密封垫的类型及常见设计问题

密封垫的类型及常见设计问题

密封垫的类型

各类机器设备尤其是各类压力容器、管道和阀门等广泛使用垫片密封结构。最简单的垫片为平垫片，整个垫片为同一材料组成，作机械设备一般接合面的静密封，如减速箱的密封等。

理想的垫片结构应表层为塑性层，而内层为弹性体，塑性表面层保证密封而相互紧贴甚至嵌合，而内层允许补偿密封面的少许分离并在密封而上经常保持一定大小的压缩应力。许多组合垫片的出现都是基于这一思路或稍有改型，但原理是一样的。例如聚四氟乙烯（PTFE）具有塑性好，有优异的抗化学腐蚀性和较宽的工作温度范围（-190～250℃），广泛用于静密封平垫，但由于某种原因回弹性较差以及冷流倾向，限制了单纯的使用，采用组合结构可以克服这一弊端，如表29.3-1所示的各种外部包封PTFE，内部填充压缩石棉板、橡胶板（或嵌金属薄板）等形成的“三明治”结构垫片。这种结构一方面可以保护垫片免遭流体介质的腐蚀或者避免食品、医药工业产品接触污染，另一方面改善了单纯用PTFE带来的回弹差及冷流问题。

表29.3-1给出了常用密封垫片种类及其适用范围。

表29.3-1 常用密封垫种类、材料及适用范围

密封设计中的几个问题

3.密封设计中的几个问题

3.1 密封用材料

密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，以及设备的工作条件不同，要求密封材料具有不同的适用性。对密封材料的要求是：①材料致密性好，不易泄漏介质；②有适当的机械强度和硬度；③压缩性和回弹性好，永久性变形小；④高温下不软化、不分解，低温下不硬化、不脆裂；⑤抗腐蚀性能好，在酸、碱、油等介质中能长期工作，其体积一硬度变化小，且不粘附在金属表面上；⑥摩擦系数小，耐磨性好；⑦具有与密封面贴全的柔软性；⑧耐老化性好，经久耐用；⑨加工制造方便，价格便宜，取材容易。显然，任何一种材料要完全满足上述要求是不可能的，但具有优异密封性能的材料能够满足上述大部分要求。

可橡胶是最常用的密封材料，除橡胶外，适合于做密封材料的还有石墨带、聚四氟乙烯以及各种密封胶等，表29.2-4列出密封材料的分类和用途。

表29.2-2 常用密封方法的特征

3.2 加工工艺

良好的加工工艺和成型工艺是保证密封件尺寸精度、表面特性以及提高抗压和耐

磨能力的有效手段。与密封有关的加工工艺包括模压、浸渍、喷涂、烧结、焊接、电镀和表面热处理等。同一材料，如果处理工艺不同，其特性会有很大的差别。就密封件制造中最常用的模压工艺来说，如果压出来的成品在形状、尺寸等方面误差很大，分型面上存在飞边、毛刺，对于密封都是很不利的。以橡胶O形圈为例，它是靠给定的压缩变形量来保证密封的，如果由于尺寸精度差而保证不了必要的压缩变形量，就会出现泄漏。此外，由于O形圈是以预拉伸状态安装于密封部位，当运动摩擦发热时，O形圈不是膨胀，而是收缩（拉伸状态下的橡胶受热收缩，称为焦耳效应），这也可能使工作时的压缩变形量减小而发生泄漏。因此，设计时必须严格控制尺寸精度，并应考虑到各种影响因素，例如，与密封件相接触的零件的尺寸精度、表面粗糙度及纹理方向等。

3.3 摩擦、磨损与润滑

摩擦和磨损是接触型动密封中必然存在的问题。接触型动密封的密封件与被密封件相接触，由于有相对运动而产生摩擦，导致发热和零件表面的磨损，这是引起泄漏及密封件损坏的主要原因。因此滑润液压与润滑剂的选择就成了密封设计中必须慎重考虑的问题。一般都选择自润滑方式，例如浸渍各种润滑剂的填料、浸渍石墨以及采用摩擦系数小的聚四乙烯等。当介质具有润滑性时，则用介质本身润滑。