密封基礎(chǔ)知識

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1.1泄露
泄露是機械設(shè)備常產(chǎn)生的故障之一,。造成泄露的原因主要有兩方面：一是由于機械加工的結(jié)果,，機械產(chǎn)品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差,，因此,，在機械零件聯(lián)接處不可避免地會產(chǎn)生間隙；二是密封兩側(cè)存在壓力差,，工作介質(zhì)就會通過間隙而泄露,。
減小或消除間隙是阻止泄露的主要途徑。密封的作用就是將接合面間的間隙封住,，隔離或切斷泄露通道,，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加設(shè)小型做功元件,，對泄露物造成壓力,，與引起泄露的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄露,。
對于真空系統(tǒng)的密封,，除上述密封介質(zhì)直接通過密封面泄露外，還要考慮下面兩種泄露形式：
滲漏,。即在壓力差作用下,，被密封的介質(zhì)通過密封件材料的毛細管的泄露稱為滲漏；
擴散,。即在濃度差作用下,，被密封的介質(zhì)通過密封間隙或密封材料的毛細管產(chǎn)生的物質(zhì)傳遞成為擴散,。
1.2 密封的分類
密封可分為相對靜止接合面間的靜密封和相對運動接合面間的動密封兩大類,。靜密封主要有點密封，膠密封和接觸密封三大類,。根據(jù)工作壓力,，靜密封由可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟,，墊片較寬的墊密封,，高壓靜密封則用材料較硬，接觸寬度很窄的金屬墊片,。動密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復密封兩種基本類型,。按密封件與其作用相對運動的零部件是否接觸,，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。一般說來,，接觸式密封的密封性好,，但受摩擦磨損限制，適用于密封面線速度較低的場合,。非接觸式密封的密封性較差,，適用于較高速度的場合。
1.3 密封的選型
對密封的基本要求是密封性好,，安全可*,，壽命長，并應(yīng)力求結(jié)構(gòu)緊湊,，系統(tǒng)簡單,，制造維修方便，成本低廉,。大多數(shù)密封件是易損件,，應(yīng)保證互換性，實現(xiàn)標準化,，系列化,。
1.4 密封材料
1.4.1 密封材料的種類及用途
密封材料應(yīng)滿足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同,，以及設(shè)備的工作條件不同,，要求密封材料的具有不同的適應(yīng)性。對密封材料的要求一般是：
1） 材料致密性好,，不易泄露介質(zhì),；
2） 有適當?shù)臋C械強度和硬度；
3） 壓縮性和回彈性好,，永久變形�,。�
4） 高溫下不軟化,，不分解,，低溫下不硬化，不脆裂,；
5） 抗腐蝕性能好,，在酸，堿,，油等介質(zhì)中能長期工作,，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上,；
6） 摩擦系數(shù)小,，耐磨性好,；
7） 具有與密封面結(jié)合的柔軟性；
8） 耐老化性好,，經(jīng)久耐用,；
9） 加工制造方便，價格便宜,，取材容易,。
橡膠是最常用的密封材料。除橡膠外,，適合于做密封材料的還有石墨等,，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。
1.4.2 通用的橡膠密封制品材料
通用的橡膠密封制品在國防,，化工,，煤炭，石油,，冶金,，交通運輸和機械制造工業(yè)等方面的應(yīng)用越來越廣泛，已成為各種行業(yè)中的基礎(chǔ)件和配件,。
橡膠密封制品常用材料如下,。
1.4.2.1 丁腈橡膠
丁腈橡膠具有優(yōu)良的耐燃料油及芳香溶劑等性能，但不耐酮,，酯和氯化氫等介質(zhì),，因此耐油密封制品以及采用丁腈橡膠為主。
1.4.2.2氯丁橡膠
氯丁橡膠具有良好的耐油和耐溶劑性能,。它有較好的耐齒輪油和變壓器油性能,，但不耐芳香族油。氯丁橡膠還具有優(yōu)良的耐天候老化和臭氧老化性能,。氯丁橡膠的交聯(lián)斷裂溫度在200℃以上,，通常用氯丁橡膠制作門窗密封條。氯丁橡膠對于無機酸也具有良好的耐腐蝕性,。此外,，由于氯丁橡膠還具有良好的撓曲性和不透氣性，可制成膜片和真空用的密封制品,。
1.4.2.3 天然橡膠
天然橡膠與多數(shù)合成橡膠相比,，具有良好的綜合力學性能,，耐寒性,，較高的回彈性及耐磨性。天然橡膠不耐礦物油,，但在植物油和醇類中較穩(wěn)定,。在以正丁醇與精制蓖麻油混合液體組成的制動液的液壓制動系統(tǒng)中作為密封件的膠碗,，膠圈均用天然橡膠制造，一般密封膠也常用天然橡膠制造,。
1.4.2.4 氟橡膠
氟橡膠具有突出的耐熱（200～250℃）,，耐油性能，可用于制造氣缸套密封圈,，膠碗和旋轉(zhuǎn)唇形密封圈,，能顯著地提高使用時間。
1.4.2.5 硅橡膠
硅橡膠具有突出的耐高低溫,，耐臭氧及耐天候老化性能,，在-70～260℃的工作溫度范圍內(nèi)能保持其特有的使用彈性及耐臭氧，耐天候等優(yōu)點,，適宜制作熱機構(gòu)中所需的密封墊,，如強光源燈罩密封襯圈，閥墊等,。由于硅橡膠不耐油,，機械強度低，價格昂貴,，因此不宜制作耐油密封制品,。
1.4.2.6 三元乙丙橡膠
三元乙丙橡膠的主鏈是不含雙鍵的完全飽和的直鏈型結(jié)構(gòu)，其側(cè)鏈上有二烯涇,，這樣就可用硫磺硫化,。三元乙丙橡膠具有優(yōu)良的耐老化性，耐臭氧性,，耐候性,，耐熱性（可在120℃環(huán)境中長期使用），耐化學性（如醇,，酸,，強堿，氧化劑）,，但不耐脂肪族和芳香族類溶劑侵蝕,。三元乙丙橡膠在橡膠中密度是最低的有高填充的特性，但缺乏自粘性和互粘性,。此外,，三元乙丙橡膠有突出的耐蒸汽性能，可制作耐蒸汽膜片等密封制品,。三元乙丙橡膠已廣泛用于洗衣機,，電視機中的配件和門窗密封制品，或多種復合體剖面的膠條生產(chǎn)中,。
1.4.2.7 聚氨脂橡膠
聚氨脂橡膠具有優(yōu)異的乃磨性和良好的不透氣性,，使用溫度范圍一般為-20～80℃,。此外，還具有中等耐油,，耐氧及耐臭氧老化特性,，但不耐酸堿、水,、蒸汽和酮類等,。適于制造各種橡膠密封制品，如油封,、O形圈和隔膜等,。
1.4.2.8 氯醚橡膠
氯醚橡膠兼有丁腈橡膠，氯丁橡膠,，丙烯酸酯橡膠的優(yōu)點,，其耐油、耐熱,、耐臭氧,、耐燃、耐堿,、耐水及耐有機溶劑性能都很好,，并有良好的工藝性能，其耐寒性較差,。在使用溫度不太低的情況下,，氯醚橡膠仍是制造油封，各種密封圈,，墊片,，隔膜和防塵罩等密封制品的良好材料。
1.4.2.9 丙烯酸酯橡膠
丙烯酸酯橡膠具有耐熱油（礦物油,，潤滑油和燃料油）,，特別是在高溫下的耐油穩(wěn)定性能，一般可達175℃,，間隙使用或短時間可耐溫200℃,。它的缺點是耐寒性差。因此在非寒冷地區(qū)適合制作耐高溫油的油封,，但不適合作高溫下受拉伸或壓縮應(yīng)力的密封制品,。

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2、墊密封
墊密封廣泛應(yīng)用于管道,，壓力容器以及各種殼體的結(jié)合面的靜密封中,。墊密封有非金屬密封墊，非金屬與金屬組合密封墊和金屬密封墊三大類。其常用材料有橡膠,，皮革,，石棉,，軟木,，聚四氟乙烯，鋼,，鐵,，銅和不銹鋼等。
墊密封的泄露有三種形式：界面泄露,，滲透泄露和破壞性泄露,。其中以前二者為主要形式。

3.1 概述
密封材料的功能是填充構(gòu)形復雜且不利施工的間隙,，以起密封作用,。密封材料主要有三種類型：
1） 硫化型的橡膠墊片或密封圈；
2） 非硫化型的密封膠帶,；
3） 無固定形狀的膏狀或膩子狀的液體密封膠,。
3.2 密封膠的分類
密封膠的品種及類型很多。為了滿足同一使用要求,，可以使用幾種不同基料的密封膠,；而同一種基料又能制造出不同性能和不同的用途的密封膠。從密封膠的制造者和使用者兩方面考慮,，密封膠有多種分類方法,。一般可按下述四種方法進行分類。
3.2.1 按密封膠基料分類
3.2.1.1 橡膠型
此類密封膠以橡膠為基料,。常用橡膠有聚硫橡膠,，硅橡膠，聚氨酯橡膠,，氯丁橡膠和丁基橡膠等,。
3.2.1.2 樹脂型
此類密封膠以樹脂為基料。常用樹脂有環(huán)氧樹脂,、不飽和聚酯樹脂,、酚醛樹脂、聚丙烯酸樹脂,、聚氯乙烯樹脂等,。
3.2.1.3 油基型
此類密封膠以油料為基料。常用的油類有各種植物油如亞麻油,，蓖麻油和桐油,，以及動物油（如魚油）等。
3.2.2 按密封膠硫化方法分類
此類密封膠系列利用空氣中的水分進行硫化。它主要包括單組分的聚氨酯,、硅橡膠和聚硫橡膠等,。其聚合物基料中含有活性基因，能同空氣中的水發(fā)生反應(yīng),，形成交聯(lián)鍵,，使密封膠硫化成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。大氣中的濕氣作為硫化反應(yīng)中的催化劑,。
3.2.2.2 化學硫化型密封膠
雙組分的聚氨酯,、硅橡膠、聚硫橡膠,、氯丁橡膠和環(huán)氧樹脂密封膠都屬于這一類,，一般在室溫條件下完成硫化。某些單組分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡膠密封膠以及聚氯乙烯溶膠糊狀密封膠（如汽車用點焊膠）,，則須在加條件下經(jīng)化學反應(yīng)完成硫化,。
3.2.2.3 熱轉(zhuǎn)變型密封膠
用增塑劑分散的聚氯乙烯樹脂和含有瀝青的橡膠并用的密封膠是兩個不同類型的熱轉(zhuǎn)變體系 。乙烯基樹脂增塑體在室溫下是液態(tài)懸浮體,，通過加熱轉(zhuǎn)化為固體而硬化,；而橡膠——瀝青并用密封膠則為熱熔性的。
3.2.2.4 氧化硬化型密封膠
表面干燥的嵌縫或安裝玻璃用密封膠屬這種類型,，主要以干性和半干性植物油為基材,。著中類油料可以是精制聚合的、吹制的或化學改性的,。用環(huán)烷酸鈷作催干劑加速表面干燥而內(nèi)部不硬化,；環(huán)烷酸鉛可使表面和內(nèi)部都硬化；而環(huán)烷酸錳使內(nèi)部硬化更有效,。
3.2.2.5 溶劑揮發(fā)凝固型密封膠
這是以溶劑揮發(fā)后無粘性高聚物為基料的密封膠,。這一類密封膠主要有丁基相交、高分子量聚異丁烯,、一定聚合程度的丙烯酸酯,、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡膠等密封膠。
3.2.2.6 不干性能夠永久塑性密封膠
這類密封膠通常包括以聚丁烯,、中等分子量的聚異丁烯,、高粘度的非氧化性粘接料如苯乙烯基油、不干性植物油,、吹制半干性油或丁基橡膠為基料的密封膠,。
3.2.3 按密封膠形態(tài)分類
3.2.3.1 膏狀密封膠
這類密封膠屬低級別密封膠，通常采用3種主要材料：油和樹脂,；聚丁烯,；瀝青。常用于密封小窗戶的固定玻璃，其接縫移動變形量最大為 +5%或-5%,，使用有效期一般為2年,。
3.2.3.2 液態(tài)彈性體密封膠
這類密封膠包括經(jīng)硫化可形成彈性狀態(tài)的液態(tài)聚合物。他們具有承受重復的接縫變形能力,。液態(tài)彈性體密封膠使用壽命一般為15～20年,。這類密封膠具有高的粘接力和剪切強度，室溫下具有良好的柔軟性,。其缺點為價格高,，通常情況下需要底膠,，雙組分密封膠現(xiàn)場混合不方便,，硫化時對溫度和濕度敏感等。
3.2.3.3 熱熔密封膠
熱熔密封膠又稱為熱施工型密封膠,，是指以彈性體同熱塑性樹脂摻合物為基料的密封膠,。
熱熔密封膠可配制成性能接近于液體彈性密封膠，但它比液體彈性體密封膠優(yōu)越的是不需要加入硫化劑,。
3.2.3.4 液體密封膠
這類密封膠主要用于機械結(jié)合面的密封,，以代替固體密封材料（紙片、石棉,、軟木和硫化橡膠）,，以防止機械內(nèi)部流體從結(jié)合面泄露，所以液體密封膠又稱為液體墊圈,。
3.2.4 按密封膠施工后性能分類
3.2.4.1 固化型密封膠
這類密封膠又可分為剛性和柔性兩類,。剛性密封膠硫化或凝固后形成的固體，很少具有彈性,；柔性密封膠在硫化后具有彈性及柔軟性,。
剛性密封膠的特點是不能彎曲，通常接縫不可移動,。
柔性密封膠經(jīng)硫化后保持柔軟性,。
3.2.4.2 非固化型密封膠
這類密封膠是軟質(zhì)凝固性的密封膠，施工后仍保持不干性（增粘劑不斷地遷移到表面）狀態(tài),。這種膠通常為膏狀,，可用刮刀或刷子施用到接縫中，可以配合出不同粘度和不同性能的密封膠使用,。
3.3常用密封膠的種類
在前面密封膠的分類中列舉了多種方法,，其中應(yīng)用最廣泛的是將密封膠分為硫化型和非硫化型兩大類。在硫化型密封膠中應(yīng)用最廣泛的是室溫硫化型,，加溫硫化型用的較少,。非硫化型密封膠有液體密封膠和膩子。此外，在加上常用的厭氧膠,。
3.4 液體密封膠的選用和施工工藝
密封膠的選用,，應(yīng)根據(jù)使用條件、密封件的材料和密封面狀態(tài),、密封介質(zhì)的種類和特性以及涂敷工藝等要求綜合考慮,。一般情況下當受力較大，且受沖擊力及交變力時,，應(yīng)選用強度較高的密封膠,；當變溫差很大時，應(yīng)選用韌性好的密封膠,。
3.4.1 液體密封膠的施工方法
液體密封膠的施工方法可根據(jù)膠的狀態(tài)選用,。膏狀密封可用刮刀刮涂或注射槍注射施工；液體密封膠采用的刷子刷涂或噴涂施工,；膜狀密封膠用鋪貼方法施工,。
3.5 國產(chǎn)密封膠
3.5.1 室溫硫化聚硫橡膠密封膠為多組分材料，室溫硫化成彈性體,，為干性粘著型密封膠,，常用的有XM系列密封膠。
3.5.2 室溫硫化硅橡膠密封膠
硅橡膠密封膠的有多種特殊性能,，如耐高溫,、耐低溫性能，良好的電絕緣性能,。
3.5.3 厭氧膠
3.5.4其他硫化型密封膠
3.5.5非硫化型密封膠
非硫化型密封膠大部分為不干性和半干性,，其中呈膩子狀的又稱非硫化型膩子。這類膠對溫度敏感性小,，在使用溫度范圍內(nèi)密封膠不變形,，不開裂，不結(jié)皮,，而且長期儲存性好,，但力學性能低，適用于可拆卸部位或緊固聯(lián)接接合面密封,、溝槽密封及填堵較大的結(jié)構(gòu)空隙,，在液體密封墊中占主要地位，廣泛應(yīng)用于可拆卸部位的密封,。

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4,、填料密封
: O0 }' z* T4 R1 M  N填料蜜密封是一種最古老的密封方式,，在中國已有上千年的歷史。它最早以棉,、麻的纖維填塞在泄露通道內(nèi)來阻止液流泄露,，主要用作提水機械的密封。
填料密封主要用作動密封,。它廣泛用作離心泵,、壓縮機、真空泵,、攪拌機和船舶螺旋槳的轉(zhuǎn)軸密封,，往復式壓縮機、制冷機的往復運動軸封,，以及各種閥門閥桿的旋動密封等,。為了適應(yīng)上述設(shè)備的工作條件，填料密封必需具備下列條件：
7 g, Q% K* d: C% }, {1） 有一定的塑性,，在壓緊力作用下能產(chǎn)生一定的徑向力并緊密與軸接觸,。
3 Z; I/ L' b+ a9 i' ^5 ?  G3 z2） 有足夠的化學穩(wěn)定性,，不污染介質(zhì),，填料不被介質(zhì)泡脹，填料中的侵漬劑不被介質(zhì)溶解,，填料本身不腐蝕密封面,。
/ v5 \* b7 S* s/ p/ s1 b" t$ g3） 自潤滑性能良好，耐磨,，摩擦因數(shù)小,。
4） 軸存在少量偏心時，填料應(yīng)有足夠的浮動彈性,。
5） 制造簡單,，填裝方便。

; P* B" W/ u" ^' _' ]$ @填料的種類很多,，可以從其功用方面,、構(gòu)造方面和材料方面分類，最常用的有下面四類：絞合填料,、編結(jié)填料,、塑性填料、金屬填料,。
4.1 絞合填料和編結(jié)填料
絞合填料即把幾股石棉線絞合在一起,，將它填塞在填料腔內(nèi)即可起密封作用。
+ {# h  p/ n" Y. a( i1 C1 N編結(jié)填料是以棉,、麻以及石棉纖維紡線后編結(jié)而成,，并于其中侵入潤滑劑或聚四氟乙烯,。
4.2 塑性填料
; b# u* A5 Y! J! z& ^塑性填料是幾經(jīng)膜具壓制成型的填料。
/ H" Z+ `' U2 i2 R6 N0 Y/ f4.3 金屬填料
金屬填料有半金屬填料和全金屬填料兩種,。所謂半金屬填料是金屬與非金屬組合而成,，全金屬填料則不含非金屬。
; X: ]6 l- z) x& v8 f4.4 碳纖維填料
4 s; z) l* H: R5 r+ R" n碳纖維填料是一種新型填料,。其優(yōu)異的自潤滑性能,、耐高、低溫性能和耐化學品性能引起人們的極大的注意,，而且作為壓縮填料的彈性和柔軟性也極為良好,，其缺點僅在于有滲透泄露，但侵漬聚四氟乙烯或其他粘接劑之后可以防止,。目前其成本較高,，但隨著碳纖維的發(fā)展，其成本定會下降,，因此,，碳纖維填料是一種最為理想和最有希望的填料。`
. J4 C' K' @7 [" I5 n( R6 A0 x0 Y! D4.5 填料的選擇
選擇填料時,，應(yīng)考慮：機器的種類,、介質(zhì)的物理、化學特性,、工作溫度和工作壓力,，以及運動速度等，其中尤以介質(zhì)的腐蝕性（以pH值表示）,，pH值及使用溫度為最重要,。
4.6 填料的合理裝填
5 F+ `* X8 z0 |# b填料的合理裝填應(yīng)按下列步驟進行：
9 H6 r3 K. y- l6 V& N1） 清理填料腔，檢查軸表面是否有劃傷,、毛刺等現(xiàn)象,。
2） 用百分表檢查軸在密封部位的徑向跳動量，其公差應(yīng)在允許范圍內(nèi),。
3） 填料腔內(nèi)和軸表面應(yīng)涂密封劑或與介質(zhì)想適應(yīng)的密封劑,。
- i. v- m' ~, V* a1 y+ q4） 對成卷包裝的填料，使用時應(yīng)先取一根與軸徑同尺寸的木棒,，將填料纏繞在其上,，再用刀切斷，切口最好呈450斜面,，對切斷后的每一節(jié)填料,，不應(yīng)讓它松散，更不應(yīng)將它拉直,，而應(yīng)取與填料同寬度的紙帶把每節(jié)填料呈圓圈形包扎好,，置于潔凈處,。
: u& c2 i3 b( B/ C3 w5 ~/ P5） 裝填時應(yīng)一圈一圈裝填，不得同時裝填幾圈,。
! U1 G) v3 C4 G2 o' c6） 取一只與填料強同尺寸的木質(zhì)兩半軸套,，合于軸上，將填料推入腔的深部,，并用壓蓋對木軸套施加一定的壓力,，使填料得到預(yù)壓縮。
0 _! J$ K/ H- P1 G  _$ W7） 以同樣的方法裝填第二圈,、第三圈,。
8） 最后一圈填料裝填完畢后，應(yīng)用壓蓋壓緊,，但壓緊力不宜過大,。
7 C- h; }3 A* x) T3 N! ^0 O
7 s* }4 O% c/ R; [" @; Z3 y( {$ g5、成型填料密封
5 g" p8 Q: g7 T! h) a7 N1 z6 ~! n成型填料密封泛指用橡膠,、塑料,、皮革及金屬材料經(jīng)模壓或車削加工成型的環(huán)狀密封圈。
7 u+ x0 B, y( o! n1 u0 W1 m成型填料按工作特性分為擠壓型密封圈和唇形密封圈兩類,；按材料可分為橡膠類,、塑料類、皮革類和金屬類,。各種材料的擠壓型密封圈中橡膠擠壓型密封圈應(yīng)用最廣,，其中O形圈歷史最悠久，最典型,。唇形密封圈的類型很多，有V形,、U形,、L形、J形和Y形等,。
0 A7 ^) V  G5 v" r1 P* e  n5.1 O型密封圈
" L* W  j! d  f( M! P; C* ]O型密封圈簡稱O型圈,，開始出現(xiàn)在19世紀中葉，當時用它作蒸汽機汽缸的密封元件,。
8 ^/ N* g3 N( |& }" _2 tO型橡膠密封圈有如下的優(yōu)點：
5 Y; m' |+ x  G. x0 E1） 密封部位結(jié)構(gòu)簡單,，安裝部位緊湊，重量較輕,；
+ G, |( ~( L7 p" s  G6 k, D9 O# ?& z2） 有自密封作用,，往往只用 一個密封件便能完成密封；
3） 密封性能較好,，用作靜密封時幾乎可以做到?jīng)]有泄露,；
5 m* Z! ^- Y/ z% L4） 運動摩擦阻力很小,，對于壓力交變的場合也能適應(yīng)；
( t# m: {9 w5 X5）尺寸和溝槽已標準化,，成本低,，便于使用和外購。
5.2 V型密封圈
V型密封圈為一種唇形密封圈,，是使用最早使用最多的成型填料之一,。它主要用于往復運動，作活塞或活塞桿的密封,。很少用于轉(zhuǎn)動中或作靜密封,。
V形密封圈有下列特點：
1）密封性能良好；
4 M# V! k0 X8 O2 |1 X2）允許一定的偏心載荷,、和偏心運動,；
- s; B8 v6 }3 p/ f2 w3）可以多圈重疊使用，并通過調(diào)節(jié)壓緊力來獲得最大密封效果,；
9 B# |/ ]2 M  C" l% j2 m4）耐沖擊壓力和振動壓力,；
5）當填料不能從軸向裝入時，可以開切口使用,，只要安裝時將切口互相錯開,，不影響密封效果。其缺點是摩擦阻力較其他成型填料的大,。
5.3 Y型密封圈
" b' P# [/ l  t& c* y* B活塞密封用的U形和Y形密封圈在形狀上略有不同,，U形圈的唇長，底部與唇部同厚度或略大于唇部厚度,。Y形圈的純短,，底部厚，這是為了克服U形圈常常不能穩(wěn)定安放而設(shè)計的,，同時可增大唇的強度,，以免唇根部被撕裂。
+ Y' I! ?3 ]6 C3 A- b7 L. ~% ?, m5.4 鼓形和山形密封圈的結(jié)構(gòu)
. [% k9 Q: Q- V0 ^) `- D, K5.4.1 鼓形密封圈的結(jié)構(gòu)
; T- _% t  _7 |' _鼓形密封圈又稱活塞密封圈,，它是為單向和雙向工作的活塞而設(shè)計的,。密封圈的截面、襯套或擋環(huán)的結(jié)構(gòu)與活塞的設(shè)計有很大關(guān)系,。由于有各種性能的要求,，所以鼓形密封圈的結(jié)構(gòu)也不可能是一致的。
( ^3 I; ?  F1 E9 p2 p. L5.5 J形和L形密封圈
J形和L形密封圈,，都是用于工作壓力不大于1MPa的氣壓或液壓機械設(shè)備的密封,。J形密封圈的是用于活塞桿密封。
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6.1 油封
油封,，即潤滑油的密封,。它常用于各種機械的軸承處,，特別是滾動軸承部位。其功能在于把油腔和外界隔離,，對內(nèi)封油,，對外封塵。
# i" {9 V- i( e8 J* \% X油封與其他密封比較有下列優(yōu)點：
/ N/ n+ T* d$ ^/ e9 q9 @( r8 z- e1） 油封重量輕,，耗材少,。
2） 油封的安裝位置小，軸向尺寸小,，容易加工,。
1 f2 C1 F: q4 L$ e. `3） 密封性能好，使用壽命較長,，對機器的振動和主軸的偏心都有一定的適應(yīng)性,。
5 x  `9 F" |0 R" K  B4） 拆卸容易，檢修方便,。
* Y3 @& A4 O" v- ?! \0 v5） 價格便宜,。
( S( W3 ]+ N' d9 y6.2 防塵密封
. G8 ?0 R, l% p) {0 B/ ?油封可作防塵密封的件使用。但是在粉塵嚴重或是為了保護其他密封件時,，常常使用專門的防塵密封,。
% `0 E* N; _, a/ x! f- W3 i5 b6 Q防塵密封的材料，油壓機械多用橡膠,，氣壓機械多用毛氈,，飛機和寒帶工作的油缸為了對付活塞桿外部結(jié)冰而用金屬，化工部門為防止活塞桿上的粘著物也用金屬,。
" |) `# i; ^: X* `" l. b' \防塵密封對保護關(guān)鍵性的液壓設(shè)備是十分重要的,。滲入塵土，不僅磨損密封件,，而且會大大的磨損導向套和活塞桿,。此外，雜質(zhì)進入液壓介質(zhì)中,，也會影響操作閥和泵的功能，在最壞的情況下,，也可能損壞這些裝置,。防塵圈能除掉活塞桿表面上的塵土和雜物，但損壞活塞桿上的油膜,，這對密封件的潤滑也有一定作用,。

- C1 P2 N, i: v4 K9 h7.1 磁流體
7.1.1 磁流體的組成
& O5 a6 o- S  O! I( ?# A- W1995年由美國帕佩爾（Papell）發(fā)明的磁性流體，是把磁鐵礦等強磁性的微細粉末（約100?）在水,、油類,、酯類,、醚類等液體中進行穩(wěn)定分散的一種膠態(tài)液體。這種液體具有在通常離心力和磁場作用下,，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性,，可以被磁鐵所吸引的特性。
) l8 A3 k: l3 s' G' l. ]磁流體由3種主要成分組成：
1）固體鐵磁體微粒（Fe3O4）,；
2）包覆著微粒并阻止其相互凝聚的表面活性劑（穩(wěn)定劑）,；
3）載液（溶媒）。
7.1.2 磁流體的特性
磁流體是一種叫膠體溶液,。作為密封用的磁流體,，其性能要求是：穩(wěn)定性好，不凝聚,、不沉淀,、不分解；飽和磁化強度高,；起始磁導率大,；粘度和飽和蒸氣低，其他如凝固點,、沸點,、導熱率、比熱和表面張力等也有一定的要求,。
8 V5 q' Y5 [% D) H* R6 Y* h影響磁流體穩(wěn)定的主要因素有：微粒力度大小,、表面活性劑和載液以及它們的合理配比。穩(wěn)定性是磁流體各種特性存在的前提,。
' P6 {( {+ w' T0 t" x* D7.2 磁流體密封的工作原理
圓環(huán)形永久磁鐵,，極靴和轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場作用下,，把放置在軸與極靴頂端縫隙間的磁流體加以集中,，使其形成一個所謂的“O”形環(huán)，將縫隙通道堵死而達到密封的目的,。這種密封方式可用于轉(zhuǎn)軸是磁性體和轉(zhuǎn)軸是非磁性體兩種場合,。前者磁束集中于間隙處并貫穿轉(zhuǎn)軸而構(gòu)成磁路，而后者磁束比不通過轉(zhuǎn)軸,，只是通過密封間隙中的磁流體而構(gòu)成磁路,。
' ]  F* P7 K* m6 }4 a' e5 E7.2.3 極限條件
* T+ Q: g- A3 Y2 H磁流體密封在工作時會受到下列條件的限制：
1）蒸發(fā)。磁流體由磁性微粒,、表面活性劑和載液3部分組成,，載液的蒸發(fā)是決定密封極限旋轉(zhuǎn)頻率和使用壽命的主要因素。因為密封是*有限的磁流體工作的。為此,，應(yīng)選用蒸汽壓低的載液,，使蒸發(fā)損失為最小值。
9 L4 N# x5 T: O  W9 h. u7 p4 R2）溫升,。溫度升高會導致磁鐵退磁和磁流體的蒸發(fā),。因為溫度升高，粘度降低,，功率消耗也就降低,，這是有利的一面。但是溫度的,、升高,，磁飽和強度下降，也可能使密封的耐壓能力有些下降,，因此,，磁流體溫度一般不應(yīng)高于105℃，否則應(yīng)采用冷卻措施,。
9 X( l, w$ e3 U- _! b; V3）極限真空度,。磁流體密封極限真空度取決于載液的揮發(fā)度，用二脂潤滑劑作成的載液可滿足1.333×10-7Pa超高真空技術(shù)的要求,。
. C2 f/ v# H- j0 B: u4）周速,。一般磁流體密封適用于高周速30m/s以上的運轉(zhuǎn)，無極限標志,。但考慮到溫度和散熱,，周速應(yīng)限制在60～80m/s，此時還要考慮極限耐壓能力,。
4 Z! S- q6 @4 M& I% r; k3 E$ e
8,、高壓密封

高壓密封的型式很多，按其工作原理分為強制密封和自緊密封兩類,。強制密封是依*聯(lián)接件（螺栓）的預(yù)緊力來保證壓力容器的頂蓋,、密封元件和圓筒體端部之間具有一定的接觸壓力，以達到密封的目的,。自緊密封是隨著壓力容器內(nèi)的操作壓力增加,，密封元件與頂蓋、圓筒體端部之間的接觸壓力也隨之增加,，由此實現(xiàn)密封作用,。自緊密封的特點是壓力越高，密封元件在接觸面的壓緊力就 越大,，密封性能也就越好，操作條件波動時，密封仍然可*,。但是結(jié)構(gòu)比較復雜,，制造較困難。自緊密封按密封元件變形方式還可以分為軸向自緊密封和徑向自緊密封,。
6 ?. f7 g4 d' D( c" U) D按密封材料性能,，高壓密封又可分為使密封元件產(chǎn)生塑性變形的塑性密封，使密封元件產(chǎn)生彈性變形的彈性密封,。
目前,，壓力容器常用的密封型式有如下幾種：
7 A* b" W0 l! V! d1） 強制密封有平墊密封，卡扎里密封和八角墊密封,；
2） 半自緊密封有雙錐密封,；
: p# X+ n' p% h4 T3） 自緊密封有楔形密封，五德密封,，空心金屬O形環(huán)密封,，C形環(huán)密封，B形環(huán)密封,，三角墊密封,，八角墊密封，平墊自緊密封及橡膠O形圈密封等,。

6 u! w: h/ {6 C) ~4 O+ K9,、真空密封
真空聯(lián)機密封性能取決于聯(lián)接處的泄露和真空材料的放氣。對任何真空系統(tǒng)總希望漏,、放氣量與密封形式,、密封材料、加工精度及裝配質(zhì)量等諸多因素有關(guān),，故在聯(lián)接處總會存在一定的漏,、放氣量，因此可根據(jù)真空系統(tǒng)工作的性質(zhì),，真空室工作工作應(yīng)力的高低及其出口處抽氣速度的大小提出要求,。
, H) r+ t2 U  F. @1 b. ?真空系統(tǒng)中的壓力在高于10-5Pa真空范圍內(nèi)廣泛使用合成橡膠、環(huán)氧樹脂和塑料,。當真空度提到壓力10-7Pa的真空范圍時,，這些密封材料就不能用了，需要應(yīng)用超高真空的密封材料如金或銅作墊圈,，而真空殼體不能用軟剛需要改用不銹鋼,。
& i1 n! F( _* ?5 J5 |9 J6 i% T+ h8 K超真空氣體內(nèi)的氣體狀態(tài)是動態(tài)平衡狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)的壓力極限,，一方面與泵的有效抽速有關(guān),，另一方面與來自真空殼體及其內(nèi)部的零部件的氣流量有關(guān)。因雖有系統(tǒng)的有效抽速由于泵有結(jié)構(gòu)尺寸和費用的原因，總存在實際限制,。所以,，減少氣流量就成為達到超高真空狀態(tài)的基本設(shè)計目標，成為選擇超高真空材料的主要準則,。
9 I4 }: C* y2 ~  d: F作為真空系統(tǒng)內(nèi)部用的材料,，要求飽和蒸汽壓低，為了減少慢性解吸和體出氣,，要求能耐450℃高溫烘烤,，而不降低機械強度和不發(fā)生化學和物理損傷。作為真空系統(tǒng)殼體材料,，要求能忽略氣體滲透,，承受得住大氣壓的壓力，烘烤期間耐空氣侵蝕和不發(fā)生漏氣,。此外,，要求選用材料，加工制作容易,，價廉易得,。
* b* |( e# F; y1 m0 W# T對于真空度低于10-7Pa的超高真空，雖然天然和合成橡膠是理想的密封圈材料,，彈性好,，裝配成真空密封后法蘭螺栓受力很小，而且可以多次重復使用,。但由于超高真空系統(tǒng)要求密封圈材料耐250℃烘烤,，實際上可可供選用的幾種橡膠材料都不能滿足要求。真空度更高（即壓力更低）的超高真空,，則必須采用金屬密封,。
9.1 真空用橡膠密封圈
接觸式真空動密封的結(jié)構(gòu)，最常用的有下面幾種類型：
! C+ ]1 V  q4 r2 s1）J型真空用橡膠密封,。
, G+ Z/ f* `' r4 N& @) O6 yJ型真空用橡膠密封圈工作表面應(yīng)平整光滑,，不允許有氣泡雜質(zhì)、凹凸不平等缺陷,。
2）O型真空用橡膠密封圈,。
* O3 Y$ c; R4 C3 c6 K3）骨架型真空用橡膠密封圈
! Y: W; v# H0 V( d1 ?4）真空用O形橡膠密封圈
9.2真空用金屬密封圈
金屬密封圈密封的可拆聯(lián)接是超高真空系統(tǒng)中常用的聯(lián)接形式。它是為滿足超高真空要求而必須經(jīng)200～400℃的高溫烘烤除氣而采用的密封方式,。
' I% F  ?& \8 _1 C$ ]0 T. }常用的金屬密封圈的材料有金絲和無氧銅兩種,，它們有下列一些性能：
/ r) ~0 [/ k3 q- |金（Au）具有高的化學穩(wěn)定性，高溫時不氧化,，塑性好,，屈服極限比銅或鋁低一倍,，在較小的夾緊力下即可產(chǎn)生塑性變形，膨脹系數(shù)為αg=14×10-6cm/cm·℃,，比不銹鋼的膨脹系數(shù)αs=18×10-6cm/cm·℃稍低,。金制密封圈雖有良好的密封性能，但在夾緊力的作用下會發(fā)生顯著的變形硬化,，強度增加。為了保證密封圈密封,，必須增大加緊力,，而過大的加緊力又會在法蘭表面上引起壓力痕，影響密封性能,。因此,，用在要求較高而不經(jīng)過裝拆的聯(lián)接，拆開后重新裝配時需要更換密封圈,。由于金的價格比較貴,，它的應(yīng)用受到較大的限制。
銅（Cu）的熱膨脹系數(shù)為αs=16.4×10-6 cm/cm·℃,。銅的硬度比較大,，銅制密封圈在使用前必須在真空或氫氣中進行退火處理，消除內(nèi)應(yīng)力,。無氧銅是目前超高真空密封聯(lián)接中常用的密封圈材料,。其不足之處是高溫烘烤中與大氣接觸部分會氧化，因此,，在要求高的情況下,，將無氧銅的密封圈的表面鍍一層金，使其具有更好的密封性能,。
作為聯(lián)接用的法蘭盤材料也必須能承受高溫烘烤,、抗氧化以及在高溫時仍有良好的力學性能。最常用的材料是不銹鋼,。法蘭密封表面的粗糙度和尺寸就精度均應(yīng)滿足超高真空密封的要求,。
9.3 采用軟件變形的動聯(lián)接密封
9.3.1 非金屬軟件變形的動聯(lián)接密封
. T# o! k- c6 w7 }9.3.2 金屬軟件變形的動聯(lián)接密封
9.4 真空用的其他密封
1 r, \7 {$ \1 S6 n9.4.1 真空用磁流體密封
真空轉(zhuǎn)軸密封具有代表的典型結(jié)構(gòu)是接觸式的威爾遜密封。為了防止軸在高速旋轉(zhuǎn),、下氣體的泄露,，只能增加密封接觸界面上的壓力。但是由此而產(chǎn)生的摩擦發(fā)熱問題卻難以解決,。因此,，研制摩擦損失小，使用壽命長的新型密封結(jié)構(gòu)已成為真空裝置中應(yīng)當解決的重大問題之一,。為了解決這一問題,，近年來應(yīng)用磁流體進行真空轉(zhuǎn)軸動密封的技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外取得了成功,。
真空中應(yīng)用磁流體密封的優(yōu)點：
1）磁流體密封真空轉(zhuǎn)軸可消除密封件間的接觸所產(chǎn)生的摩擦損失，提高軸的轉(zhuǎn)速（可達120000r/min）,，大大減少泄露,。如果采用低蒸汽壓的磁流體可將真空室內(nèi)的真空度維持在1.3×10-7Pa以上。
2）磁流體的密封結(jié)構(gòu)簡單,，維護方便,，軸與極靴間的間隙較大，因此可不必要求過高的制造精度,。
8 b5 l- b  c- [7 q4 P% A+ ?% q3）磁流體在密封空隙中由磁鐵所產(chǎn)生的磁場所固定,，因此軸的起動和停止較方便。其缺點是磁流體在高溫下難以穩(wěn)定,，工作溫度一般在-30～120℃之間,。軸的過高或過低溫度下工作時需要采用冷卻或升溫措施，從而使密封結(jié)構(gòu)復雜化,。
; g, `( ~; G6 d3 `. K9.4.2 聯(lián)接接隔板密封
利用磁力把動力傳遞當真空容器中去的密封是在真空容器外,、施加一個旋轉(zhuǎn)磁場1，該磁場帶動真空容器內(nèi)鼠籠式轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動,，即可達到隔板密封的目的,。
這種密封裝置的特點：
1）磁聯(lián)接隔板密封對真空容器內(nèi)的真空條件沒有顯著影響，同其他幾種動密封相比,，其真空可*性大,。
% Q" w/ B8 H9 Z- J. n3 ~4 u: ~2）運動件與真空容器壁不相接觸，在傳遞運動過程中隔板或隔離圈筒除承受壓力差外,，不承受其他載荷,，從而可以保證磁聯(lián)接隔板密封的可*性。
3）真空容器內(nèi)的“污染”,，僅取決于運動部件本身的結(jié)構(gòu)元件,，特別是摩擦部件的放氣及隔板的透氣性。
2 S7 U% }) a4 a/ h( ^) q) G磁聯(lián)接隔板密封結(jié)構(gòu)在設(shè)計中應(yīng)注意的問題：
! u5 p  g# b( j& F, v7 r: x1）外磁鐵應(yīng)盡量接近真空器的內(nèi)壁,；
* W0 W& [  x: r5 Y2 U2）隔離平板或隔離圈筒應(yīng)用非磁性材料制造,；
8 _2 \% U9 k1 J! W+ P- @3）傳遞運動的鐵芯形狀與磁鐵的形狀相適應(yīng)，而且容器壁或真空室內(nèi)的其他零件應(yīng)保證鐵芯運動方向,；
4）為了減少放氣和摩擦建議用包著玻璃的鐵芯,；
5）磁場強度和磁鐵與鐵芯的距離應(yīng)選擇使它們運動時與容器壁或容器內(nèi)的水銀、銦等的沖擊不大

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10.1 離心封閉
8 `. s+ \% I( c# G% w$ ^: m/ p10.1.1 離心密封的結(jié)構(gòu)型式
: `$ g0 ]; d* p0 \/ s% o: X9 l離心密封是利用回轉(zhuǎn)體帶動流體使之產(chǎn)生離心力以克服泄露的裝置,，其密封能力來源于機器軸的旋轉(zhuǎn)帶動密封元件所做的功,，因此它屬于一種動力密封。
- w. j3 ?$ n- r( U! I離心密封的特點：它沒有直接接觸的摩擦副,，可以采用較大的密封間隙,，因此能密封含有固相雜質(zhì)的介質(zhì),，磨損小，壽命長,，若設(shè)計合理可以做到接近于零泄露,。但是這種密封所能克服的壓差小，亦即密封的減壓能力低,。離心密封的功率消耗大,，甚至可達泵有效功率的1/3。此外,，由于它是一種動力密封,，所以一停車立即喪失密封功能，為此必須輔以停車密封,。
10.2.2 離心密封的減壓能力
10.2.1 背葉片密封
如果工作輪后蓋板上無葉片，亦即為光滑盤時,，則處于后蓋板與泵殼間隙腔中的液體將以工作輪角速度的ω/2的旋轉(zhuǎn),。此時，間隙空腔中的壓力沿徑向按拋物線規(guī)律分布,，如圖10-5中的壓力將沿ABEKG分布,，也就是說，軸封處的壓力降低了,。
- e: E4 J7 z6 D" _% b: u10.2 停車密封
% s7 q% n! Q) n- y: _停車密封是動力密封的重要組成部分,。當部件旋轉(zhuǎn)頻率降低或停車時，動力密封失去密封能力,，只有依*停車密封阻止流體泄漏,。某些液封和氣封液帶有停車密封，以便停車后將封液,、封氣系統(tǒng)關(guān)閉,。停車密封的結(jié)構(gòu)類型有多種，其中應(yīng)用最廣的是離心式停車密封,，此外還有壓力調(diào)節(jié)式停車密封,，脹胎式停車密封等。
10.2.1離心式停車密封
圖10-10所示是一種典型的離心式停車密封結(jié)構(gòu),，泵運轉(zhuǎn)時*背葉片的離心作用密封,。停車時，在彈簧力推動下,，使泵軸向左滑移而將錐套填料抵緊,，阻止泄漏。起動后離心子甩開,，其抓部拔動軸肩使軸左移,，將錐套與填料密封脫開,，是密封面不受磨損。
7 p) o4 C; Z/ }2 D10.2.2 壓力調(diào)節(jié)式停車密封
與螺旋密封組合的壓力調(diào)節(jié)式密封,，停車時,，可在軸上移動的螺旋套，在彈簧力推動下,，是其臺階端面與機殼端面壓緊而密封,。運轉(zhuǎn)時，兩段反向的螺旋使間隙中的粘性流體在端面處形成壓力峰,，作用于螺旋軸的臺階端面處使其與殼體端面脫離接觸,。
+ l( F1 L; n/ n; X1 Q; ]帶有滑閥的停車、密封,。當壓差缸卸壓,，片彈簧推移的滑閥與軸肩接緊而實現(xiàn)停車密封。
10.3 全封閉密封
# m1 z+ u8 ^! w' D6 F+ q6 k10.3.1 全封閉密封
全封閉密封是將系統(tǒng)內(nèi)外的泄露通道全部隔斷,，或者將工作機和動機置于同一密閉系統(tǒng)內(nèi),，可以完全杜絕介質(zhì)向外泄露。
全封閉密封沒有一般動密封存在的摩擦,、磨損,、潤滑以及流體通過密封面的流動即泄露問題，是一種特殊類型的密封,。在密封劇毒,、放射性和稀有貴重物質(zhì)等方面以及在其實驗和產(chǎn)生中，全封閉密封都有重要用途,。
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2 M9 j6 z1 ?; g0 E0 y) ?8 q- m11,、浮環(huán)密封
浮動環(huán)密封簡稱浮環(huán)密封，用于離心壓縮機,、氫冷氣輪發(fā)電機,、離心泵等軸封。
在中,、高壓離心壓氣機中可供選擇的密封方式有：機械密封,、迷宮密封和填料密封。但由于氣體的散熱和潤滑條件不如液體,，所以填料密封只有小型,、低速才用，而機械密封在周速大于40m/s溫度高于200℃以后也很難適應(yīng),，只有迷宮密封和浮環(huán)密封是最常用的兩種方式,。
浮環(huán)密封有下列優(yōu)點：
1）密封結(jié)構(gòu)簡單，只有幾個形狀簡單的環(huán),、銷,、彈簧等零件,。多層浮動環(huán)也只有這些簡單零件的組合，比機械密封零件少,。
5 Z) i1 J" y5 e2 v2）對機器的運行狀態(tài)并不敏感,，有穩(wěn)定密封性能。
6 o$ W- G4 m2 v( g( T9 ^; c3）的密封件不產(chǎn)生磨損,，密封可*,，維護簡單、檢修方便,。
/ M5 w6 z1 B3 @4 B# `4 z/ W. U4）因密封件材料為金屬,，固耐高溫。
5）浮環(huán)可以多個并列使用,，組成多層浮動環(huán),，能有效的密封10MPa以上的高壓。
6）能用于10000～20000r/min的高速旋轉(zhuǎn)流體機械,，尤其使用于氣體壓縮機,，其許用速度高達100m/s以上，這是其他密封所不能比擬的,。
2 U4 B' N" j( J( u. x% L7）只要采用耐腐蝕金屬材料或里襯耐腐蝕的非金屬材料（如石墨）作浮動環(huán)，可以用于強腐蝕介質(zhì)的密封,。
8）因密封間隙中是液膜,，所以摩擦功率極小，在,、使機器有較高的效率,。
浮環(huán)密封的缺點：密封件的制造精度要求高，環(huán)的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗糙度對密封性能有明顯的影響,。此外,，這種密封對液體不能做到封嚴不漏。對氣體雖然可做到封嚴,，但需要一套復雜而昂貴的自動化供油系統(tǒng),。
! V- W  X; ]* A. |8 [11.1 浮環(huán)密封機理
浮環(huán)密封屬于流阻型非接觸式動密封，是依*密封間隙內(nèi)的流體阻力效應(yīng)而達到阻漏目的,。由于存在間隙,，避免了固體摩擦，適用于高速情況,，即可封堵液體,，也可封堵氣體，但泄露量較大,，某些情況下還須配置比較復雜的密封輔助系統(tǒng),。
11.2 浮動環(huán)
" K, B% p6 ?8 j2 [( A$ T% n- u% K浮環(huán)密封裝置的結(jié)構(gòu)有多種型式,，其主要型式有：寬環(huán)和窄環(huán)、光滑環(huán)和開口環(huán),、 液膜和干式浮動環(huán),。
# l3 D1 `6 @5 K0 G, t, G6 f11.2.1寬環(huán)和窄環(huán)
: K- T5 Z) p0 R8 j, H* [4 o  C6 F寬環(huán)的寬度相對其直徑來說較大，其比例l/D=0.4～0.6,。這種環(huán)的特點在于工作時作用在此環(huán)上的流體動力要比窄環(huán)大,，并且不需用對正中心的附件。在一定的壓差和泄露量之下,，其數(shù)目可以比窄環(huán)少些,，這樣，密封裝置的結(jié)構(gòu)可以簡化,，并便于裝拆和檢修,。
+ x9 v% F$ c! o7 S8 O寬環(huán)的缺點在于環(huán)的兩側(cè)會有較大的壓差，這樣,，作用在環(huán)端面上的壓力也就較大,，在自由浮動時所須克服的端面摩擦力較大，即浮動較為困難,。
: B) d. K/ ]4 {' w: T! K1 W窄環(huán)的寬度相對其直徑較小,，其比例l/D=0.1～0.2。窄環(huán)與軸的間隙較小,，工作時,，間隙中形成的流體動力較小，因此其自動同心的能力較差,，大多用橡膠O型圈來幫助對正中心,。由于采用這種輔助措施，偏心度較小,，停車時間也較少,，這樣，雖然環(huán)窄,，泄露量卻不大,。
窄環(huán)也可以不用O形圈定位，而改用彈簧,。環(huán)在彈簧力的作用下,，壓在隔離環(huán)端面上。當密封液的壓力降低時,，環(huán)仍可以保持它的對正中心位置,。
; A3 \  \1 `' L' n% {/ z% Q# n) Q' J0 P5 i由于作用在每個窄環(huán)上的壓力差比寬環(huán)小，所以環(huán)作用在隔離環(huán)端面上的壓力也就小，即窄環(huán)容易浮動,。
1 {4 M* S/ v( @7 S( v+ M/ C11.2.2 光滑環(huán)和開口環(huán)
$ p* y% J# L0 e9 k/ ~: |! z6 J. q光滑環(huán)的內(nèi)孔是光滑的,；開槽環(huán)的內(nèi)孔全長開槽或部分開槽。由于光滑環(huán)與軸表面的間隙中水力摩擦較小,，使用中回出現(xiàn)較大的泄露量,。開槽環(huán)的內(nèi)孔加工有許多道環(huán)形槽，與軸的 間隙中水力摩擦較大,，在同樣的壓差和同樣的寬度下,，泄露量要比光滑環(huán)小，特別是在高轉(zhuǎn)速下可以作到完全不漏,，液膜形成也很穩(wěn)定,，能有效的起到密封作用。所以,，對于高速轉(zhuǎn)軸,，開槽環(huán)比光滑環(huán)好，如將光滑浮環(huán)密封與機械密封作比較,，在低速時機械密封的泄露量少些,，高速下則光滑環(huán)少些，因此,，高速轉(zhuǎn)動密封宜用光滑環(huán),。但是，當旋轉(zhuǎn)頻率太高時,，由于密封油的粘性阻滯作用,，密封油會發(fā)熱。為了散熱,，常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除與環(huán)的形式有關(guān)外,，還與運動速度,、油的特性、入口油溫和大氣溫度等有關(guān),。
11.2.3 液膜和干式浮動環(huán)
浮動密封既可密封液體,，也可密封氣體。用以阻止液體泄露的稱為液膜浮環(huán)密封,；用于阻止氣體泄露的稱為干式浮環(huán)密封,，因為浮環(huán)通常石墨等固體自潤滑材料制造，故又稱石墨浮環(huán)密封,。
  b0 N; ~7 D  d& n5 h石墨浮環(huán)密封：波形片彈簧的彈力及氣體壓力使各浮動環(huán)的一個端面分別與各隔離環(huán)的一個端面緊密貼合,，組阻止氣體沿徑向泄露，并*端面的摩擦力防止環(huán)轉(zhuǎn)動通過浮動環(huán)密封沿軸向漏出的少量氣體由排漏空排出，或引至主機的氣體進口,。石墨浮環(huán)密封的工作間隙不是定值,，而是隨摩擦發(fā)熱狀況而自行調(diào)整，故有“熱自調(diào)間隙密封”之稱,。
: I. s" h& o0 n3 j$ p; T石墨既耐腐蝕又耐熱,，但它太脆，在徑向載荷作用下易斷裂,。在離心壓氣機中,，采用了石墨作浮環(huán)，為了防止斷裂,，常在石墨環(huán)的外周鑲有金屬環(huán),。石墨環(huán)用冷縮方法套用金屬環(huán)內(nèi)，然后再加工石墨環(huán)的內(nèi)孔,，使之達到規(guī)定的尺寸,。當軸封的溫度上升時，如鑲環(huán)與軸的材料相同或相似,，他們的膨脹量就會相同或相差不大,。而不致影響密封性能。這種結(jié)構(gòu)已成功應(yīng)用于溫度高達400℃的氣體密封,。
+ P: a; \1 I# g" \9 ^1 C$ }
" D; k  z; q- l. k# v4 E8 k- E12,、迷宮密封
, v% R% k# t' k. l" W& l) [" I迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔,，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達到阻漏的目的,。
6 @6 i0 L" l+ m/ ?. v由于迷宮密封的轉(zhuǎn)子和機殼間存在間隙，無固體接觸,，毋須潤滑,，并允許有熱膨脹，適應(yīng)高溫,、高壓,、高轉(zhuǎn)速頻率的場合，這種密封形式被廣泛用于汽輪機,、燃汽輪機,、壓縮機、鼓風機的軸端和的級間的密封,，其他的動密封的前置密封,。
12.1 迷宮密封的密封機理
流體通過迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機能稱為“迷宮效應(yīng)”。對液體,，有流體力學效應(yīng),，其中包括水力磨阻效應(yīng),、流束收縮效應(yīng)；對氣體,，還有熱力學效應(yīng),，即氣體在迷宮中因壓縮或者膨脹而產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換；此外,，還有“透氣效應(yīng)”等,。而迷宮效應(yīng)則是這些效應(yīng)的綜合反應(yīng)，所以說,，迷宮密封機理是很復雜的,。
$ L# N! C% p& I* S7 Y12.1.1 摩阻效應(yīng)
泄露液流在迷宮中流動時，因液體粘性而產(chǎn)生的摩擦,，使流速減慢流量（泄露量）減少,。簡單說來，流體沿流道的沿程摩擦和局部磨阻構(gòu)成了磨阻效應(yīng),，前者與通道的長度和截面形狀有關(guān),，后者與迷宮的彎曲數(shù)和幾何形狀有關(guān)。一般是：當流道長,、拐彎急,、齒頂尖時，阻力大,，壓差損失顯著,，泄露量減小。
, h9 L( [' x' J. y: C6 O12.1.2 流束收縮效應(yīng)
$ k) ?& P% f6 t4 z/ r* }1 l由于流體通過迷宮縫口,，會因慣性的影響而產(chǎn)生收縮,，流束的截面減小。設(shè)孔口面積為A,，則收縮后的流束最小面積為 Cc A,，此處 Cc 是收縮系數(shù)。同時,，氣體通過孔口后的速度也有變化,，設(shè)在理想狀態(tài)下的流速為u1，實際流速比u1小,，令Cd為速度系數(shù)，則實際流速u1為u1= Cd u1于是,，通過孔口的流量將等于q=CcCdA u1式中Cc·Cd=α（流量系數(shù)）,。
迷宮縫口的流量系數(shù)，與間隙的形狀,，齒頂?shù)男螤詈捅诿娴拇植诙扔嘘P(guān),。對非壓縮性流體，還與雷諾數(shù)有關(guān)；對壓縮性流體,，還于壓力比和馬赫數(shù)有關(guān),。同時，對縫口前的流動狀態(tài)也有影響,。因此在復雜型式的迷宮只,，不能把一個縫口的流量系數(shù)當作所有縫口的流量系數(shù)。根據(jù)試驗,，第一級的流量系數(shù)小一些,，第二級以后的縫口流量系數(shù)大一些，一般流量系數(shù)常取1,。但是尖齒的流量系數(shù)比1小,，約在0.7左右，圓齒的流量系數(shù)接近于1,，通常取α=1,，計算的泄露量是偏大。
12.1.3 熱力學效應(yīng)
理想的迷宮流道模型,，它是由一個個環(huán)形齒隙和齒間空腔串聯(lián)而成的,。氣體每通過一個齒隙和齒間空腔的流動可描述如下：在間隙入口處，氣體狀態(tài)為p0,，T0和零開始,，氣體越接近入口，氣流越是收縮和加速,，在間隙最小處的后面不遠處,，氣流獲得最大的速度；當進入空腔,，流速截面突然擴大,，并在空腔內(nèi)形成強烈的旋渦。從能量觀點來看,，在間隙前后,，氣流的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋Ｍ瑫r,，當溫度下降（熱焓值h減�,。�，氣體以高速進入兩齒之間的環(huán)行腔室時,，體積突然膨脹產(chǎn)生劇烈旋渦,。渦流摩擦的結(jié)果，使氣流的絕大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�,，被腔室中的氣流所吸收而升高溫度,，熱焓又恢復到接近進入間隙前的值,，只有小部分動能仍以余速進入下一個間隙，如此逐級重復上述過程,。
12.1.4 透氣效應(yīng)
. U: {: s1 N# ]  K在理想迷宮中,，認為通過縫口的氣流在膨脹室內(nèi)動能，全部變成熱能,。也就是說,，假定到下一個縫口時的漸近速度等于零，但這只是在膨脹室特別寬闊和特別長時才成立,。在一般直通迷宮中,，由于通過縫口后的氣流只能向一側(cè)擴散，在膨脹室內(nèi)不能充分的進行這種速度能(動能)向熱能的能量轉(zhuǎn)換,，而*光滑壁一側(cè)有一部分氣體速度不減小或者只略微減小,，直接越過各個齒頂流向低壓側(cè)，把這種一掠而過的現(xiàn)象稱為 “透氣效應(yīng)”,。
0 |, }4 _3 Z) Z' r1 g12.2 迷宮密封的結(jié)構(gòu)型式
迷宮密封按密封齒的結(jié)構(gòu)不同,，分為密封片和密封環(huán)兩大類型。
密封片結(jié)構(gòu)緊湊,，運轉(zhuǎn)中與機殼相碰,，密封片能向兩側(cè)彎曲，減少摩擦,，且拆換方便,。
密封環(huán)由6～8塊扇形塊組成，裝入機殼與轉(zhuǎn)軸中,，用彈簧片將每塊環(huán)壓緊在機殼上,，彈簧片壓緊力約60～100N，當軸與齒環(huán)相碰時,，齒環(huán)自行彈開,，避免摩擦。這種結(jié)構(gòu)尺寸較大,，加工復雜,，齒磨損后將整塊密封環(huán)調(diào)換，因此應(yīng)用不及密封圈結(jié)構(gòu)廣泛,。
! o0 \! g; y* u! o. R12.3 理想迷宮的泄露計算
) h) N& E6 _$ K8 |給定下列幾個條件：
0 O) g/ I7 L* c1) 泄露氣體是理想氣體,，不考慮焦爾-湯姆遜效應(yīng)，即氣體的焓只與溫度有關(guān),；
2) 假設(shè)迷宮是連續(xù)的多縫口組成的一個系列,，兩縫口之間的膨脹室足夠大；
3) 通過縫口的流動作絕熱循環(huán)膨脹,，在這里引用一個流量系數(shù)α,；
( m( f7 e1 A; b( k% ?4) 通過縫口之后的流動速度能量在膨脹室內(nèi)因受等壓支配而完全作恒溫恢復，所以在每一個縫口之前的速度漸近為0,，即不發(fā)生透氣現(xiàn)象,。
12.4 直通型迷宮的特性
由于在軸表面加工溝槽或各種形狀的齒要比孔內(nèi)加工容易，因此常把孔加工成光滑面,，與帶槽或帶齒的軸組成迷宮,，這就是直通型迷宮，因制作方便,，所以直通型迷宮應(yīng)用最廣,。但是，直通型迷宮存在著透氣現(xiàn)象,，其泄露量大于理想迷宮的泄露量,。
12.4.1 迷宮特性的影響因素：
1) 齒的影響。根據(jù)國外所進行的試驗得出：齒距一定時,，齒數(shù)越多,，泄露量越少。齒距改變時,，齒距越大,，泄露量會急劇下降，同時還可以減少透氣現(xiàn)象的影響,。
/ Z) ~# e6 h; A3 x+ [2) 膨脹室的影響,。國外對膨脹室深度的影響進行過試驗研究，結(jié)論是淺的膨脹室對減少泄露量有利,。
根據(jù)對膨脹室流動狀態(tài)的觀察,，認為淺膨脹室中的旋渦是不穩(wěn)定的。由于旋渦能很快地把能量耗盡,，所以膨脹室的漸近速度減小,，起到減小泄露的效果。
3) 副室的影響,。所謂 “副室”是指直通型迷宮光滑面上開的附屬槽,，開槽后迷宮中的流動狀態(tài)立即發(fā)生明顯的變化。試驗證明,，只要副室的位置恰當,，泄露量的減少率是相當大的。
5 T$ @$ x- \/ N( q# ?12.5 迷宮式氣體密封的間隙
$ |2 \' H! I; w! M# q, A除特殊情況外,，一般氣輪機,、燃氣輪機等葉輪機械都采用迷宮式氣體密封。其徑向間隙應(yīng)根據(jù)以下因素選�,。狠S承間隙,，制造公差與裝配誤差,，部件的變形（如鑄件收縮和失圓），轉(zhuǎn)子的撓度,，以及通過臨界旋轉(zhuǎn)頻率時的振幅,，熱膨脹以及由此引起的變形等。在多種情況下,，熱膨脹的影響最突出,。因此，對啟動與停車時單個部件尺寸的變化,，以及部件的相對位移必須預(yù)先估算,。可用靜態(tài)和動態(tài)有限元算法出隨時間變化的熱膨脹規(guī)律,，由此可了解哪些是臨界條件,，間隙實際上應(yīng)當多大尺寸。
& u+ k+ E) Z' Y12.5.1 迷宮密封設(shè)計的注意點
總結(jié)迷宮密封設(shè)計中積累的經(jīng)驗,，歸納起來有下列要點：
1）盡量使氣流的動能轉(zhuǎn)化為熱能,，而不使余速進入下一個間隙。齒與齒之間應(yīng)保持適當?shù)木嚯x,，或用高-低齒強制改變氣流方向,。齒間距一般為5～9mm。
2）密封齒要做得盡量薄,并帶銳角 ,。齒尖厚度應(yīng)小于0.5mm,，運行中偶爾與軸的相碰時，齒尖先磨損而脫離接觸,，不致因摩擦出現(xiàn)軸的局部過熱而造成事故,。
3）由于迷宮密封泄露量大，因此在密封易燃,、易爆或有毒氣體時,，要注意防止污染環(huán)境。采用充氣式迷宮密封,，間隙內(nèi)引入惰性氣體,，其壓力稍大于被密封氣體壓力；如果介質(zhì)不允許混入充氣,，則可采用抽氣式迷宮密封,。

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13、螺旋密封
螺旋密封應(yīng)用于許多尖端技術(shù)部門,，如氣冷堆壓縮機密封,、增殖堆鈉泵密封等。有時也用于減速機高速軸密封。它的最大優(yōu)點是密封偶件之間既使有較大的間隙,，也能有效的起密封作用,。如設(shè)計合理，其使用壽命可達無限大,。由于可以從材料上作廣泛的選擇,，且制造上極其容易，當壓差不大時,，螺旋密封功率耗損和發(fā)熱都很小，用冷卻水套散熱已足夠,。螺旋密封往往需要輔以停車密封,，這樣就使結(jié)構(gòu)復雜，并加大了尺寸,，故常使應(yīng)用受到限制,。螺旋密封可用于高溫、深冷,、腐蝕和帶有顆粒等的液體,，密封條件苛刻，密封效果良好,。
* X; B1 M+ {# V; f3 Y13.1 螺旋密封的密封機理
& D% M& T/ Z1 }; ~! }螺旋密封的軸表面開有螺旋槽,，而孔為光表面，這同迷宮密封的開槽情況是一致的,，所以可以把螺旋密封看成是迷宮密封的一種特殊型式,，稱為螺旋迷宮。但是,，螺旋迷宮的齒是連續(xù)的,，不象前述的各種迷宮的齒是連續(xù)的齒。由于齒的連續(xù)性,，通過齒的介質(zhì)的流動狀態(tài)發(fā)生變化,。螺旋槽不再作為膨脹室產(chǎn)生旋渦來消耗流動能量，而是作為推進裝置與介質(zhì)發(fā)生能量交換,，產(chǎn)生所謂的“泵送作用”,，并產(chǎn)生泵送壓頭，與被密封介質(zhì)的壓力相平衡,，即壓力差 p=0,，從而阻止泄露。所以在密封機理上與迷宮密封略有不同,。但是,，介質(zhì)在通過間隙時會有一部分越過齒頂留過，而不沿槽向流動,，即有透氣效應(yīng),，這和迷宮密封中的情況是一樣的,。
: a: t% V( t: s4 W+ R根據(jù)螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋密封的密封機理又稍有區(qū)別,。
單段螺旋,，它利用螺旋桿泵原理，利用螺旋的泵送作用,，把沿泄露間隙的介質(zhì)推趕回去,，以實現(xiàn)密封。它適用于密封液體或氣液混合物,，無須外加封液,，常用于軸承封油。須注意的,，螺旋的趕油方向需與油的泄露方向相反,，否則，不但不能實現(xiàn)密封,，反而會導致泄露量急劇增加,。
兩段旋向相反的螺旋，將封液擠向中間,，形成液封,。液封的壓力稍大于或等于被密封介質(zhì)的壓力，即能實現(xiàn)密封,。常用于密封氣體或密封真空,。
$ `) C( f) r, v( T; V0 r兩段旋向相反的螺旋在高旋轉(zhuǎn)頻率下將氣體向兩側(cè)排出，使中間形成高真空陷阱以實現(xiàn)密封,。這種密封可用作真空密封,。
從理論上講，螺旋密封的間隙小則對確保密封越有利,。如果間隙大,，則液體介質(zhì)不能同時附著于軸的表面上。假設(shè)液體介質(zhì)僅附著于孔壁而與軸分離,，則螺旋密封不起推趕介質(zhì)的作用,，即密封失效。但是,，間隙太小,，又怕軸與孔壁相碰。為避免產(chǎn)生密封金屬偶件的摩擦與,，磨損,，可在孔壁表面涂上一層石墨。
13.3 迷宮螺旋密封
迷宮螺旋密封在工業(yè)上使用還是不久以前的事，它與螺旋密封的不同之處在于：在軸表面車制了螺旋槽,，在密封的孔上也車制成螺套,，而且具有與軸相反的螺紋旋向，使軸與螺套間的流動形成強烈的紊流,。此外,，迷宮螺旋密封的螺旋運動速度要比螺桿密封的高，它在紊流工況下用于低粘度液體,。螺旋密封一般用于層流工況下大粘度液體（如粘度大于水的液體）,。
5 L% B4 q: K+ E8 \0 `工作原理：在螺桿與螺套之間的工作空間內(nèi)，液體位于螺套兩齒面和螺桿兩齒面所圍成的若干個蜂窩狀的空間內(nèi),。螺桿與螺套表面間的縫隙呈帶凹槽的環(huán)形柱面,。液體通過這些螺紋時形成旋渦，方向與流出方向相反,。由于螺桿繞流液體的動量交換結(jié)果，螺桿將能量傳給液體,。螺旋和螺套與液體相互作用,，其結(jié)果在通過螺桿與螺套之間間隙的名義分界面上產(chǎn)生摩擦力。液體中產(chǎn)生的摩擦力就在螺桿與螺套之間產(chǎn)生了壓力,。

14.1 機械密封的工作原理
機械密封又稱端面密封（Mechanical Seal）,，是旋轉(zhuǎn)軸用動密封。機械密封性能可*,，泄露量小,，使用壽命長，功耗低,，毋須經(jīng)常維修,，且能適應(yīng)于生產(chǎn)過程自動化和高溫、低溫,、高壓,、真空、高速以及各種強腐蝕性介質(zhì),、含固體顆粒介質(zhì)等苛刻工況的餓密封要求,。
機械密封是*一對或幾對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持接合并配以輔助密封而達到的阻漏的軸封裝置。
機械密封與軟填料密封比較如下：
. m6 ]$ p# t, c* }! j優(yōu)點：
1）密封可*,，在長期運轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)很穩(wěn)定,，泄露量很小，其泄露約為軟填料密封的1%,；
2） 使用壽命長,，在油、水介質(zhì)中一般可達1～2年或更長，在化工介質(zhì)中一般能工作半年以上,；
$ p8 b1 |" L3 d% @0 h3） 擦功率消耗小,，其摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%；
* y; O7 L8 R( y& L0 [4） 軸或軸套基本上不磨損,；
" @* H3 M/ K  W# ?0 [0 p% D$ l7 C5） 維修周期長,，端面磨損后可自動補償，一般情況下不需經(jīng)常性維修,；
( c1 f& J/ l7 m( C6） 抗振性好,，對旋轉(zhuǎn)軸的振動以及軸對密封腔的偏斜不敏感；
7） 適用范圍廣,，機械密封能用于高溫,、低溫、高壓,、真空,、不同旋轉(zhuǎn)頻率，以及各種腐蝕介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封,。
" a3 [! [0 u2 Q. c, V缺點：
1）較復雜,，對加工要求高；
2）安裝與更換比較麻煩,，要求工人有一定的技術(shù)水平,；
3）發(fā)生偶然性事故時，處理較困難,；
; [! O! C/ [; s, g+ r" h3 |% M9 ?, `: i4）價高,。
機械密封前的準備工作：
; F1 \  Y, \; S2 i6 p& ^: W1）檢查機械密封的型號、規(guī)格是否符合設(shè)計圖紙的要求,，所有零件（特別是密封面,、輔助密封圈）有無損傷、變形,、裂紋等現(xiàn)象,，若有缺陷，必須更換或修復,。
2）檢查機械密封各零件的配合尺寸,、粗糙度、平行度是否符合設(shè)計要求,。
3）使用小彈簧機械密封時,，應(yīng)檢查小彈簧的長短和剛性是否相同。
9 j0 f  F( ^; b& r4）檢查主機的竄動量,、擺動量和撓度是否符合技術(shù)要求,，密封腔是否符合安裝尺寸,，密封端蓋與軸是否垂直，一般要求：軸竄動量不大于±0.5mm,；軸擺動量（旋轉(zhuǎn)環(huán)密封圈處）不大于0.06mm,；軸最大撓度不大于0.05mm；密封端蓋與墊片接觸平面對中心線的不垂直度允許差0.03～0.05mm,。
5）應(yīng)保持清潔,，特別是旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)密封面及輔助密封圈表面應(yīng)無雜質(zhì)、灰塵,。不允許用不清潔的布擦拭密封面,。
9 S; h" J& A7 R5 [. M" C/ u8 L( `6）允許用工具敲打密封元件，以防止密封件被損壞,。
7 ]' l) k9 G0 P  R" ]3 g5 v- M% A14. 2 機械密封材料
摩擦副材料
根據(jù)統(tǒng)計,，機械密封的泄露大約有80%～95%是由于密封端面，摩擦副造成的,。除了要保持密封面平行之外,，主要是摩擦副的材料問題。
6 t1 X+ n6 \$ Y9 c  T' }摩擦材料應(yīng)具備下列條件：
1 r+ |$ A& U+ q/ w1） 機械強度高,，能耐壓和耐壓力變形,；
# Y+ Y" g! j5 i2） 具有耐干磨性，耐高載荷性,，自潤滑性好；
' P' V8 o' R1 I0 n5 j9 G3） 配對材料的磨合性好,，無過大的磨損和對偶腐蝕,；
3 W) {* p) {. p2 G" [" d! ]9 t4） 耐磨性好，壽命長,；
5） 導熱性和散熱性好,；
4 P9 y6 m7 F4 T8 O  H6 D+ w6） 耐高溫性好；
: z5 N5 j$ a& V" T2 g& H3 [0 w5 H7） 抗熱裂性好,；
8） 耐腐蝕性強,；
# k! g# E  M( n; \- `- a% P0 G9） 線膨脹系數(shù)小，能耐熱變形和尺寸穩(wěn)定性好,；
7 {& o  d) c; D- K10） 切削加工性好,，成型性能好；
$ w5 S5 K% J$ i2 }* H. Y2 ?0 i* R11） 氣密性好,；
4 x& _0 ?& C8 u9 n8 f12） 密度小,。

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