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1、 过程装备密封技术讲稿 化工学院 王启立 - - 1 过程装备密封技术过程装备密封技术 蔡仁良等 主编 化学工业出版社 出版 讲课教师： 王启立 学时：32 学分：2 0 本课程简介：本课程简介： 一、课程的性质、任务：一、课程的性质、任务： 过程装备密封技术 是作为过程装备与控制工程专业的选修课而开设的一门课程， 其 任务是研究工业部分的过程装备和机械设备的密封技术。 二、教学目的：二、教学目的： 根据本课程教学大纲要求， 本课程的教学目的是培养学生运用基本的理论知识来理解和 掌握各种流体密封装置的原理、结构特点、设计方法和选用原则，了解密封控制的新技术。 三、教材三、教材 本教材由过程装备
2、与控制工程专业教材编写委员会编写， 由蔡仁良主编， 化学工业出版 社出版。 四、内容四、内容 本课程系统全面地介绍过程工业装置中流体静、 动密封的主要内容和最新进展。 重点阐 述密封的基本概念、流体密封理论、动、静密封技术以及泄漏检测技术。 五、课程框架及学时安排：五、课程框架及学时安排： 过程装备密封技术讲稿 化工学院 王启立 - - 2 课程内容分为 5 章，32 学时，内容框架及学时分布如下： 1 概论（2 学时） 1.1 过程装备的密封问题 1.2 泄露与逸出 1.3 密封方式与分类 1.4 摩擦磨损与密封 2 流体在密封间隙中的流动（4 学时） 2.1 引言 2.2 分子流（1 学时
3、） 2.3 不可压缩流体的层流（2 学时） 2.4 可压缩流体的薄膜流动（1 学时） 3 过程设备和管道的静密封（10 学时）3.1 垫片密封（6 学时） 3.2 胶密封 （4 学时） 4 过程机械的动密封（10 学时） 4.1 接触密封 （6 学时） 4.2 非接触转轴密封（4 学时） 5 泄漏监测技术（6 学时） 5.1 引言（1 学时） 5.2 检测的方法和分类（1 学时） 5.3 压力检测法（2 学时） 5.4 真空检测法（2 学时） 六、考试及成绩评定六、考试及成绩评定 考试为闭卷考试。 成绩计算方法：平时成绩占 20，期末考试卷面成绩占 80。 七、参考文献：七、参考文献： 1 胡
4、国祯等， 化工密封技术 ，化学工业出版社，1990 2 顾永泉， 流体动密封 ，石油大学出版社，1990 3 张向钊等， 密封垫片与填料 ，机械工业出版社，1994 4 顾永泉， 机械端面密封 ，石油大学出版社，1994 5 李继和， 机械密封技术 ，化学工业出版社，1988 过程装备密封技术讲稿 化工学院 王启立 - - 3 1 概论概论 本章框架： 1.1 过程装备的密封问题 1.2 泄露与逸出 1.3 密封方式与分类 1.4 摩擦磨损与密封 教学目标及基本要求： (1)了解过程装备密封问题的重要性、特点及发生泄漏问题的主要原因； (2)了解过程装备密封的分类，摩擦与磨损的概念。 教学形式
5、：讲授 学时安排：2 学时 重点难点：无 教学内容： 1.1 过程装备的密封问题过程装备的密封问题 一、过程装备的密封一、过程装备的密封 过程工程中， 大部分过程是在相体和气相中并在一定的压力和温度下进行的， 因此机器 和设备本身以及它们之间的连接系统都存在一个流体（气体、液体或粉体）的密封（闭）问 题， 设备或机器内的工作流体可由内部向外部泄漏， 或者外界的气体或其它物质进入负压设 备或机器内部，这就是过程装备的密封问题。 二、过程装备泄漏的危害二、过程装备泄漏的危害 密封不好将引起工作介质的跑、冒、滴、漏引起物质流失和能量损失、造成环境污染、 生产不能正常进行、危急人体健康及生命安全。 三
6、、过程装备密封的重要性三、过程装备密封的重要性 密封装置的工作性能是评价机械产品品质的重要指标， 是决定工厂安全、 经济生产的重 要因素。 四、化学及石油工业中的密封特点四、化学及石油工业中的密封特点 （1） 、广泛性：化工设备机器复杂、管路众多，密封点多。 （2） 、危害性：化工厂处理的多是易燃、易爆、有毒或腐蚀性产品，并且具有一定的温度 和压力，如果发生事故，危害性大。 过程装备密封技术讲稿 化工学院 王启立 - - 4 五、过程装备发生泄露的主要原因五、过程装备发生泄露的主要原因 （1）设计方面： 如设备或机器连接部位包括密封件、 连接件和辅助装置的 形式、 结构或 材料选择不当引 起泄
7、漏失效。 （2）制造安装方面： 制造过程中存在渗透性缺陷，如焊接过程中的裂纹、气孔等缺陷。 （3）使用方面： 安装配合不当，化学介质对密封的腐蚀、摩擦副端面的磨损，工作温度和压力的波动， 机械振动或冲击，密封材料材料的高温退化或蠕变疲劳，误操作引起的泄漏。 1.2 泄漏与溢出泄漏与溢出 一、泄漏（一、泄漏（LeakLeak） ：） ： 设备或机器内的工作流体通过机械设备的接合面存在的间隙由内部向外流出， 或者外界 的气体通过间隙进入负压设备或机器内部。 二、密封度（二、密封度（TightnessTightness） ：） ： 用来评价密封的有效性， 用被密封的流体在单位时间内通过接合面的体积或
8、质量的泄漏 量，即泄漏率（Leak rate）来表示，密封度是一个相对的概念。零泄漏，即泄漏量为零，理 论上静密封可以做到零泄漏，但实际上很难做到。 三、允许泄漏率：三、允许泄漏率： 密封或密封装置应满足设计要求或生产所允许的泄漏率， 单位为。 不同情况的允许泄漏 率根据行业和装置具体情况而定。 四、泄漏的分级与定义：四、泄漏的分级与定义： 泄漏级别 定义 0 无泄漏迹象。 1 可目视或手感湿气、冒汗，但没有形成滴珠。 2 局部有滴珠出现。 3 沿整个垫片周围有滴珠形成。 4 形成滴珠且沿垫片以 5min 或更长的时间滴漏 1 滴。 5 以 5min 或更短的时间滴漏 1 滴。 6 形成流线状
9、滴珠。 五、溢出（五、溢出（EmissionEmission） 在化工厂中，存在大量只凭听、看直觉不能发现的易挥发有机化合物从接头处溢出。因 泄漏量比较小，通常用敏感的气体检测仪器测量溢出气体的体积浓度，一般以百万分率，即 “ppm”表示。 过程装备密封技术讲稿 化工学院 王启立 - - 5 1.3 密封方式与分类密封方式与分类 一、分类一、分类 1、静密封：没有相对运动或相对静止的接合面间的密封称为静密封。 如：容器、管道的法兰接合面间的密封、阀体以及机器机壳接合面的密封。 静密封可分为三类：无垫密封、垫片密封、胶密封。 2、动密封：彼此有相对运动的接合面间的密封称为动密封。 如：泵、压缩机
10、的螺旋杆、旋转轴或往复杆与机壳之间的密封。 动密封主要分为两类： 往复轴密封和旋转轴密封。 往复轴密封包括填料密封、 隔膜密封、 唇型密封和活塞环密封；旋转轴密封包括接触密封和非接触密封。 过程装备的密封分类见图教材 P5 图 1-3 所示。 二、阻止流体在机器设备接合面发生泄漏的方法二、阻止流体在机器设备接合面发生泄漏的方法 （1）接合表面的精密配合 （2）接合的两表面中，加入容易变形的弹性或塑性元件，可以在一定压力下实现两表面与 外加元件的之间的紧密配合。 （3）利用流体动压或静压力、磁场等作用，在接合间隙处形成阻碍流体泄漏的阻力。 1.4 摩擦磨损和密封摩擦磨损和密封 一、摩擦一、摩擦:
11、 : 在动密封中，两个相对运动的接触表面，由于机械加工的结构，必然存在不均匀的接触 表面，当接触表面作相对运动时，必然伴随摩擦，摩擦会导致摩擦副零件的生热和磨损，这 就是引起泄漏和密封件损坏的主要原因。 对动密封而言，摩擦、磨损和密封都与固体的表面性质和密封摩擦相对运动的摩擦状 态有关。允许一定量的泄漏，是为了移走摩擦热，改善密封面润滑，减少摩擦副磨损。 实验得到的密封准数和摩擦系数的关系如下： (/) mm fGvb W = （1-1） 式中，密封特性数，由密封型式决定； 密封流体的动力粘度； v端面的平均线速度； b端面宽度； W端面总载荷； m指数，与动密封型式有关，如旋转端面密封0.5
12、m =。 二、磨损二、磨损引起磨损的原因：磨损是由摩擦引起的。 （2） 磨损的危害：磨损降低密封性能，缩短机器的使用寿命。 过程装备密封技术讲稿 化工学院 王启立 - - 6 （3） 磨损是一个多阶段的过程，是时间的函数，磨损与密封寿命有直接关系。 （4） 磨损的形式：粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损和微动磨损等。 （5） 减磨和抗磨措施：应用减磨和耐磨措施；改变材料表面性能；采取冷、润滑、冲洗 等辅助措施；设计合理非接触密封等。 2 流体在密封间隙中的流动流体在密封间隙中的流动本章框架： 2.1 引言 2.2 分子流 2.2.1 长泄漏管道中的分子流 2.2.2 小孔和泄漏管道中的分子
13、流 2.3 不可压缩流体的层流 2.3.1 雷诺数和雷诺方程 2.3.2 二维流动 2.3.3 一维轴对称流动 2.3.4 轴线倾斜时圆环隙中的流动 2.3.5 流道出口处有障碍时的剪切流动 2.3.6 挤压引起的流动 2.4 可压缩流体的薄膜流动 2.4.1 亚音速气体的流动 2.4.2 音速气体的流动 2.1 引言引言 流体密封中,许多性能都取决于流体流过密封(面)间隙的流动状态和流动阻力。 流体在 狭窄间隙中的流动主要表现维分子流和粘性流,对气体介质来说,其流动特征可用克努森数 来描述,即: n K r = （ 2-1 ） 式 中 , r 泄 漏 通 道 当 量 半 径,2 /rA H=
14、,m; 气体分子的平均自由程,m; A 流道的截面积, 2 m; H流道的截面积, 2 m。 n K0.01 时，气体分子的平均自由程大于泄漏通道的特征尺寸，流动阻力主要时气体 分子与流道壁面之间的碰撞，气体分子的运动可认为是独立的，这种流动称为分子流。 0.01 n K1 时，气体分子的平均自由程与泄漏通道的特征尺寸有相同的数量级，流动 特征与气体分子间的运动、 气体分子与流道壁面之间的碰撞都有关系， 气体传动处于过渡流 区域，对流动的分析为半经验的。 2.2 分子流分子流 教学目标及基本要求： (1)了解流体在狭窄空间的流动情况分类及判别； (2)掌握长泄漏通道、短泄漏通道及小孔泄漏中的分
15、子流。 教学形式：讲授 学时安排：2 学时 重点难点：(1)长泄漏通道、短泄漏通道及小孔泄漏中的分子流。 教学内容： 2.2.1 长泄漏管道中的分长泄漏管道中的分子流子流 对于长度为L、 流道横截面积为A、 流道横截面周长为H的任意横截面形状的泄漏通 道，当其长度与横截面当量半径之比/100L r 时，流过该流道的pV流率 pV Q为： 12 2 0 4 () 3 a pV L v Qpp H dL A = （22） L流道长度，m； 1 p、 2 p流道入口和出口处的压力，Pa； pV QpV流率， 3 /Pa ms； a v气体分子的平均速度，/m s； a v可由下式计算： 8 a RT v M =(2-3) 式中 R通用气体常数； 过程装备密封技术讲稿 化工学院 王启立 - - 8 T气体温度，K； M 气体分子质量，/kg kmol； 将(2-3)代入(2-2)得到： 12 2 0 418 () 3 pV L RT
