jī)械強(qiáng)度和不發(fā)生化學(xué)和物理損傷。作為真空系統(tǒng)殼體材料，要求能忽略氣體滲透，承受得住大氣壓的壓力，烘烤期間耐空氣侵蝕和不發(fā)生漏氣。此外，要求選用材料，加工制作容易，價(jià)廉易得。
對(duì)于真空度低于10-7Pa的超高真空，雖然天然和合成橡膠是理想的密封圈材料，彈性好，裝配成真空密封后法蘭螺栓受力很小，而且可以多次重復(fù)使用。但由于超高真空系統(tǒng)要求密封圈材料耐250℃烘烤，實(shí)際上可可供選用的幾種橡膠材料都不能滿足要求。真空度更高（即壓力更低）的超高真空，則必須采用金屬密封。
9.1 真空用橡膠密封圈
接觸式真空動(dòng)密封的結(jié)構(gòu)，最常用的有下面幾種類型：
1）J型真空用橡膠密封。
J型真空用橡膠密封圈工作表面應(yīng)平整光滑，不允許有氣泡雜質(zhì)、凹凸不平等缺陷。
2）O型真空用橡膠密封圈。
3）骨架型真空用橡膠密封圈
4）真空用O形橡膠密封圈
9.2真空用金屬密封圈
金屬密封圈密封的可拆聯(lián)接是超高真空系統(tǒng)中常用的聯(lián)接形式。它是為滿足超高真空要求而必須經(jīng)200～400℃的高溫烘烤除氣而采用的密封方式。
常用的金屬密封圈的材料有金絲和無氧銅兩種，它們有下列一些性能：
金（Au）具有高的化學(xué)穩(wěn)定性，高溫時(shí)不氧化，塑性好，屈服極限比銅或鋁低一倍，在較小的夾緊力下即可產(chǎn)生塑性變形，膨脹系數(shù)為αg=14×10-6cm/cm?℃，比不銹鋼的膨脹系數(shù)αs=18×10-6cm/cm?℃稍低。金制密封圈雖有良好的密封性能，但在夾緊力的作用下會(huì)發(fā)生顯著的變形硬化，強(qiáng)度增加。為了保證密封圈密封，必須增大加緊力，而過大的加緊力又會(huì)在法蘭表面上引起壓力痕，影響密封性能。因此，用在要求較高而不經(jīng)過裝拆的聯(lián)接，拆開后重新裝配時(shí)需要更換密封圈。由于金的價(jià)格比較貴，它的應(yīng)用受到較大的限制。
銅（Cu）的熱膨脹系數(shù)為αs=16.4×10-6 cm/cm?℃。銅的硬度比較大，銅制密封圈在使用前必須在真空或氫氣中進(jìn)行退火處理，消除內(nèi)應(yīng)力。無氧銅是目前超高真空密封聯(lián)接中常用的密封圈材料。其不足之處是高溫烘烤中與大氣接觸部分會(huì)氧化，因此，在要求高的情況下，將無氧銅的密封圈的表面鍍一層金，使其具有更好的密封性能。
作為聯(lián)接用的法蘭盤材料也必須能承受高溫烘烤、抗氧化以及在高溫時(shí)仍有良好的力學(xué)性能。最常用的材料是不銹鋼。法蘭密封表面的粗糙度和尺寸就精度均應(yīng)滿足超高真空密封的要求。
9.3 采用軟件變形的動(dòng)聯(lián)接密封
9.3.1 非金屬軟件變形的動(dòng)聯(lián)接密封
9.3.2 金屬軟件變形的動(dòng)聯(lián)接密封
9.4 真空用的其他密封
9.4.1 真空用磁流體密封
真空轉(zhuǎn)軸密封具有代表的典型結(jié)構(gòu)是接觸式的威爾遜密封。為了防止軸在高速旋轉(zhuǎn)、下氣體的泄露，只能增加密封接觸界面上的壓力。但是由此而產(chǎn)生的摩擦發(fā)熱問題卻難以解決。因此，研制摩擦損失小，使用壽命長(zhǎng)的新型密封結(jié)構(gòu)已成為真空裝置中應(yīng)當(dāng)解決的重大問題之一。為了解決這一問題，近年來應(yīng)用磁流體進(jìn)行真空轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封的技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外取得了成功。
真空中應(yīng)用磁流體密封的優(yōu)點(diǎn)：
1）磁流體密封真空轉(zhuǎn)軸可消除密封件間的接觸所產(chǎn)生的摩擦損失，提高軸的轉(zhuǎn)速（可達(dá)120000r/min），大大減少泄露。如果采用低蒸汽壓的磁流體可將真空室內(nèi)的真空度維持在1.3×10-7Pa以上。
2）磁流體的密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，軸與極靴間的間隙較大，因此可不必要求過高的制造精度。
3）磁流體在密封空隙中由磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)所固定，因此軸的起動(dòng)和停止較方便。其缺點(diǎn)是磁流體在高溫下難以穩(wěn)定，工作溫度一般在-30～120℃之間。軸的過高或過低溫度下工作時(shí)需要采用冷卻或升溫措施，從而使密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
9.4.2 聯(lián)接接隔板密封
利用磁力把動(dòng)力傳遞當(dāng)真空容器中去的密封是在真空容器外、施加一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1，該磁場(chǎng)帶動(dòng)真空容器內(nèi)鼠籠式轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)，即可達(dá)到隔板密封的目的。
這種密封裝置的特點(diǎn)：
1）磁聯(lián)接隔板密封對(duì)真空容器內(nèi)的真空條件沒有顯著影響，同其他幾種動(dòng)密封相比，其真空可靠性大。
2）運(yùn)動(dòng)件與真空容器壁不相接觸，在傳遞運(yùn)動(dòng)過程中隔板或隔離圈筒除承受壓力差外，不承受其他載荷，從而可以保證磁聯(lián)接隔板密封的可靠性。
3）真空容器內(nèi)的“污染”，僅取決于運(yùn)動(dòng)部件本身的結(jié)構(gòu)元件，特別是摩擦部件的放氣及隔板的透氣性。
磁聯(lián)接隔板密封結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題：
1）外磁鐵應(yīng)盡量接近真空器的內(nèi)壁；
2）隔離平板或隔離圈筒應(yīng)用非磁性材料制造；
3）傳遞運(yùn)動(dòng)的鐵芯形狀與磁鐵的形狀相適應(yīng)，而且容器壁或真空室內(nèi)的其他零件應(yīng)保證鐵芯運(yùn)動(dòng)方向；
4）為了減少放氣和摩擦建議用包著玻璃的鐵芯；
5）磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁鐵與鐵芯的距離應(yīng)選擇使它們運(yùn)動(dòng)時(shí)與容器壁或容器內(nèi)的水銀、銦等的沖擊不大。
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