主講人：何媛媛化工裝備密封技術硬填料密封課程目標【知識目標】掌握硬填料密封的結構和原理；熟悉硬填料的類型和結構形式；了解硬填料密封存在的常見問題及解決辦法?！灸芰δ繕恕磕苷_選擇和使用硬填料密封；能解決硬填料密封在使用過程中出現(xiàn)的問題。知識點010203目錄活塞環(huán)密封活塞桿填料密封無油潤滑活塞環(huán)、支撐環(huán)及填料硬填料密封硬填料密封是靠填料的彈性結構和流體壓力作用，使密封環(huán)與軸緊密貼合以達到節(jié)流阻漏的目的。硬填料密封屬于圓柱面接觸型的密封，也可叫圓周密封，廣泛用于內燃機、蒸汽機、活塞式壓縮機等機器上。開口環(huán)分瓣環(huán)用于活塞式機器中稱為活塞環(huán)用于旋轉機器中稱為脹圈

圓周密封可用作旋轉動密封又可用作往復動密封一、活塞環(huán)密封

活塞環(huán)是活塞式壓縮機和活塞式發(fā)動機中主要易損件之一。其用途是密封氣缸工作表面和活塞之間的間隙，防止氣體從壓縮容積的一側漏向另一側。在活塞的往復運動中，它還在氣缸內起著“布油”和“導熱”的作用。

一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)的結構形式和工作原理帶開口的彈性圓環(huán)。截面多為矩形，多種開口的切口形式。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)的結構形式和工作原理活塞環(huán)的密封是依靠阻塞為主兼有節(jié)流來實現(xiàn)的。氣體從高壓側泄漏到低壓側有三條可能的通道:

一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)的結構形式和工作原理環(huán)裝入后，彈力使其緊貼缸壁。有壓力時氣體通過活塞環(huán)微小工作間隙產生節(jié)流，壓力由p1下降至p2，于是在環(huán)前后產生壓差p1-p2。在壓差作用下，環(huán)被推向低壓p2側，阻止氣體由環(huán)槽端面間隙泄漏。此時環(huán)內表面壓力p1>外表面壓力約為(p1+p2)/2，把環(huán)推向缸壁，阻塞氣體由缸壁與環(huán)的間隙泄漏。p1越大，密封壓緊力越高。說明活塞環(huán)有自緊密封作用。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)的結構形式和工作原理當活塞兩側壓力差較大時，可以采用多道活塞環(huán)使氣體經(jīng)多次阻塞、節(jié)流，以達到密封要求?！鱬=0.5~3MPa，3~5道△p=3~12MPa，5~10道△p=12~24MPa,12~20道一、活塞環(huán)密封特殊結構的活塞環(huán)[圖(a)]：薄片活塞環(huán)，由三至四片裝在同一環(huán)槽內，切口相互錯開。良好的密封性，易同氣缸鏡面磨合，使氣缸不致拉毛。[圖(b)]：在鑄鐵環(huán)上鑲嵌填充PTFE，防止氣缸拉毛，在高壓級中采用。[圖(c)、(d)]：在鑄鐵環(huán)上鑲嵌軸承合金或青銅，青銅可是一條或兩條，軸承合金則采用一條。在鑲嵌的突出部分磨完之前，其實際比壓增加。雖能避免拉毛氣缸，使氣缸鏡面與活塞環(huán)易于磨合，但工藝復雜，應用不廣泛。[圖(e)]：低壓空氣壓縮機中直徑不大的活塞環(huán)，將內圓一銳角加工成（1.5～2）×45°的倒角，減弱活塞環(huán)倒角側的彈力。一、活塞環(huán)密封特殊結構的活塞環(huán)在超高壓壓縮機中使用的活塞環(huán)結構如圖所示。特點：由兩個中間鑲有銅錫合金(Sn4.8％、Cu95.2％)的活塞環(huán)，以及共用的一個彈力環(huán)和隔距環(huán)組成一組?；钊h(huán)的基體是合金鑄鐵，彈力環(huán)和隔距環(huán)是用調質鉻鋼制成。硬度300～350HBS，強度σb=110～130MPa。使用五組活塞環(huán)即能密封175MPa的壓力。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)應用——往復壓縮機用a.油潤滑活塞環(huán)用于有油潤滑往復式壓縮機。材料有灰鑄鐵或合金鑄鐵。小型汽缸中，活塞上除活塞環(huán)外，還配有刮油環(huán)，刮掉汽缸中多余的潤滑油，控制油膜厚度，應安裝在活塞環(huán)組的大氣側。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)應用——往復壓縮機用b.無油潤滑活塞環(huán)用于無油潤滑往復式壓縮機。通常由石墨、尼龍、增強聚四氟乙烯等自潤滑材料制成。有整體開口式、分瓣式兩種。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)應用——往復壓縮機用b.無油潤滑活塞環(huán)無油潤滑活塞環(huán)有背壓和無背壓兩種。原理：金屬活塞環(huán)都是依靠本身彈力預緊，且依靠環(huán)背氣體的背壓將活塞環(huán)與缸壁貼緊。有背壓的無油潤滑活塞環(huán)是依靠彈力環(huán)的彈力預緊，工作時依靠氣體背壓壓緊。圖為無背壓活塞環(huán)，將整體(不開口)填充PTFE活塞環(huán)以一定過盈量壓入金屬內襯環(huán)上，可免除槽底進氣的背壓外張的作用，活塞環(huán)外圓加工成迷宮齒形起節(jié)流作用。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)應用——往復壓縮機用b.無油潤滑活塞環(huán)特點：①.石墨和填充PTFE的彈性低，不能自然產生預緊比壓，需在環(huán)背上配置金屬彈力環(huán)，或采用無背壓活塞環(huán)。彈力環(huán)一般要有0.07MPa的彈力。彈力環(huán)的結構形式有波浪式、扁彈簧式和圓彈簧式等。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)應用——往復壓縮機用b.無油潤滑活塞環(huán)特點：②.填充PTFE導熱性差，熱膨脹系數(shù)比金屬大，設計時應考慮留出足夠間隙，其中包括周向開口間隙e、側面間隙δ和徑向間隙f。間隙值可根據(jù)膨脹系數(shù)和溫升值計算，實際運行中要獲得準確膨脹系數(shù)和溫升有一定困難。一、活塞環(huán)密封活塞環(huán)應用——往復壓縮機用b.無油潤滑活塞環(huán)特點：③.由于無油潤滑材料硬度低、磨損量相對大些，加之填充PTFE在高壓下易變形(冷流)，故對缸壁的密封比壓應遠小于金屬環(huán)，一般小于0.01～0.02MPa，因而軸向高度應比金屬環(huán)為大，有的甚至大一倍左右。④.無油潤滑活塞環(huán)的環(huán)數(shù)比金屬活塞環(huán)少，因為填充PTFE環(huán)剛性差，易變形，在徑向力作用下易和氣缸壁面很好的貼合，密封效果好，環(huán)數(shù)太多會增大摩擦功耗。Δp/Mpa<0.3<1.5<8.6<20環(huán)數(shù)234~56~8表2-17壓差與環(huán)數(shù)的關系二、活塞桿填料密封主要作為往復式壓縮機活塞桿密封。是依靠阻塞和節(jié)流作用進行工作的自緊式接觸型動密封。硬填料采用金屬、石墨等耐磨材料制成，多采用分瓣式結構，有較好耐溫、耐壓性能。徑向彈簧硬填料密封典型結構軸向彈簧填料箱密封環(huán)軸P二、活塞桿填料密封平面填料1-導向套；2-密封盒；3-閉鎖環(huán)；4-密封圈；5-鐲形彈簧；6-氣室；7-前置填料；8-長螺栓二、活塞桿填料密封平面填料工作原理環(huán)浮裝于軸上，軸向和徑向均有間隙，為減少泄漏，往往將兩個環(huán)組成一組，切口錯開，互相遮蓋，環(huán)的外圓周有彈簧將環(huán)與軸箍緊，產生徑向預緊力，流體壓力起自緊作用。當環(huán)內圓周磨損各片可以沿切口滑移，使內孔縮小，環(huán)與軸始終保持緊密貼合。適用范圍：壓力：P≤50MPaT≤400℃V≤110m/s氣流方向二、活塞桿填料密封平面填料圖2-36三、六瓣平面填料

a.三六瓣填料工藝性好，剖分面均可研磨，用于中壓△p<10MPa。安裝時三裝在高壓側（介質側），六裝在低壓側（大氣側）。結構形式二、活塞桿填料密封平面填料b.三瓣斜口密封環(huán)結構簡單，堅固，但流體可沿斜口結合面泄漏，只適用于低壓條件。常用作低壓壓縮機的密封(△p<1MPa)。圖2-37三瓣斜口平面填料1，2—三瓣斜口密封圈；3—圓柱銷；4—鐲形彈簧結構形式二、活塞桿填料密封平面填料c.一組由三道開口環(huán)組成，內圈1、2是密封環(huán)，外圈3是彈力環(huán)。裝配時，三環(huán)切口錯開。結構和制造工藝簡單，應用于△p=2MPa的場合。結構形式圖2-38活塞環(huán)式填料密封1，2—內圈；3—外圈二、活塞桿填料密封平面填料活塞桿直徑/mm密封壓力/MPa1.02.54.06.410.0填料組數(shù)25~50345~65~66~755~8044~55~66~77~890~15055~66~77~8—表2-14平面填料組數(shù)選定參考選擇參考二、活塞桿填料密封平面填料材料：灰鑄鐵HT200，特殊情況下，一般采用ZQSn8-12、軸承合金ZChSnSb11-6及高鉛青銅等。當采用鑄鐵時，要求金相組織為片狀及粗斑狀珠光體，不允許有游離滲碳體存在。技術要求：鑄鐵件硬度要求為180~230HBW。密封圈的端面及內圓面應有較高表面粗糙度，端面應研磨，Ra=0.2μm。密封圈的兩端面應平行，不平行度在100mm長度內不得大于0.02mm二、活塞桿填料密封錐面填料用于10~100MPa高壓。具有徑向自緊和軸向自緊自緊式密封。圖2-39錐面填料結構1—支承環(huán)；2—壓緊環(huán)；3—T形環(huán)；4—前錐環(huán)；5—后錐環(huán)；6—軸向彈簧；7—圓柱銷

結構：錐面填料環(huán)由一個T形環(huán)和兩個錐形環(huán)組成。前、后錐環(huán)對稱地套在T形環(huán)內，安裝式切口互成120°，用定位銷固定，并裝在支承環(huán)和壓緊環(huán)里面，最后放入填料盒內。二、活塞桿填料密封錐面填料工作原理：軸向彈簧使密封圈產生初始密封，當氣體壓力p從右邊軸向作用在壓緊環(huán)的端面時，通過錐面分解成一徑向分壓力ptanα，此力使密封環(huán)抱緊在活塞桿上。α角越大，徑向力也越大，故此密封也是靠氣體壓力實現(xiàn)自緊密封。二、活塞桿填料密封錐面填料密封壓/Mpa<1010~4040~8080~100填料組數(shù)3~44~55~66~7密封壓差/Mpa錐面角α10°20°30°填料組數(shù)4.0~10—1310~20—2320~32—23表2-15錐面填料組數(shù)選定參考表2-16錐面填料的錐面角和組數(shù)選擇參考二、活塞桿填料密封錐面填料材料：錫青銅ZQSn8-12(用于p>27.4MPa)或巴氏合金ChSnSbll-6(用于p≤27.4MPa)，用錫青銅ZQSn8-12時，要求硬度為60～65HBS。整體支承環(huán)與壓緊環(huán)用碳鋼。技術要求：T形環(huán)及兩個錐形環(huán)的錐面要同時加工；T形環(huán)、錐形環(huán)對支承環(huán)和壓緊環(huán)之間的錐面要保持良好貼臺，貼合面不少于總面積75％；T形環(huán)及錐形環(huán)內孔按J7級公差加工；錐形環(huán)的內孔直角部分不允許倒角棱。結構復雜，隨著耐磨工程塑料的應用，使用越來越少。二、活塞桿填料密封填料函的使用與維護序號故障原因解決辦法1固體顆粒等雜物進入密封面產生磨料磨損，并劃出勾痕（特別是軸向勾痕）卸下所有密封件，并清洗;對活塞桿(或軸)表面進行檢查，是否有毛刺、劃傷、磨損溝痕等，必要時可采用細銼和油石修復2活塞桿產生不均勻磨損以及出現(xiàn)不允許的圓柱度和圓度檢查活塞桿(或軸)的幾何尺寸并修復(滿足其強度條件下)3填料環(huán)出現(xiàn)磨損過大，切口間隙減小，使其與活塞桿（或軸）的貼合能力下降，或失去貼合作用檢查填料環(huán)間隙并修復到原始尺寸4填料組件中有填料或彈簧發(fā)生損壞，引起整個填料函產生密封失效檢查填料環(huán)和彈簧，如已損壞不能修復，則更換;彈簀一般需要更換。三、無油潤滑活塞環(huán)、支撐環(huán)及填料支撐環(huán)作用：支承活塞質量和定中心，在立式壓縮機中則起到導向環(huán)作用(在臥式也稱為導向環(huán))，對活塞環(huán)的密封能力和使用壽命有很大的提高效果。用在中等直徑的整體活塞上。用在大直徑活塞上，又稱為支承塊式結構。用于組合式活塞。三、無油潤滑活塞環(huán)、支撐環(huán)及填料支撐環(huán)三、無油潤滑活塞環(huán)、支撐環(huán)及填料填料采用填充PTFE平面填料。如圖(a)所示甲、乙密封環(huán)均為開口環(huán)，而乙環(huán)徑向切口用小帽蓋住，結構簡單。但磨損后徑向補償不夠均勻，會使密封環(huán)產生變形，導致密封性能下降。三、無油潤滑活塞環(huán)、支撐環(huán)及填料填料(b)中的兩環(huán)結構相同，只是在兩環(huán)外周增加圍帶結構，克服圖(a)結構不足。(c)為O形環(huán)結構，主密封環(huán)無切口，活塞桿與塑料環(huán)的配合略有一定的過盈量，經(jīng)過跑合和溫升會使環(huán)內徑稍有膨脹，使它們之間配合趨于合理。三、無油潤滑