密封是防止氣體、液體或者固體的泄漏與組織外部顆粒、流體進(jìn)入密閉空間或管道系統(tǒng)的功用。能起密封作用的零部件稱為密封件。較為復(fù)雜的密封連接稱之為密封結(jié)構(gòu)或密封裝置。
密封裝置廣泛地用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和人們的日常生活之中?，F(xiàn)代化工、石油、航天、原子能及深海技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)設(shè)備的密封提出越來越高的要求。密封失效可能是造成能源和材料資源的浪費(fèi)、環(huán)境的污染，甚至設(shè)備的報(bào)廢和人員的傷亡。由于泄漏而造成的事故有很多，日本煉油行業(yè)今年來發(fā)生的燃燒爆炸事故70%是由泄漏造成的；美國(guó)挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)的爆炸也是泄漏造成的災(zāi)難性事故之一。流體密封是一個(gè)復(fù)雜而較難解決的問題，密封的可靠性不僅與所采用的密封材質(zhì)和密封元件有關(guān)，而且與連接結(jié)構(gòu)形式、介質(zhì)特性、工況條件等諸多因素有關(guān)。
對(duì)于壓力容器行業(yè)，密封的應(yīng)用范圍更加廣泛，比如設(shè)備法蘭和管法蘭等等
1、密封
1）密封理論
非接觸型動(dòng)密封的密封結(jié)構(gòu)不同，密封機(jī)理相差很大，無法詳細(xì)歸類。對(duì)于接觸型密封，無論動(dòng)密封還是靜密封都是固體間的接觸密封，其密封機(jī)理的理論可以分為三類：阻斷理論、自封理論和過盈理論[1]。
（1）阻斷理論
阻斷理論認(rèn)為，密封材料的密封作用，是由密封材料對(duì)于接合表面的接觸壓力和對(duì)于緊固外力的彈性回復(fù)力所共同形成的對(duì)內(nèi)部介質(zhì)的阻斷作用而產(chǎn)生的。阻斷理論主要適用于墊片靜密封。對(duì)于墊片密封，密封原理分為兩種：塑性面接觸密封原理和彈性線接觸密封原理。如圖2（a）所示，為墊片塑性面接觸密封，即由螺栓力使法蘭將墊片壓緊，墊片產(chǎn)生塑性變形，以填充密封面上的不平處，消除間隙。如圖2（b）所示，為彈性線接觸密封，即墊片與密封面為不同曲率的精密成型表面，相接觸后構(gòu)成閉合的圓形接觸線，依靠接觸線上的魏曉彈性變形來填塞密封線上不平出，達(dá)到消除間隙的目的。
（2）自封理論
當(dāng)密封材料被安裝到結(jié)合部位后，對(duì)接合表面產(chǎn)生一定的接觸壓力。當(dāng)內(nèi)部介質(zhì)壓力作用時(shí)，內(nèi)壓通過密封材料疊加到接觸壓力上，使密封材料與接合表面更好的貼合，增加了密封效果。
（3）過盈理論
密封材料是具有過盈量的刃口結(jié)構(gòu)，對(duì)軸接觸面能夠產(chǎn)生足夠大的接觸壓力，達(dá)到密封的目的。油封是典型的過盈密封.
2）密封分類
密封的分類方法有很多。按所密封的介質(zhì)可以分為液體密封、氣體密封等；按密封壓力可以分為高壓密封、中低壓密封、真空密封等；按接觸面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為動(dòng)密封和靜密封。習(xí)慣上，常按后者分類，如圖3所示。靜密封是指密封面之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的密封；動(dòng)密封是指密封接合面之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如旋轉(zhuǎn)密封和活塞缸體密封等。
3）介質(zhì)泄漏機(jī)理
（1）穿漏[2]（Penetration） 流體通過密封面間隙的泄漏
成因：a.流體存在壓力差△P；b.泄漏縫隙h；
特點(diǎn)：?jiǎn)蜗蛐孤瑥母邏簜?cè)到低壓側(cè)；
泄漏量：是衡量密封裝置密封性能的主要指標(biāo)；
（2）滲漏（Percolation） 在壓力差△P的作用下，被密封流體通過密封件材料的毛細(xì)管的泄漏
成因：a.流體存在壓力差△P；b.密封件材料毛細(xì)管；
特點(diǎn)：?jiǎn)蜗蚍肿有孤?/p>
2、高壓容器常用的密封形式
1）平墊密封
金屬平墊密封[3]是最常見的強(qiáng)制密封。預(yù)緊和工作壓力下，依靠筒體端部大法蘭上的主螺栓施加足夠的壓緊力來實(shí)現(xiàn)密封。預(yù)緊力的大小與墊片的寬度、墊片材料的屈服強(qiáng)度有關(guān)。工作時(shí)介質(zhì)壓力上升，軸向力通過頂蓋傳遞至主螺栓，使主螺栓發(fā)生彈性伸長(zhǎng)，墊片隨之發(fā)生回彈，此時(shí)仍保持墊片上有一定的比壓，方式如圖5所示。
平墊密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、使用成熟，在直徑小、壓力不太高的場(chǎng)合密封可靠。當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸大壓力高時(shí)，螺栓尺寸也較大，結(jié)構(gòu)笨重，裝拆不便，每次檢修都要更換墊片。
適用范圍：用于溫度低于200℃、壓力小于32MPa、容器內(nèi)徑不大于800mm的場(chǎng)合。
2）雙錐密封
雙錐密封是一種半自緊密封結(jié)構(gòu)，保留了主螺栓。采用軟鋼和不銹鋼制作雙錐面密封墊，密封面為錐面。密封面上各開有兩條半圓形或三角形溝槽，密封面上設(shè)有軟金屬墊片。雙錐環(huán)用托環(huán)、螺釘固定在平蓋上。雙錐面的內(nèi)圓柱面與平蓋的圓柱支撐面的間隙應(yīng)控制在一定范圍，保證預(yù)緊時(shí)內(nèi)圓柱與平蓋貼緊，且雙錐環(huán)不發(fā)生壓縮屈服。當(dāng)內(nèi)壓升高頂蓋上浮時(shí)，一方面靠雙錐環(huán)自身的彈性擴(kuò)張而保持密封面上的比壓；另一方面靠介質(zhì)壓力使雙錐環(huán)沿徑向向外擴(kuò)張，使密封面上的密封比壓進(jìn)一步增大，進(jìn)而達(dá)到密封效果，方式如圖6所示。
雙錐密封的特點(diǎn)：加工精度要求不太高，生產(chǎn)周期短，可以用在較大的溫度、壓力、直徑范圍內(nèi)，由于徑向自緊作用，在壓力和溫度波動(dòng)下密封性能良好，主螺栓預(yù)緊力比平墊密封小。但仍需大螺栓承受預(yù)緊力和軸向力，密封元件大，零件較多。
1-主螺母；2-墊圈；3-主螺栓；4-平蓋；5-雙錐環(huán)；6-軟金屬墊片；7-圓筒端部；8-螺栓；9-托環(huán)
3）“B”形環(huán)密封
B形環(huán)密封是一種自緊密封，依靠B形環(huán)波峰和筒體、頂蓋上的密封槽之間的徑向過盈來產(chǎn)生密封面的初比壓，以達(dá)到預(yù)密封。當(dāng)內(nèi)壓作用后，B形環(huán)向外擴(kuò)張，密封比壓增加，保持很好的密封效果，其形式如圖7所示。
B形環(huán)密封的特點(diǎn)：對(duì)連接結(jié)構(gòu)剛度要求低，適用于高壓和溫度波動(dòng)較大的場(chǎng)合，壓力越高、直徑越大，密封效果越好。加工精度要求高，制造困難，拆卸不便，容易擦傷接觸面。
4）伍德密封
伍德密封結(jié)構(gòu)是一種最早使用的自緊式密封結(jié)構(gòu)。安裝時(shí)，將頂蓋、壓墊、四合環(huán)、牽制環(huán)依次裝入，擰緊拉緊螺栓，使四合環(huán)貼住筒體，用牽制螺栓將頂蓋吊起而壓緊楔形壓墊，達(dá)到初始預(yù)緊密封。操作時(shí)，壓力載荷全部加到浮動(dòng)頂蓋上，密封比壓隨介質(zhì)壓力上升而增加，其形式如圖8所示。
伍德密封的特點(diǎn)：溫度和壓力波動(dòng)時(shí)，能保持良好的密封性能；介質(zhì)壓力產(chǎn)生的軸向力通過頂蓋傳遞給壓墊和四合環(huán)，最后全部傳遞到上部筒體，沒有主螺栓，密封可靠。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重、零件多，加工精度要求高，安裝要求高。
1-頂蓋；2-預(yù)緊螺栓；3-螺母；4-支持環(huán)；5-四合環(huán)；6-拉緊螺栓；7-密封環(huán)；8-筒體端部
3、高壓密封的發(fā)展趨勢(shì)
（1）頂蓋置于筒體端部法蘭內(nèi)部并與法蘭頂部齊平。在頂蓋和筒體端部法蘭的許多相對(duì)位置關(guān)系中，只有將頂蓋置于簡(jiǎn)體端部法蘭內(nèi)部，并與法蘭頂部齊平，才能使頂蓋重量最輕，法蘭高度最小。
（2）內(nèi)壓所產(chǎn)生的軸向載荷和密封比壓所產(chǎn)生載荷由不同零件承擔(dān)，并采用軸向抗剪螺栓。頂蓋與筒體端部之間的承力構(gòu)件對(duì)高壓密封裝置的受力和裝拆有很大影響，若設(shè)計(jì)得當(dāng)，可使密封裝置裝拆方便，受力合理。
（3）采用小環(huán)面密封，并能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)初始密封和預(yù)緊程度調(diào)節(jié)，減少密封面寬度，以及減小密封預(yù)緊作用力。將承力構(gòu)件與密封元件截然分開，可以減輕螺栓載荷，消除承力構(gòu)件加工精度對(duì)密封的影響，使兩者的設(shè)計(jì)更加顯得靈活。
（4）利用內(nèi)壓的自緊作用，這是提高密封效果的一條最簡(jiǎn)單有效的途徑，利用容器內(nèi)壓實(shí)現(xiàn)的自緊密封，壓力越高，密封越可靠，而且適用于操作條件波動(dòng)的情況。