1、设备密封技术设备密封技术泄露与密封泄露与密封v泄露是机械设备常见的故障之一，造成泄漏的原泄露是机械设备常见的故障之一，造成泄漏的原因主要有两个方面：因主要有两个方面：一是机械加工存在问题，机一是机械加工存在问题，机械产品的表面存在各种缺陷及形状、尺寸的偏差械产品的表面存在各种缺陷及形状、尺寸的偏差。因此，在机械零件连接处不可避免的会产生间因此，在机械零件连接处不可避免的会产生间隙；隙；二是密封两侧存在压力差，工作介质就会通二是密封两侧存在压力差，工作介质就会通过间隙而泄露。过间隙而泄露。消除或减少任何一因素都可以阻消除或减少任何一因素都可以阻止泄漏。止泄漏。密封的作用密封的作用v密封的作用就是
2、将结合面间的间隙封住、隔离或密封的作用就是将结合面间的间隙封住、隔离或切断泄露通道，增加泄露通道的阻力，或者在通切断泄露通道，增加泄露通道的阻力，或者在通道中加设小型做功元件，对泄漏介质造成压力，道中加设小型做功元件，对泄漏介质造成压力，与引起泄露的压差部分抵消或完全平衡，以阻止与引起泄露的压差部分抵消或完全平衡，以阻止泄露。一般来讲，静密封可能达到泄露。一般来讲，静密封可能达到“零泄漏零泄漏”（密封的泄漏量为零的理想情况称为密封的泄漏量为零的理想情况称为“零泄漏零泄漏”。)但对于动密封，由于接触密封的任何相对位移都但对于动密封，由于接触密封的任何相对位移都回给接合表面上粗糙处泄漏介质创造条件
3、，要达回给接合表面上粗糙处泄漏介质创造条件，要达到零泄漏是特别困难的。到零泄漏是特别困难的。密封的分类密封的分类v可分为相对静止接合面间的可分为相对静止接合面间的静密封静密封和相对运动接和相对运动接合面的合面的动密封动密封。v静密封主要有静密封主要有垫片密封垫片密封、胶密封胶密封和和法兰密封法兰密封。v动密封可以分为动密封可以分为旋转密封旋转密封和和往复密封往复密封两种类型。两种类型。v 按密封原理（即密封垫片受力情况）：按密封原理（即密封垫片受力情况）：强制型密封强制型密封、自紧自紧式密封式密封和和半自紧式密封半自紧式密封三类。三类。强制型密封强制型密封：完全靠外力完全靠外力(如螺栓如螺栓)
4、对垫片施加载荷；对垫片施加载荷；自紧式密封自紧式密封：主要利用介质的压力对垫片施加载荷；主要利用介质的压力对垫片施加载荷；半自紧式密封半自紧式密封：上述两种方法兼而有之。上述两种方法兼而有之。v 按操作压力：按操作压力：中、低压和高压密封中、低压和高压密封。低压密封低压密封：P P1.6MPa1.6MPa；中低压密封中低压密封：1MPa1MPaP P10MPa10MPa；高压密封高压密封：10MPa10MPaP P100MPa100MPa100MPa垫片密封分类垫片密封结构及工作原理垫片密封结构及工作原理图图2-1 垫片密封的结构垫片密封的结构1螺母，螺母，2螺栓，螺栓，3垫片，垫片，4法兰法
5、兰 在上、下法兰间放入垫片并拧紧螺栓后，在上、下法兰间放入垫片并拧紧螺栓后，法兰将垫片压紧。当通入介质后，泄露的途径法兰将垫片压紧。当通入介质后，泄露的途径有两条有两条:一是通过垫片内部渗漏；二是通过垫一是通过垫片内部渗漏；二是通过垫片与两法兰之间泄漏。前者称为片与两法兰之间泄漏。前者称为渗透泄露渗透泄露，后，后者称为者称为界面泄露界面泄露。界面泄露与界面泄露与法兰密封面的选择、加工精度法兰密封面的选择、加工精度、垫片的尺寸、材料性能、紧固方法和压缩程、垫片的尺寸、材料性能、紧固方法和压缩程度等因素紧密相关。度等因素紧密相关。垫片泄漏的方式 v两种方式：穿漏（界面泄漏）、渗漏两种方式：穿漏（界
6、面泄漏）、渗漏。穿漏穿漏 渗漏渗漏PO9 植物材质、矿物纤维、橡胶、塑料、金植物材质、矿物纤维、橡胶、塑料、金属等均可用作静密封材料。属等均可用作静密封材料。最常用的有最常用的有橡胶橡胶、石棉石棉、非石棉纤维非石棉纤维、聚四氟乙烯聚四氟乙烯、柔性石墨柔性石墨以及诸多种类的以及诸多种类的金属金属和和合金合金。10 石棉是一种含结晶水的硅酸盐，分为石棉是一种含结晶水的硅酸盐，分为温石棉温石棉和和蓝石棉蓝石棉(强酸性介质强酸性介质)石棉的石棉的化学性能稳定化学性能稳定、机械强度高机械强度高，具有较好，具有较好的的耐热耐热、耐蚀耐蚀性能。性能。石棉橡胶板石棉橡胶板具有良好的耐热性、抗蠕变松弛性具有良好
7、的耐热性、抗蠕变松弛性和耐化学腐蚀性，又具有较好的柔软性和弹性，和耐化学腐蚀性，又具有较好的柔软性和弹性，且价格低廉。且价格低廉。石棉橡胶板的石棉橡胶板的安全使用温度安全使用温度为为5050400400。其适用其适用压力范围压力范围一般不超过一般不超过5MPa5MPa。11 具有优良的具有优良的化学稳定性化学稳定性，可适用于多种腐蚀性，可适用于多种腐蚀性介质介质,聚四氟乙烯聚四氟乙烯无毒无毒，无，无污染。污染。使用温度使用温度一般在一般在196196200200范围内。范围内。耐热性能耐热性能、抗蠕变性能抗蠕变性能差。差。在在PTFEPTFE中按一定比例掺入不同性能的材料，可中按一定比例掺入不
8、同性能的材料，可以明显以明显改善改善其耐热性和冷流性。其耐热性和冷流性。12 可制成各种不同形状的密封垫片。可制成各种不同形状的密封垫片。特点特点是耐高压、适应温度范围广、化学稳定性是耐高压、适应温度范围广、化学稳定性好。好。带有增强骨架的柔性石墨垫片，可带有增强骨架的柔性石墨垫片，可适应压力适应压力10MPa10MPa、温度温度200200550550的各种流体。的各种流体。柔性石墨对介质有一定柔性石墨对介质有一定污染。污染。13用在高温、低温、高真空、超高压或强腐蚀性、用在高温、低温、高真空、超高压或强腐蚀性、放射性流体等放射性流体等工况条件工况条件下。下。金属垫片的金属垫片的种类种类很多
9、，常用的有中空很多，常用的有中空O O型环，金属型环，金属环及金属波形、平形、齿形密封垫片等。环及金属波形、平形、齿形密封垫片等。常用的常用的材料材料有软钢、铜、铝、银、不锈钢、铬钢、有软钢、铜、铝、银、不锈钢、铬钢、蒙乃尔合金等。蒙乃尔合金等。金属垫片密封金属垫片密封要求要求较大的密封比压，法兰面应具较大的密封比压，法兰面应具有足够的硬度和表面光洁度。有足够的硬度和表面光洁度。金属平垫金属平垫不适用于不适用于温度、压力波动较大的场合。温度、压力波动较大的场合。14 由金属和非金属材料可以制成金属包覆垫由金属和非金属材料可以制成金属包覆垫片、缠绕式垫片、非金属贴覆垫片等复合片、缠绕式垫片、非金
10、属贴覆垫片等复合（组合）密封垫片。（组合）密封垫片。其压缩、回弹性能好、与法兰表面贴合能其压缩、回弹性能好、与法兰表面贴合能力强。能在高温、低温、冲击振动等循环交力强。能在高温、低温、冲击振动等循环交变载荷等各种苛刻条件下，保持优良的密封变载荷等各种苛刻条件下，保持优良的密封性能。性能。垫片的选用垫片选用的原则垫片选用的原则n 选择垫片时，首先参考已经在相似工况下的使用经验，同时选择垫片时，首先参考已经在相似工况下的使用经验，同时 应考虑下列因素：应考虑下列因素：有良好的弹性和恢复性，能适应压力变化和温度波动；有良好的弹性和恢复性，能适应压力变化和温度波动；有适当的柔软性，能与接触面很好地贴合
11、；有适当的柔软性，能与接触面很好地贴合；不污染工艺介质；不污染工艺介质；有足够的韧性及强度，不会在压力和紧固力下造成破环；有足够的韧性及强度，不会在压力和紧固力下造成破环；低温时不硬化，收缩量小，高温时不软化，抗蠕变性能好；低温时不硬化，收缩量小，高温时不软化，抗蠕变性能好；加工性能好，安装、压紧方便；加工性能好，安装、压紧方便；不粘结密封面，拆卸容易；不粘结密封面，拆卸容易；价格便宜，使用寿命长。价格便宜，使用寿命长。垫片的尺寸垫片的尺寸v垫片的尺寸指垫片接触面的垫片的尺寸指垫片接触面的宽度宽度和和厚度厚度v一般而言，垫片宽则密封性能好。但垫片的宽度一般而言，垫片宽则密封性能好。但垫片的宽度
12、增加到一定值后，其密封性能的提高就不明显了增加到一定值后，其密封性能的提高就不明显了（橡胶垫片的宽度超出法兰接触面是容易被挤出（橡胶垫片的宽度超出法兰接触面是容易被挤出）垫片越宽，垫片所需的压紧力越大。连接件的垫片越宽，垫片所需的压紧力越大。连接件的强度、刚度要求就越高，结构相对笨重，因此，强度、刚度要求就越高，结构相对笨重，因此，在保证密封性能的前提下，只要垫片不被压坏，在保证密封性能的前提下，只要垫片不被压坏，宽度小些好。宽度小些好。我国现行的有关标准中，压力容器法兰用非金我国现行的有关标准中，压力容器法兰用非金属软垫片的宽度一般在属软垫片的宽度一般在18-30mm18-30mm之间，金属
13、包垫的之间，金属包垫的宽度则在宽度则在16-25mm16-25mm之间。之间。v垫片的厚度越厚，相对弹性越好。但在垫片垫片的厚度越厚，相对弹性越好。但在垫片受压时，存在受压时，存在滑移滑移现象，容易造成压紧力分现象，容易造成压紧力分布布不均匀不均匀，垫片局部，垫片局部压坏压坏或或挤出挤出，垫片本身，垫片本身产生渗透泄露。产生渗透泄露。一般来说，设备密封直径在一般来说，设备密封直径在500mm500mm以下以下，垫片厚度，垫片厚度1.5-3mm1.5-3mm，密封直径大于，密封直径大于500mm500mm时时，厚度，厚度3mm3mm。（石棉橡胶板的厚度不宜超。（石棉橡胶板的厚度不宜超过过3mm3
14、mm）预紧螺栓时操作不当，造成垫预紧螺栓时操作不当，造成垫片压偏、压损或法兰翘曲等片压偏、压损或法兰翘曲等制造、安装与制造、安装与操作引起的泄操作引起的泄露露螺栓或垫片材料误用，在同一螺栓或垫片材料误用，在同一法兰上混用不同材质的螺栓等法兰上混用不同材质的螺栓等设备操作不稳定，压力、温度设备操作不稳定，压力、温度波动大或超过允许值波动大或超过允许值法兰密封面不清洁，粘附各种法兰密封面不清洁，粘附各种杂物杂物管路法兰存在偏口、错口、张管路法兰存在偏口、错口、张口情况口情况由于设备管路震动引起螺栓松由于设备管路震动引起螺栓松动等动等法兰和垫片的加工精度未达到技法兰和垫片的加工精度未达到技术要求，密
15、封面有划伤、划痕，术要求，密封面有划伤、划痕，特别是径向贯穿划痕。特别是径向贯穿划痕。密封点泄露的主要原因密封点泄露的主要原因设计引起的泄露设计引起的泄露垫片材料选用不当垫片材料选用不当法兰或法兰密封面型式选择不当法兰或法兰密封面型式选择不当法兰、螺栓材料选择不当法兰、螺栓材料选择不当(a)全平面型压紧面（Flat face）：柔软材料垫片，或铸铁、搪瓷、塑料等低压法兰场合。(b)突出平面型突出平面型压紧面（Raised face）：p2.5MPa，加三、四道周向沟槽后，可以提高密封压力。简单但不易对中，螺栓力大。(c)凹凸型压紧面（Malefemale face）：便于对中，垫片不易被挤出和
16、吹出，p6.4MPa(d)榫槽型榫槽型压紧面（Tonguegroove face）：垫片窄，螺栓力小，安装简单，不会偏，且少受冲刷和腐蚀。但是结构复杂，更换垫片困难（有小技巧：安装时在密封垫上涂石墨），适用于易燃易爆和高度或极度危害等重要场合。(e)梯形梯形压紧面（Trapezium face）：适用于高温，压力较高场合，O形圈、金属垫圈 八角垫、椭圆垫法兰密封面型式和加工要求平面型22 平面法兰的密封面是一光滑平面，有时也在密封面上开有数平面法兰的密封面是一光滑平面，有时也在密封面上开有数条截面为三角形的同心圆沟槽（也称水线）条截面为三角形的同心圆沟槽（也称水线）v 适用于平面法兰的垫片有各
17、种非金属平垫片、包覆垫片、适用于平面法兰的垫片有各种非金属平垫片、包覆垫片、金属包垫、缠绕式垫片金属包垫、缠绕式垫片(可同时带内环或外环或内外环可同时带内环或外环或内外环)。v 结构简单，加工方便，便于防腐衬里的施工，故可在公称结构简单，加工方便，便于防腐衬里的施工，故可在公称压力压力P2.45MPaP2.45MPa时使用。在时使用。在0.6MPa0.6MPa压力以下、温度不高的压力以下、温度不高的场所尤为适宜。场所尤为适宜。v 但与密封垫片的接触面积较大但与密封垫片的接触面积较大(特别是管道用宽面法兰特别是管道用宽面法兰)，密封所需的压紧力大，安装时垫片不易定位预紧后，垫密封所需的压紧力大，
18、安装时垫片不易定位预紧后，垫片易在半径方向变形移动。片易在半径方向变形移动。对聚四氟乙烯等摩擦系数较小对聚四氟乙烯等摩擦系数较小的垫片，不宜使用该种密封面的垫片，不宜使用该种密封面。另外，当垫片要重复利用。另外，当垫片要重复利用时时(如缠绕垫如缠绕垫)，密封面上不加工三角沟槽。，密封面上不加工三角沟槽。凹凸型24 v适用垫片：各种非金属平垫片、包覆垫、金属包适用垫片：各种非金属平垫片、包覆垫、金属包垫、缠绕垫片垫、缠绕垫片(基本型或带内环基本型或带内环)、金属波形垫、金属波形垫、金属平垫、金属齿形垫。金属平垫、金属齿形垫。v特点：垫片不易被挤出特点：垫片不易被挤出(外侧约束、内侧受压外侧约束、
19、内侧受压)，装配时便于对中，故工作压力范围比平面法兰宽，装配时便于对中，故工作压力范围比平面法兰宽，用于密封要求较严的场合用于密封要求较严的场合，v由于内侧无约束，对操作温度高、封口直径大的由于内侧无约束，对操作温度高、封口直径大的设备，使用该种密封面时，设备，使用该种密封面时，垫片仍存在被挤出的垫片仍存在被挤出的可能可能。垫片内侧变形使垫片压紧应力减小，会导。垫片内侧变形使垫片压紧应力减小，会导致密封失效。采用榫槽面法兰或带有两道止口的致密封失效。采用榫槽面法兰或带有两道止口的凹凸面法兰才能密封。凹凸面法兰才能密封。榫槽型密封面榫槽型密封面26 该法兰由一个榫面和一槽面组成，垫片置于槽面。该
20、法兰由一个榫面和一槽面组成，垫片置于槽面。v适用垫片：金属和非金属平垫、金属包垫、缠绕适用垫片：金属和非金属平垫、金属包垫、缠绕垫垫(基本型基本型)等。垫片在槽内各个方向被约束，不等。垫片在槽内各个方向被约束，不会被挤出变形，压紧应力变化小，垫片宽度可小会被挤出变形，压紧应力变化小，垫片宽度可小一些，从而压紧面积最小一些，从而压紧面积最小(只足平面和凹凸面法兰只足平面和凹凸面法兰的的5252一一6868)，垫片受力均匀，密封性很好。，垫片受力均匀，密封性很好。v可用于高压、易燃、易爆、有毒介质等密封要求可用于高压、易燃、易爆、有毒介质等密封要求严格的场合。这种密封面垫片安装时对中性好，严格的场
21、合。这种密封面垫片安装时对中性好，但密封面加工和更换垫片较为困难。但密封面加工和更换垫片较为困难。垫片的安装垫片的安装v检查法兰类型是否符合要求，密封面是否光洁，检查法兰类型是否符合要求，密封面是否光洁，有无机械损伤、径向划痕和锈蚀。有无机械损伤、径向划痕和锈蚀。v对螺栓和螺母进行下列检查：对螺栓和螺母进行下列检查：1.材质、类型、尺寸是否符合要求。材质、类型、尺寸是否符合要求。2.螺母在螺栓上应转动灵活，不晃动。螺母在螺栓上应转动灵活，不晃动。3.螺纹不允许有断缺现象。螺纹不允许有断缺现象。4.螺栓不允许有弯曲现象。螺栓不允许有弯曲现象。v对垫片进行下列检查：对垫片进行下列检查：1.垫片的材
22、质、类型、尺寸是否符合要求，表面不垫片的材质、类型、尺寸是否符合要求，表面不允许有机械损伤、径向划痕、严重锈蚀、内外边允许有机械损伤、径向划痕、严重锈蚀、内外边缘破损等现象。缘破损等现象。v检查管道与法兰安装质量是否有以下缺陷：检查管道与法兰安装质量是否有以下缺陷：1.1.偏口偏口。（管道不垂直、不同心、法兰不平行）。（管道不垂直、不同心、法兰不平行）2.2.错口错口。（管道和法兰垂直，但两法兰不同心）。（管道和法兰垂直，但两法兰不同心）不用其他工具将螺栓自由穿入螺栓孔为合格不用其他工具将螺栓自由穿入螺栓孔为合格3.3.张口张口。（法兰间隙过大）。（法兰间隙过大）无论使用任何工具，上紧螺栓必须多次进行，一般中无论使用任何工具，上紧螺栓必须多次进行，一般中、低压设备分、低压设备分2-3次拧紧，高压设备次拧紧，高压设备4-5次次v 按顺序拧紧螺栓按顺序拧紧螺栓填料函密封填料函密封填料套填料套填料填料压盖压盖螺栓螺栓螺母螺母填料函基本结构填料函基本结构
