超高液压下O形环角密封的实验研究

超高液压下超高液压下 O O 形环角密封的实验研究形环角密封的实验研究 信息来源 密封技术网信息中心 点击次数 40 发布时间 2009 5 12 10 29 56 超高液压下 O 形环角密封的实验研究 崔玉涛 颜惠庚 杜存臣 1 江苏工业学院 江苏常州 213016 2 常州工程职业技术学院 江苏常州 213164 摘要 摘要 采用丁腈橡胶 O 形环实现超高压容器端部角密封 对容器施加超高液压做 系列密封实验 结果表明 采用角密封结构 并对 O 形环压缩率 截面直径 密 封间隙 橡胶硬度 密封面的粗糙度和密封件的形位公差等相关因素进行合理匹 配 严格控制 使用普通 O 形环可以实现 138MPa 超高液压的静密封 关键词 关键词 超高压 O 形环 静密封 中图分类号 TH136 TH137 5 文献标识码 B 文章编号 1000 4858 2007 04 0072 03 随着现代工业的快速发展 超高压越来越广泛地运用到超高压杀茵 超高速 冷冻 食品膨化工业 超临界流体萃取 低盐化处理 室温高压膨化以及加压发 酵等典型应用场合 这类设备所生产的产品具有众多优越性 日益引起人们的普 遍关注 如超高压食品的生产具有瞬间加压 作用均匀 操作安全和耗能低 能 很好地保持食物天然的色 香 昧和营养成分的特点 符合 2l 世纪新型食品简 便 安全 天然 营养 卫生 环保的消费需求 因而有着显著的社会效益和经 济效益 具有巨大的潜在市场和广阔的发展前景 但是 现今我国的超高压食品的生产存在亟待提高工业装备水平的问题 能 否制造出经济 节能 安全 高效的处理设备成为制约超高压食品处理技术市场 推广的主要瓶颈 其中 如何经济地制造超高压容器并保证容器的超高压密封尤 为难点之所在 J 超高压设备能否正常运行在很大程度上取决于密封结构的完善 性 高压密封装置的重量约占容器总重的 10 30 而成本却占总成本的 l5 一 40 因此密封设计工作是高压容器设计的重要组成部分 由于许多超高压设备为间隙操作 操作时不但要求物料能快装快卸 且要求 在开启频繁的情况下仍能实现多次可靠密封 一般使用快开式自紧密封结构才能 解决这一难题 普通 O 形橡胶密封环具有结构简单 制造方便 价格便宜 安装紧凑 使 用方便和具有自紧密封作用等优点 被各行业广泛使用 因此实验采用丁腈橡胶 NBR O 形环 规格为 32 5 3 55G 执行标准为 GB3452 1 92 进行角密封实 验研究 1 1 O O 形环的自紧密封原理形环的自紧密封原理 1 预紧状态 O 形环装入密封部位后 其截面一般受到一定量的压缩 由于 O 形环具有良 好的弹性 对接触面会产生一定的接触压力 从而实现预紧状态下的密封 2 工作状态 当密封腔充入液压介质后 在介质压力的作用下 O 形环移向低压一侧 封 闭住密封间隙 随着介质压力的增加 接触压力亦随之增加 其峰值总是大于流 体介质压力 这就保证了 O 形密封环的密封功能 也反映了 O 形密封环的自动密 封能力 经验表明 对于普通橡胶材料 一般以 13 105Pa 为标准比压 2 2 主要密封参数的确定主要密封参数的确定 O 形环的密封效果与压缩率 截面直径 密封间隙 橡胶硬度 密封面的粗 糙度和密封件的形位公差等因素密切相关 在影响 O 形环密封性能的诸因素中 只要有 1 个参数的设计不合理就会降低其密封效果 甚至导致密封失效 因此下 面就讨论一下各影响因素具体数值的确定 1 压缩率 O 形环密封是典型的压缩型密封 O 形环截面直径的压缩率是影响密封效果 和使用寿命的重要参数 大多数情况下的泄漏与压缩量不足有关 但是过量压缩 又会造成装拆困难和产生过大的残余变形 而这将严重缩短其使用寿命 因此应 合理确定 O 形环的压缩率 压缩率 W 用下式表示 式中 d0 为 O 形环的截面直径 mm h 为 O 形环压缩后的截面尺寸 对于静密 封压缩率一般取 10 一 22 本实验取为 l5 2 截面直径 对于相同的压缩量 截面直径大的 O 形环的接触宽度大 相应的最大接触应 力小 因此在橡胶 O 形环满足结构工艺等其他要求的情况下 尽可能选择大截面 的橡胶 O 形环 本实验容器密封面内孑 L 直径为 39mm O 形环截面直径取 3 55mm 3 密封间隙 O 形环在高压力下很容易变形 容易被挤入密封间隙中去 造成损坏 因此 必须对 O 形环的密封间隙加以严格控制 为了防止 O 形环发生挤出现象 并考虑 到装拆的难易程度 本实验的密封间隙取为 0 1m m 4 硬度 弹性模量小的 O 形环 则最大接触压应力小 挤出量大 易破坏 所以当内 压很高时 应选用硬度较高的 O 形环 本实验采用的 O 形环硬度为 IRHD 国际橡 胶硬度等级 80 5 5 密封面的粗糙度 密封面的粗糙度是密封技术中的一个重要衡量指标 如果密封面处有制造缺 陷或纵向划痕 则密封介质很容易泄漏 超高压容器安全技术监察规程 中规 定超高压容器密封面的粗糙度 Ra 应当小于或等于 0 8 m 本实验密封面的粗糙 Ra 取 0 4 m 6 密封件的形位公差 密封圆柱面的圆度 圆柱度公差按 8 级精度选取 端面对内孔轴线的垂直度 公差按 7 级精度选取 3 3 实验装置与密封结构实验装置与密封结构 3 1 实验装置 实验装置由压力源 YZG B 型液袋式液压胀管机 高压连接管路 设计压力 为 200MPa 的超高压实验容器和轴向力平衡装置 250kN 的压力机 组成 实验装置 见图 1 3 2 密封结构 1 本实验采用锥面 O 形密封结构 它特别适合于密封高压力 低泄漏 需要快 开快拆的间歇操作场合 具体的密封结构见图 2 2 密封原理 当旋紧螺栓时 将带动托板向上移动压紧 O 形环 O 形环将贴紧芯 轴的锥面和容器器壁 与锥面和轴之间分别形成环密封带 形成预紧密封 在操 作状态 随着介质 本实验加压介质为水 压力的增加 O 形环的压缩量也随之增 大 接触压力亦相应增加 从而实现可靠密封 4 4 实验过程实验过程 1 将 O 形环表面均匀涂覆少量润滑脂 将端盖和芯轴用双头螺柱连接 把 O 形 环安装到芯轴上 用螺栓将托板连接到芯轴上以压紧 O 形环 2 装配高压管 接头螺母和小螺母 将接头螺母与液压介质入口的螺纹连接 3 将下垫板 容器 端盖与上垫板按图 1 位置放置 接通压力机电源 使两平 板压紧上下两垫板 4 接通电源 预热 5min 旋转溢流阀加压 以 10MPa 的级差加压 每级保压 5arin 观察有无泄漏 5 记录胀管机上的压力显示仪的液压数值和液体泄漏情况 5 实验数据 加载顺序的实验记录见表 1 6 6 结果与讨论结果与讨论 1 经多次实验表明 只要合理选择并严格控制影响密封性能的各主要因素的数 值 单独使用普通 O 形环锥面密封结构可以实现 138MPa 的可靠密封 2 由于实验设备的限制 本实验只做到 138MPa 的液压密封 O 形环仍有一定的 密封潜力可以挖掘 这突破了传统资料认为的 O 形环静密封最高压力为 70MPa 和 当工作压力高于 32MPa 需要加挡圈以防止间隙挤出的限定 值得进一步进行实 验研究 3 O 形环锥面密封结构对 O 形环和相应的密封面的制造偏差有一定的补偿作用 这就降低了对制造精度的要求