2025年現(xiàn)代密封技術(shù)試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列密封類型中，屬于非接觸式動密封的是（）A.O型圈密封B.干氣密封C.填料密封D.機械密封端面接觸副答案：B2.全氟醚橡膠（FFKM）作為密封材料的核心優(yōu)勢是（）A.高彈性模量B.耐超高溫（＞300℃）和強腐蝕介質(zhì)C.低摩擦系數(shù)D.優(yōu)異的抗壓縮永久變形性答案：B3.密封系統(tǒng)中“界面泄漏”的主要機理是（）A.介質(zhì)通過密封材料內(nèi)部微孔滲透B.密封面微觀不平度導(dǎo)致的間隙泄漏C.材料分子鏈間隙的擴散泄漏D.密封件因熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力松弛答案：B4.機械密封中“PV值”的定義是（）A.密封端面平均壓力與線速度的乘積B.密封腔壓力與軸徑的乘積C.彈簧比壓與轉(zhuǎn)速的乘積D.介質(zhì)密度與體積流量的乘積答案：A5.氣體密封中“氣膜剛度”的物理意義是（）A.單位膜厚變化對應(yīng)的氣膜承載力變化B.氣膜抗剪切變形的能力C.氣膜壓力與膜厚的比值D.氣膜泄漏量與壓力差的關(guān)系系數(shù)答案：A6.納米復(fù)合密封材料中，納米顆粒的主要作用是（）A.降低材料密度B.提高材料的耐老化性能和表面光潔度C.增加材料彈性D.降低摩擦系數(shù)答案：B7.密封失效模式中，“應(yīng)力松弛”主要影響（）A.靜密封的長期密封性B.動密封的摩擦功耗C.氣體密封的泄漏量D.液體密封的液膜穩(wěn)定性答案：A8.磁流體密封的核心工作原理是（）A.磁場約束磁流體形成液體屏障B.永磁體產(chǎn)生壓力差阻擋介質(zhì)C.磁流體的高粘度阻止泄漏D.電磁場誘導(dǎo)介質(zhì)極化答案：A9.評價密封材料“壓縮永久變形”的試驗條件通常是（）A.常溫下壓縮24小時后測量剩余變形B.高溫（如150℃）下壓縮24小時后測量剩余變形C.循環(huán)壓縮1000次后測量變形D.高壓（10MPa）下壓縮1小時后測量變形答案：B10.下列密封結(jié)構(gòu)中，適用于超高速旋轉(zhuǎn)軸（＞200m/s）的是（）A.普通機械密封B.干氣密封（帶螺旋槽）C.填料密封D.唇形密封答案：B二、填空題（每空1分，共10分）1.密封的基本原理可分為界面密封、容積變化密封和（反壓原理密封）。2.機械密封的四大核心部件包括動環(huán)、靜環(huán)、（彈性元件）和輔助密封圈。3.橡膠密封件的“應(yīng)力松弛”是指在恒定變形下，（接觸壓力）隨時間逐漸降低的現(xiàn)象。4.氣體密封的泄漏途徑主要有間隙泄漏、界面泄漏和（擴散泄漏）。5.納米復(fù)合密封材料通常由納米顆粒（如SiO?、石墨烯）與（聚合物基體）復(fù)合而成。6.干氣密封的“開啟力”主要來源于密封端面（動壓槽）誘導(dǎo)的流體動壓效應(yīng)。7.液膜密封中，液膜的穩(wěn)定性主要取決于液膜剛度和（阻尼特性）。8.密封系統(tǒng)的“泄漏率”是指單位時間內(nèi)通過密封界面的（介質(zhì)體積或質(zhì)量）。9.金屬波紋管機械密封的優(yōu)勢是補償能力強，適用于（軸向竄動大）的工況。10.密封失效的“三要素”通常指設(shè)計缺陷、（材料劣化）和工況異常。三、簡答題（每題10分，共40分）1.簡述機械密封與干氣密封的核心區(qū)別。答：機械密封通過動環(huán)與靜環(huán)的接觸摩擦實現(xiàn)密封，依賴端面比壓和液膜潤滑，適用于液體介質(zhì)，允許少量泄漏（通常＜5mL/h）；干氣密封為非接觸式密封，端面加工有螺旋槽等動壓結(jié)構(gòu)，通過氣體動壓效應(yīng)形成氣膜（厚度約3-5μm），實現(xiàn)零泄漏或微泄漏（＜100mL/h標準狀態(tài)），主要用于高壓氣體或易汽化液體，需配套氣源系統(tǒng)維持氣膜穩(wěn)定。2.分析橡膠密封件老化失效的主要原因。答：（1）熱氧老化：高溫下橡膠分子鏈發(fā)生氧化斷裂或交聯(lián)，導(dǎo)致硬度增加、彈性下降；（2）介質(zhì)侵蝕：油類、酸堿等介質(zhì)滲透至橡膠內(nèi)部，溶脹或溶解分子鏈，破壞結(jié)構(gòu)；（3）臭氧老化：臭氧與橡膠雙鍵反應(yīng)提供臭氧化合物，引發(fā)表面龜裂；（4）機械疲勞：循環(huán)壓縮/拉伸應(yīng)力導(dǎo)致分子鏈斷裂，形成微裂紋；（5）輻射老化：紫外線、γ射線等引發(fā)分子鏈斷裂或交聯(lián)，加速老化進程。3.論述密封系統(tǒng)可靠性設(shè)計的關(guān)鍵要點。答：（1）材料匹配性：根據(jù)介質(zhì)（腐蝕性、溫度、粘度）、工況（壓力、轉(zhuǎn)速、振動）選擇耐介質(zhì)、耐溫、耐疲勞的材料（如FFKM用于強腐蝕，碳化硅用于高PV值）；（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化：避免密封面過度變形（如控制螺栓預(yù)緊力均勻性）、減少應(yīng)力集中（如圓角設(shè)計）、優(yōu)化動壓槽型（如干氣密封螺旋槽深度與槽數(shù)匹配氣膜剛度）；（3）工況適應(yīng)性：考慮溫度波動引起的熱膨脹差（如金屬與非金屬密封環(huán)的線膨脹系數(shù)匹配）、壓力脈動對密封比壓的影響；（4）失效預(yù)測：通過有限元分析（FEA）模擬密封面接觸應(yīng)力、氣膜壓力分布，結(jié)合加速老化試驗（如高溫高壓介質(zhì)浸泡）預(yù)測壽命；（5）輔助系統(tǒng)設(shè)計：如機械密封的沖洗冷卻系統(tǒng)（防止介質(zhì)結(jié)晶堵塞）、干氣密封的過濾系統(tǒng)（去除顆粒雜質(zhì)）。4.說明“液膜汽化”對機械密封性能的影響。答：液膜汽化會導(dǎo)致密封端面潤滑狀態(tài)惡化，由流體潤滑轉(zhuǎn)為混合潤滑或邊界潤滑，摩擦系數(shù)增大（從0.01升至0.1以上），磨損加劇；汽化產(chǎn)生的氣泡會破壞液膜連續(xù)性，降低液膜剛度，導(dǎo)致密封面周期性接觸，引發(fā)振動和泄漏量增加；此外，汽化過程吸收熱量可能導(dǎo)致局部溫度驟降，加劇熱應(yīng)力變形（如石墨環(huán)熱裂）；對于易結(jié)晶介質(zhì)，汽化后介質(zhì)濃度升高，可能在密封面沉積結(jié)垢，進一步破壞密封性能。四、計算題（每題15分，共30分）1.某機械密封用于離心泵，介質(zhì)為水（密度ρ=1000kg/m3），密封腔壓力p=1.5MPa，彈簧比壓p_s=0.4MPa，動環(huán)內(nèi)徑d1=50mm，外徑d2=70mm，面積比K=（d22-d12）/（D2-d22）=0.7（D為軸徑），求密封端面比壓p_c。解：機械密封端面比壓計算公式為：p_c=p_s+K×p其中，K為面積比，p為密封腔介質(zhì)壓力，p_s為彈簧比壓。已知：p_s=0.4MPa，p=1.5MPa，K=0.7代入公式得：p_c=0.4+0.7×1.5=0.4+1.05=1.45MPa答：密封端面比壓為1.45MPa。2.某干氣密封用于壓縮天然氣（CNG），密封間隙h=3μm，密封壩寬度b=2mm，平均直徑D_m=100mm，氣體粘度μ=1.8×10^-5Pa·s，密封上下游壓力差Δp=4MPa，求泄漏量Q（按層流等溫流動計算，忽略周向流動，泄漏量公式Q=πD_mbh3Δp/(12μL)，L為密封壩長度，此處L=b）。解：已知參數(shù)：D_m=100mm=0.1m，b=2mm=0.002m，h=3μm=3×10^-6m，Δp=4MPa=4×10^6Pa，μ=1.8×10^-5Pa·s，L=b=0.002m代入公式：Q=π×0.1×0.002×(3×10^-6)^3×4×10^6/(12×1.8×10^-5×0.002)計算分子部分：π×0.1×0.002=6.283×10^-4(3×10^-6)^3=27×10^-18=2.7×10^-174×10^6=4×10^6分子=6.283×10^-4×2.7×10^-17×4×10^6≈6.283×2.7×4×10^-15≈67.85×10^-15=6.785×10^-14分母部分：12×1.8×10^-5×0.002=12×3.6×10^-8=43.2×10^-8=4.32×10^-7Q=6.785×10^-14/4.32×10^-7≈1.57×10^-7m3/s轉(zhuǎn)換為標準狀態(tài)（25℃，1atm）下的體積流量（假設(shè)氣體等溫，壓力為上游壓力p1=4MPa+1atm≈4.01MPa，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程Q_std=Q×p1/p_std，p_std=0.1013MPa）：Q_std=1.57×10^-7×4.01/0.1013≈6.2×10^-6m3/s≈22.3L/h答：泄漏量約為22.3L/h（標準狀態(tài)）。五、綜合分析題（20分）某石化企業(yè)一臺輸送含顆粒介質(zhì)（固體顆粒直徑約5-20μm，質(zhì)量分數(shù)3%）的離心泵，其機械密封（動環(huán)為碳化硅，靜環(huán)為浸樹脂石墨，輔助密封圈為氟橡膠）運行3個月后頻繁出現(xiàn)泄漏，試分析可能原因并提出改進措施。答：可能原因分析：（1）顆粒磨損：介質(zhì)中的固體顆粒進入密封端面，導(dǎo)致磨粒磨損（碳化硅硬度高但脆性大，石墨軟易被劃傷），端面出現(xiàn)溝痕，破壞密封面平行度；（2）輔助密封圈失效：顆粒嵌入氟橡膠密封圈與軸套的間隙，導(dǎo)致密封圈壓縮量不足，或顆粒摩擦導(dǎo)致密封圈表面磨損，失去彈性補償能力；（3）沖洗系統(tǒng)失效：原密封可能未配置沖洗或沖洗液流量不足，顆粒在密封腔沉積，堵塞端面液膜通道，加劇干摩擦；（4）熱變形：顆粒摩擦生熱導(dǎo)致端面局部溫度升高（石墨熱導(dǎo)率低，易熱裂），靜環(huán)出現(xiàn)徑向裂紋，泄漏量驟增；（5）安裝誤差：密封面平行度超差（如安裝時動環(huán)偏斜），導(dǎo)致局部接觸壓力過大，加速顆粒磨損。改進措施：（1）優(yōu)化密封材料：動環(huán)改用更耐顆粒磨損的硬質(zhì)合金（如WC-Co）或雙相陶瓷（SiC+Si3N4），靜環(huán)采用浸金屬石墨（提高抗磨性）；輔助密封圈改用全氟醚橡膠（FFKM），增強抗顆粒嵌入能力；（2）強化沖洗系統(tǒng)：增加外沖洗（清潔的除鹽水或同介質(zhì)過濾后），沖洗量≥5L/min，沖洗口正對密封端面，避免顆粒沉積；（3）增設(shè)過濾裝置：在泵入口或密封沖洗管路中安裝高精度過濾器（過濾精度＜3μm），降低介質(zhì)顆粒含量；