一級建筑師《物理與設(shè)備》考點：密封墊及其選用

1.密封墊的功用及材料

1.1功用

密封墊廣泛用于工程機械及柴油機的管道、殼體的結(jié)合面的靜密封中，以其彈性變形填補零件結(jié)合面的不平度，切斷泄漏通道，增加泄漏阻力，或承受內(nèi)外側(cè)壓力差等方式防止流動介質(zhì)(氣體、冷卻水、潤滑油、齒輪油、液壓油、制動液等)泄漏。如柴油機的汽缸蓋、正時齒輪室蓋、油底殼、噴油泵側(cè)蓋、進(jìn)排氣管，工程機械底盤中的變速箱蓋、方向機側(cè)蓋、橋殼后蓋、終傳動殼體等。

1.2材料

按材料密封墊有非金屬密封墊、非金屬與金屬組合密封墊、金屬密封墊三大類，其常用材料有橡膠、皮革、石棉、紙、軟木、聚四氟乙烯、鋼、鐵、鋁、銅和不銹鋼等。用棉、麻、石棉、紙、皮革等纖維素材質(zhì)制成的密封墊，其組織疏松，致密性差，纖維間有細(xì)微縫隙，很容易被流動介質(zhì)浸透，在壓力作用下流動介質(zhì)從高壓側(cè)通過這些細(xì)微縫隙滲透到低壓側(cè)，即形成滲透泄漏(約占總泄漏量的10%~20%)。

1.3密封墊泄漏形式及原因

密封墊的泄漏有三種形式：界面泄漏、滲透泄漏和破壞性泄漏，其中以前兩種為主要形式。產(chǎn)生界面泄漏的原因是：結(jié)合面粗糙和變形;密封墊沒有壓緊;結(jié)合面緊固螺栓伸長變形或松動;密封墊發(fā)生塑性變形等。界面泄漏量約占總泄漏量的80%~90%;材料老化、龜裂、變質(zhì)等會促使密封墊破壞性泄漏，但安裝、使用不當(dāng)是主要原因;如上所述，流動介質(zhì)浸透到細(xì)微縫隙中，造成纖維素材料制成的密封墊的滲透泄漏。

2石棉橡膠密封墊

石棉橡膠密封墊包括普通石棉橡膠密封墊、耐油石棉橡膠密封墊、增強石棉橡膠密封墊、石棉鋼片密封墊、混合石棉橡膠密封墊和復(fù)合石棉橡膠密封墊等。

2.1普通石棉橡膠密封墊

普通石棉橡膠密封墊是用石棉、橡膠、結(jié)合劑等經(jīng)輥壓而成的各種零件結(jié)合面間所用的密封墊，如發(fā)動機汽缸墊、管道法蘭盤密封墊等。普通石棉橡膠密封墊因配料、工藝、性能及用途不同分為高壓石棉橡膠密封墊(如XB450)、中壓石棉橡膠密封墊(如XB350)和低壓石棉橡膠密封墊(如XB200)三種。其中高壓石棉橡膠密封墊可以用來密封高溫(450℃)、高壓(6MPa)的流動介質(zhì)，中壓石棉橡膠密封墊可用于溫度350℃、壓力4MPa的流動介質(zhì)的密封;而低壓石棉橡膠密封墊只用于一般低壓冷卻水或蒸氣的密封。

普通石棉橡膠密封墊單張成型厚度一般為≤3mm.

2.2耐油石棉橡膠密封墊

耐油石棉橡膠密封墊是以石棉、耐油橡膠和結(jié)合劑為主要材料經(jīng)輥壓而成的密封墊，有Ny300型和Ny400型兩種。Ny300型耐油石棉橡膠密封墊適用于中小功率發(fā)動機燃油系、潤滑系及冷卻系的密封，而Ny400型耐油石棉橡膠密封墊可用于溫度400℃、壓力4MPa的油料、溶劑、堿類介質(zhì)的密封。

耐油石棉橡膠密封墊單張成型厚度有1、2、3mm三種。

2.3增強石棉橡膠密封墊

增強石棉橡膠密封墊是由石棉橡膠板和一層或多層鍍鋅鋼絲網(wǎng)(或不銹鋼絲網(wǎng))組成，分為耐油增強和高壓增強兩種。鋼絲網(wǎng)夾在石棉橡膠中，以增加拉伸強度，使之承受高壓和高溫。

增強石棉橡膠密封墊單張成型厚度一般不超過3mm.

2.4石棉鋼片密封墊

石棉鋼片密封墊是兩面為耐油石棉橡膠板，中間夾入沖眼不銹鋼片作骨架，經(jīng)壓制、硫化、表面均勻涂敷潤滑劑的密封墊。耐油石棉橡膠板為未經(jīng)硫化的一面光滑、另一面拉毛，厚度約0.5mm.不銹鋼片厚度為0.2mm、孔眼直徑0.1~1mm、孔眼排列為每100mm36~40孔。目前，石棉鋼片密封墊多使用在體積小、質(zhì)量輕、功率大的高速二沖程發(fā)動機上。

2.5混合石棉橡膠密封墊

混合石棉橡膠密封墊是由耐油石棉橡膠板、普通石棉橡膠板、增強石棉橡膠反以及鋼架石棉板等復(fù)合加工而成的密封墊，可用于各種狀態(tài)的零件結(jié)合面如光滑面、凹凸面及榫槽面等密封，性能優(yōu)越，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。

2.6復(fù)合密封墊

復(fù)合密封墊是充分發(fā)揮聚四氟乙烯和非金屬材料的優(yōu)點，利用普通石棉橡膠板和增強石棉橡膠板等制成的密封墊，具有耐高溫、耐高壓(11~45MPa)、彈性好、強度高、墊片系數(shù)(開始發(fā)生泄漏時密封墊的有效壓緊力與內(nèi)壓之比)小等優(yōu)點。

3密封墊的選用

3.1選用原則

密封墊的選用原則是，對于要求不高的場合可憑經(jīng)驗選用，不合適時再更換。但對那些要求嚴(yán)格的場合，如壓力爆發(fā)、可燃?xì)怏w溫度高、有腐蝕性的流動介質(zhì)、流速高且有一定壓力和溫度的管道等，則應(yīng)根據(jù)工作壓力、工作溫度、流動介質(zhì)腐蝕性以及零件結(jié)合面的狀態(tài)和形狀來選用。

一般來說，常溫低壓條件下選用非金屬軟密封墊，中壓高溫時選用金屬與非金屬組合的密封墊或金屬密封墊;在溫度和壓力較大波動條件下，應(yīng)選用彈性好的或自緊式密封層;在低溫、腐蝕性介質(zhì)或真空條件下，應(yīng)選用具有特殊性能的密封墊。

3.2選用密封墊的影響因素

由上述可知，零件技術(shù)狀況及工作條件、密封墊材料及密封性能等對合理選用密封墊有一定影響，現(xiàn)舉例一二予以說明。

1)零件結(jié)合面狀態(tài)。零件結(jié)合面狀態(tài)不同，要求使用的密封墊也不同。例如：光滑的零件結(jié)合面，一般應(yīng)選用低壓、軟質(zhì)和較薄的密封墊;高壓工作條件下、零件強度足夠時應(yīng)選用厚而軟的密封墊，不宜采用金屬密封墊。因為這時要求的壓緊力過大，導(dǎo)致螺栓較大的變形、零件壓緊力減小，反而使密封墊有效性下降。只有在零件結(jié)合面狹窄而光滑的情況下可使用金屬密封墊，因為此時在相同螺栓擰緊力的情況下密封墊有較大的壓緊力，可以保持足夠的密封度。

2)零件結(jié)合面粗糙度。這對密封效果影響很大，特別是當(dāng)采用非軟質(zhì)密封墊時。這是因為零件結(jié)合面粗糙度大是造成泄漏的主要原因之一。軟質(zhì)密封墊對零件結(jié)合面粗糙度要求較低，這是因為它容易變形，能堵住兩零件結(jié)合面微凸體相互接觸而形成的泄漏通道，從而保證了良好的密封效果。

3)零件結(jié)合面與密封層的硬度差。使用密封墊的目的是使密封墊產(chǎn)生彈性或塑性變形，以填補零件結(jié)合面的微小凹凸不平，阻止流動介質(zhì)的泄漏發(fā)生。因此應(yīng)使密封墊硬度低于零件硬度，二者相差越大，實現(xiàn)密封就越容易。例如，當(dāng)使用金屬密封墊時，為了保證良好的密封效果，應(yīng)盡可能選用較軟的材料，使金屬密封墊硬度比零件硬度40HRS以上為宜。

4)黑色金屬零件結(jié)合面應(yīng)選用銅質(zhì)金屬密封墊，而不能采用鋁質(zhì)金屬密封墊，以免黑色金屬零件遭受電腐蝕損壞。