任何間隙,盡管很小,都允許流體分子在兩個方向上有通道。因此,密封只是一個程度問題,它永遠不是絕對的。術語“泄漏”和“密封”經常在口語上不嚴謹地使用著,但在嚴肅的工程中它們必須根據相應背景加以定義。泄漏通常被認為流體向外流過密封到被密封的機器的周圍區域。但是,在某些情況下,泄漏可能是環境流體向內通過密封與機器內的流體混合并通過運動部件向內泵送。根據應用場合,由這種內漏引起的污染可能是可接受的,也可能是不可接受的。
現在區別以下泄漏模式:
擴散典型的氣體或蒸氣分子的尺寸小于一納米(10-9m),它可通過最小的廣程間隙甚至機器殼體或密封部件上的孔隙擴散。甚至一個放置在大氣中的真空玻璃球也會被穿透玻璃球壁的氦氣充滿。因此,當危險氣體或蒸氣的泄漏量要控制到一個很高的水平時,需要使用非常昂貴的密封系統。但是,當被密封的流體不產生環境有害物如壓縮空氣或蒸汽時,相對大的泄漏率是可以忍受的,并且可以使用低成本的密封系統。大多數工業應用界于這些極端情況之間。
擴散過程受濃度梯度驅動,因為隨機的分子運動傾向于消除濃度差。
對流 密封的旋轉部件引起的空氣流動可使小的液滴通過密封間隙向外移動,特別是在非接觸型密封中。同樣,旋轉部件可引起內向空氣流動也可使小液滴通過密封間隙向內移動,從而將灰塵顆粒或液滴從環境輸送到被密封的空間。對流泄漏量對密封間隙內和其周圍的具體幾何形狀很敏感。
壓力流 這是實際中最受關注的泄漏模式。壓差引起的液相泄漏頻繁地以滴出或流出的液體出現。對于無害的流體,當不存在液體泄漏時,密封系統在技術上定義為是不漏的。該定義中,密封的大氣側的一個薄的彎液面通常不被認為是
泄漏,盡管存在向大氣的氣化(“蒸氣逸出”)。當其他條件不變時,因壓力流引起的泄漏率隨壓力梯度增加而增加,而隨流體的黏度增加而減小。
帶壓的氣體或蒸氣的泄漏也與壓差有關。當揮發性液體通過密封間隙而改變相態時,也產生氣體或蒸氣相泄漏。相變可能由于壓力降低或摩擦加熱或兩者兼之造成。相變時體積的增大具有有用的節流作用,因而減小了質量流率。
在毒性或污染控制受到關注的低泄漏率下,氣體或蒸氣泄漏可能不被注意到,除非使用敏感儀器,如采用對百萬分之幾濃度敏感的烴探測儀來探測。目前,這類探測儀使用火焰電離傳感器或導熱傳感器。
最近的一些泄漏控制規定(例如在美國)規定了密封附近的濃度范圍,如“1 x l0-4'’,“l x IO_3’等。使用上述類型的探測儀進行測量。這類濃度測量值不是絕對的,因為:①探測儀不收集從密封逸出的全部泄漏物;②儀器的讀數濃度取決于被吸A儀器的空氣+蒸氣的取樣流率。當在密封周圍安裝一密閉罩時,截獲全部泄漏物并根據濃度變化率來獲得絕對測量值(g/s)。
密封元件和功能
本章中,我們概括地討論密封設計和功能以便說明如何將這些概念廣泛應用于不同類型的密封。在以后的幾章中,我們將詳細說明密封的具體類型。
簡單概念密封的主要元件示于圖1一2。有一個可運動的密封體SB和一個相對密封體運動的表面MS。在這對密封面之間形成主密封面P。P上的密封面之間的間隙為“密封間隙”或“膜厚”。該間隙按一般工程標準很小,因此適用的測量單位是m(即,微米:O.OOlmm或l0-6m)。
副密封界面S限制密封體和腔體H之間的泄漏量。閉合力F使主副密封界面上的間隙最小。定位裝置R可防止因相對運動的摩擦引起的密封體滑動。在更復雜的密封系統中,S實際由副密封體構成。
密封界面的狀態取決于密封類型并規定了主密封界面的幾何形狀(圖1-2):
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