车氏密封在高压气体旋转动密封装置中的应用.docx

乔艳秋（ 沈阳航天新乐有限责任公司 辽宁沈阳 110034）摘 要：该文简要介绍了某航天产品测试机构中旋转密封的改进。通过对比实验研究表明，车恒德密封应用在高压气体高速旋转动密封中，密封性能良好，满足了产品的测试需求。为解决高压气体高速旋转动密封提供了可借鉴的解 决途径。关 键 词：密封；车氏密封；旋转；高压；高速；气体中图分类号：th137文献标识码：a文章编号：16728904（2010）060041002一般的液压、气动旋转密封在旋转密封技术领域内并不罕见，但对于高速、高压气体的无油润滑旋 转密封却一直是制约着密封技术发展的难题。1概述在我公司某航天产品的测试机构中，其主轴旋转部分的气体密封，即属于此类密封，该旋转密封问题 曾经是影响我公司产品质量的关键技术问题之一。该旋转密封条件如下：主轴旋转转速 900 r/min、转台最 大角速度达 30/s；系统中同时通入 6.5 mpa 的压缩空气和 15 mpa 的氩气；气体杂质不大于 2 m、浓度不 大于 0.1 mg/m3、气体含油量不大于 0.01 mg/m3。即密封件是在无油润滑、高速、高压下工作，并且要求两 种气体之间不允许漏气和相互之间串气，因此密封 条件要求十分严格。在测试机构研制初期，我们曾采用过 o 形橡胶 圈、格莱圈、o 形橡胶圈加 ptfe 挡圈等传统密封形式进行密封，通过进行大量的试验研究，其密封效果 均不理想，无法满足我们对产品测试的要求。针对这种情况，我们经过多次技术交流和试验 选型，最终选用了由西安海林科工贸有限公司生产的车恒德密封中型号为 tb3-i5.7 2.65 的齿形滑环 式组合密封，主轴材料采用 40cr，密封部分表面采 用离子氮化技术进行表面强化处理，以提高其表面硬度与耐磨性。经过大量对比试验，较好地解决了这 一技术难题，并在我公司多个设备上得以应用。具体结构见图 1： 随着我公司在新型号产品的开发研制，对旋转密封条件提出了更加严格要求，密封条件变为主轴 旋转转速由 900 r/min 提高至 1 200 r/min、转台最大图 11主轴；2密封壳体；3端盖；4保持架；5o 型橡 胶圈；6通气板；7、9车氏密封；8压缩空气进气接 头；10拆卸螺母；11氩气进气接头角速度达 300/s；系统中同时通入 6.5 mpa 的压缩空气和高达 35 mpa 的氮气；气体杂质不大于 2 m、浓 度不大于 0.1 mg/m3，气体含油量不大于 0.01 mg/m3。 即密封件是在无油润滑条件下的更高速、更高压的情况下工作。针对上述工况，首先采用的密封方案是继续使 用型号为 tb3-i5.7 2.65 的车氏密封圈进行试验。 经过大量的试验证明，由于主轴转速较以前相比提高了许多、密封气体压力是原来的 2 倍以上，导致原 型号密封圈的背部部分材料被挤入到主轴与保持架的缝隙当中，造成密封圈的磨损速度加快。同时，由于主轴硬度不够，耐磨性差，导致主轴 密封部分磨损严重，使主轴与保持架之间的间隙进一步加大，使得密封圈的背部部分材料被更加快速 的挤入到主轴与保持架的缝隙当中。由于以上两种收稿日期：20100908作者简介：乔艳秋，女，高级工程师，主要从事航天产品设计与研究2010 年第 6 期42鉴于上述情况，我们与西安海林科工贸有限公司的相关技术人员进行了多次细致的技术分析与研 究，通过在我们现有的设备上进行了大量的试验，最 后采用了如下解决方案：第一，将密封圈的背部尺寸由原来的 1.5mm 增 加到 2.5mm，增加密封圈受力部分的抗压能力。第二，将密封圈齿形滑环部分的齿形由原来的2 个齿增加到 3 个齿，使得密封圈的密封能力有很 大的提高。第三，将主轴分解为两部分，一部分为主轴主体部分，材料仍选用合金结构钢 40cr。另一部分为 密封部分，将密封部分的材料由原来的合金结构钢40cr，更换为优质轴承钢 gcr15，通过淬火处理，提高主轴密封部分的硬度，增加主轴密封部分的耐磨 性，并在密封部分增加两个轴承支撑，以提高主轴密封部分与保持架间的同轴度。第四，将保持架与密封圈上的 o 形橡胶圈的配 合尺寸由原来的 12.04 mm 减小为 11.04 mm，以增加 o 形橡胶圈对齿形滑环的预紧力。第五，把主轴密封部分与保持架之间的间隙由 原来的 0.2 mm 减小为 0.05 mm，同时将主轴的径向跳动量控制在 0.02 mm 以下，以避免密封圈被挤入到主轴与保持架之间的缝隙当中。通过采用以上的改进措施，经过大量的对比实 验，验证了改进后的密封圈及主轴新材料的选择应 用，能有效地解决高压气体的高速旋转密封问题，新结构如图 2 所示。2.1 试验条件及试验结果表 1试验条件及试验结果 原型号tb3-i5.72.65新型号tb3-i5.72.65 a项目密封介质气体压力 主轴转速主轴密封部分材料 工作温度 累计工作时间 密封状况压缩空气、氩气6.4 mpa、15 mpa900 r/min40cr常温960 min密封失效压缩空气、氮气6.4 mpa、35 mpa1200 r/mingcr15 常温9660 min密封失效由上述试验结果不难看出，在较为苛刻的密封条件下，采用新型车氏密封的工作寿命比用原型号 密封的工作寿命延长了 10 倍。2.2 实验结果分析选用“车恒德密封”中的齿形滑环式组合密封 tb3-i5.72.65 型和 tb3-i5.72.65a 型密封圈 ，其 工作状态分别见图 3、图 4。图 3 tb315.72.65 型 密 封 圈图 4 tb315.72.65a 型 密 封 圈“车氏密封”是由一个带有齿形结构的薄唇滑环与一个 o 形橡胶圈组成。其滑环是由专有配方的增 强 ptfe 加工制作，其自润滑性能、导热性、低摩阻 性及耐磨性能均十分优良，加之在结构上进行的专门设计，使其承受高速与高压气体的工作能力十分 显著。该密封的特点是，齿形滑环的密封唇部较薄，滑 环一旦磨损 o 形橡胶圈可提供自动弹性补偿。由于图 2 新 结 构 装 配 图1、11轴承；2主轴；3密封壳体；4端盖；5保持架；6 o 型橡胶圈；7通气板；8、10车氏密封；9压缩空气进 气接头；12拆卸螺母；13氩气进气接头2对比试验2010 年 11 月乔艳秋：车氏密封在高压气体旋转动密封装置中的应用43滑环为齿形结构，故与主轴密封接触面窄，摩擦阻力小，故摩擦热也较小，从而使密封件的工作寿命大大 提高。由于该密封圈的滑环在背压方向有一个挡边，在高压情况下可对 o 形橡胶圈提供充分有效地保 护，使 o 形橡胶圈始终处于一种静密封状态，只对滑环提供密封弹力与补偿作用，不参与动摩擦。在图 3 中密封圈的滑环上有两个齿，而图 4 中 密封圈的滑环上有 3 个齿，加之 o 形橡胶圈的密封 接触应力中心在两个齿面接触应力 p1max 中间位置，从力学角度分析，o 形橡胶圈与齿形滑环是一种最佳组合，这更增加了密封圈的工作寿命。同时由于主轴密封部分的材料选用了优质轴承 钢 gcr15，其硬度较合金钢 40cr 有了很大的提高。通过试验，主轴密封部分经过与滑环长时间的摩擦 后，主轴密封部分的磨损程度并不十分明显。所以图 4 中的 tb3-i5.72.65a 型车氏密封更适合于高速、高压力的液压与气动旋转密封。结束语通过上述实验结果分析不难看出，性能优良的 车恒德密封加之合理科学的结构设计，解决了高压 气体高速旋转动密封这一困扰国内同行业多年的技 术难题。我公司使用新型车氏密封生产的某航天产 品测试机构的密封寿命比原来提高了 10 倍，目前车 恒德密封已广泛应用于我公司同类产品中，且随产 品出口到多个国家和地区，博得国内外用户的一致 好评。参 考 文 献1 车恒德. 车恒德誖密封及其应用. 机床与液压，2002（6） 2 西安海林科工贸有限公司. 车恒德密封手册（第二版）3 阴晓伟. 用车恒德密封改进弹旋机构中的旋转密封. 润滑 与密封 2004（1）3test and application of che-hengde sealing in rotary sealing device forhigh pressure gasqiao yanqiuabstract: the document introduces briefly to the improvement of rotation sealing in aerospace testing equipment. the comparison test shows that the che-hengde sealing has good performance in the high speed rotation seal under high pressure gas and it meets the test requirement of the product. it provides one method for solving the problem of high speed rotation seal under high pressure gas.key words: sealches sealingrotationhigh pressurehigh speedgas如何写好论文摘要从近期不少作者来稿中，我们发现对论文摘要没有下功夫写好。论文扩、商要是十分重要的， 是中、英文摘采用的主要依据。具体来说，请作者注意以下几点：1、摘要应是论文的内容不加注释和评论的 简短陈述，内容不应空洞、过简。2、摘要应具有独立性和自含性，即不阅读论 文的全文，就能获得必要的信息。3、摘要中有数据、有结论，是一篇