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泛塞封是一种高性能的密封解决方案，在许多苛刻的工况下表现出色，是传统密封件（包括旋转、往复和静密封）的重要补充和升级。在造纸到食品加工，半导体制造到工业机器人的各种应用中，均有助于延长正常运行时间并促进技术进步。

 1 什么是泛塞封

泛塞封（Spring-Energized Seals），中文全称为弹簧蓄能密封圈。其核心设计理念是利用金属弹簧的恒定弹力来补偿密封唇材料的磨损、老化收缩和配合间隙的波动，从而在整个使用寿命内提供持续、稳定可靠的密封。

工作原理：弹簧被压入密封唇的沟槽中，使其唇口向外张开，紧密地贴合在密封面上。当系统压力升高时，介质压力会协助推动唇口更紧密地贴合，实现自密封效应。它是一种主动式密封，而像O形圈这样的密封属于被动式密封，其密封力完全依赖于材料本身的压缩变形。这正是泛塞封在极端工况下性能远超后者的关键。

双向泛塞封

2 密封特性与优势

泛塞封的卓越性能源于其独特的结构和选用材料，材料与结构的完美设计，成就了其特有的产品性能，主要特性包括：

1）极低的摩擦阻力与高耐磨性

只有PTFE或高性能工程塑料制成的密封唇与轴接触，摩擦系数极低。

金属弹簧提供弹力，而非依赖材料的大幅度压缩，因此启动摩擦和运行摩擦都很小，非常适合低速、高精度运动场合，能有效避免“爬行”现象。

2）出色的密封性能，近乎零泄漏

弹簧提供持续、均匀的抱紧力，即使存在轻微的轴偏心、磨损或表面光洁度不足，也能始终保持紧密贴合，实现气密性或液密性密封。

3）广泛的耐介质性

密封唇材料（如PTFE）对绝大多数化学介质（强酸、强碱、溶剂、液压油等）都具有优异的抵抗能力，几乎不发生溶胀或腐蚀。

4）极宽的耐温范围

密封唇的耐温性：PTFE材料本身可在 -260℃ 至 +260℃ 下长期工作。

弹簧的耐温性：弹簧材料的耐温性决定了其密封弹力稳定性。例如，采用因科镍合金（Inconel）弹簧的泛塞封，最高工作温度可达 +550℃ 甚至更高；不锈钢弹簧也可用于约 +400℃ 的环境。低温则可适用液氢、液氧等工况。

5）耐高压

通过选择不同形状和规格的弹簧（如V形、O形），可以承受从真空到超高压（400MPa以上）的压力环境。

6）长寿命与高可靠性

弹簧补偿了材料的磨损和永久变形，其使用寿命通常是O形圈的数倍甚至数十倍，大大减少了维护成本和停机时间。

3 产品结构

合适的结构设计，可以延长密封件使用寿命和设备运行时间。它们的弹簧增能器能确保均匀、一致的磨损，并且可以定制其密封套材料，以满足旋转、往复、摆动和静态应用中的特定要求。

1）产品结构

如果按使用环境不同进行分类，常用的结构型式如下图所示：

常见泛塞封结构型式（图片来源：德龙）

双弹簧泛塞封(图片来源：东晟）

2）蓄能弹簧

蓄能弹簧可以称之为密封的“发动机”，它可以为密封唇提供持续、均匀的径向力。我们可以根据使用场合、工况要求等设计特有的弹簧型式，但考虑成本因素及周期问题，多数会选择市面常见结构类型，常见的弹簧有V形、U形、O形、椭圆形等几种，因没有统一标准，具体叫法各有不同，但结构型式基本如下：

V形弹簧（V-Spring）

V形弹簧是标准弹簧，由弹簧带冲压制成，V形的几何结构，根据力学受力点分析，泛塞圈的受力均匀分布到泛塞圈唇口的前边缘上，底部有圆弧，有限的控制弹性补偿，弹簧与耐磨外壳配合，从而发挥泛塞圈的最大优势。V形弹簧常用于往复运动、旋转运动以及端面静密封的泛塞圈，使用范围也是最为广泛的一种。

U形弹簧（U-Spring）

      U型弹簧也是一种由弹簧带冲压制成的弹簧，其边缘为连续整体结构，作用在唇口部位的预紧力更为均匀，在很宽的变形范围内具且相对恒定的载荷，尺寸和预紧力可以控制在很小的范围，能够精确控制摩擦，所以该结构可以保证泛塞圈不会因过度变形而损坏弹簧。在小规格、低预紧力的场合应用较为广泛。

O形弹簧（O-Spring）

O形弹簧用于扁平弹钢片加工成螺旋形的，它比其他类型的弹簧具有更大的单位载荷和更短的变化范围。因此它很适合于摩擦和磨损不是关键问题的静态密封和缓慢的动态密封中。

椭圆形弹簧是由不锈钢丝加工成倾斜线圈组成的，在很宽的变形范围内具有相对恒定的载荷。这就允许在泛塞圈的工作寿命期间，能够精确控制摩擦，它的独特设计使得泛塞圈不会由于过度变形而损坏弹簧。

弹簧装在泛塞封上，作为弹性补偿，能使密封件具有永久弹性，不受温度、压力腐蚀和化工工艺的变化影响。每一种结构都要有特殊的性能，当然很多公司还会设计特有的结构型式，以满足特殊需求。不管如何，弹簧最主要的两点是弹簧材料的腐蚀、负载能力，有这两点就决定泛塞封的使用寿命。

4 常用泛塞密封材料

材料选择是泛塞封设计的关键，需要根据具体工况（介质、温度、压力、速度）来决定。

1）密封唇材料

聚四氟乙烯 (PTFE)

最主流的选择。化学惰性极佳，摩擦系数最低，耐温范围宽。采用聚四氟乙烯（PTFE）和其他优质聚合物精密加工而成，常添加填充物来改善其性能。关于聚四氟乙烯 (PTFE)的材料介绍，可查阅之前发表的文章《一文全面了解PTFE材料》。下表为PTFE及其复合材料的特点对比。

常用PFFE及其复合材料特点

聚醚醚酮 (PEEK)

强度、硬度、耐温性（可达250℃）和耐化学性非常优异，适用于极端苛刻的工况。关于聚醚醚酮（PEEK）的材料介绍，可查阅之前发表的文章《一文全面了解PEEK材料》。

超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)

耐磨性极佳，冲击强度高，适用于低温、耐磨场合。

2）弹簧材料

不锈钢 (如304, 316)

应用范围最为广泛，具有良好的耐腐蚀性和机械性能，适用于大多数通用场合。

茵科镍合金 (Inconel X-750, 718)

高强度，在高温下（可达550°C以上）仍能保持优异的弹性和抗蠕变、抗氧化能力。

埃尔吉洛伊非磁性合金 (Elgiloy)

一种钴基合金，具有极高的疲劳寿命和耐腐蚀性。

哈氏合金 (Hastelloy)

对强氧化性介质和高温环境有极佳的耐腐蚀性。

5 泛塞封应用场景

泛塞封因其独特优势，被广泛应用于对密封性能要求极高的领域：

航空航天：发动机、燃油系统、作动筒、太空舱门、低温推进剂（液氧、液氢）阀门。

石油与天然气：超高压阀门、防喷器(BOP)、井下工具、 LNG设备。

化工与过程工业：高腐蚀性介质（酸、碱、氯气）的泵、阀门、反应釜。

汽车工业：新能源汽车的电池冷却系统、燃料电池系统、变速箱测试台、发动机测试台。

半导体制造：晶圆加工设备、真空腔室、CVD/PVD设备，要求超高纯净度和极低出气率。

液压系统：超高压液压缸、伺服液压系统、低速重载液压马达。

食品与制药：满足FDA要求的卫生级应用，如无菌泵、灌装设备。

科研设备：粒子加速器、真空装置、低温恒温器。

以上仅是列举泛塞封应用较为广泛的领域，还有很多细分领域，或有特殊工况条件及常规密封无法满足要求的场合，或多或少选用了泛塞封作为替代方案。在选择或变更新的密封型式（不限于泛塞封）时，需综合考虑压力、速度、温度、介质、密封方向、运动型式（静密封、动密封）、安装沟槽结构及尺寸等因素，同时要与擅长某类密封的厂家联系，他们会给你更好的推荐。

6 总结

泛塞封是一种通过金属弹簧赋能的高性能密封件，它完美结合了PTFE等材料优异的化学惰性和低摩擦特性，与金属弹簧提供的持久、稳定弹力。它解决了传统密封在极端温度、高压、低速、强腐蚀和长寿命要求等工况下的失效问题，是高端工业装备中不可或缺的关键密封元件。