密封设计规范方案

密封设计规范

目录

目录--------------------------------------------1

参考资料----------------------------------------2

1.目的----------------------------------------3

2.合用范围-------------------------------------3

3.密封概述-------------------------------------3

3.1垫片静密封--------------------------------3

3.1.1.垫片密封结构及原理------------------3

3.1.2.垫片的密封机理及选型----------------3

3.1.3.法兰面垫片密封的压紧型式-----------4

3.2密封胶静密封------------------------------5

3.2.1密封胶密封结构及原理----------------5

3.2.2密封胶密封的压紧型式----------------6

3.3成型填料密封------------------------------6

3.3.1非金属0型圈的密封结构机理---------6

3.3.2非金属0型圈失效模式---------------20

3.3.3其他型式的密封圈--------------------25

3.3.4金属空心（）型环密封------------------25

4密封试验--------------------------------------25

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参考资料：

1)*机械设计手朋》第五版.化学工业出版社

2)<<机械设计图册》北京.化学工业出版社.2000

3)国标GB700-86,GB4208等密封标准

4)

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1.目的：

统一规范电池组箱体密封设计标准，方便开辟人员进行密封结构设计。

2.合用范围：

标准合用于天津市捷威动力有限公司动力电池开辟部开辟的电池组

系统。

3.密封概述：

电池组箱体密封主要采用垫片静密封，密封胶静密封，成型填料（动

静）密封三大类。

3.1.垫片静密封。垫片密封主要是橡胶平垫结构，具体橡胶平垫的

规格要根据箱体的机构定型。

3.LL垫片密封结构及原理

利用平垫式不亲汕，不亲水，承受压力情况下变形小的泡棉材料，硅

胶材料及橡胶材料布置于上下电池组箱体配合面上，靠上下箱体压紧

密封。

3.1.2.垫片的密封机理及选型

密封垫是靠外力压紧而产生弹性或者塑性变形,从而填满金属表面上

微小的凹凸不平来实现密封的。如果压力太小，垫片没有压紧就不

能止漏，但压紧力太大往往又会使垫片产生过大的压缩变形甚至破

坏.因止匕,为了正确地使用密封垫，必须采用恰好保证密封的最小压紧

力，一般垫片的变形量要控制在小于20%,以保持密封材料的弹性,

达到密封效果。在设计电池组箱体时要综合考虑最小压紧力（目前

还没有密

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件下，螺栓受力大，法兰受力比较均匀，合用于密封介质压力不高，

铸铁法兰的连接。图b垫片接触面比图a小，螺栓受力有所改善。图

c是最常见的法兰连接，在同样螺栓受力条件下，密封压紧力大，但

法兰根部需承受螺栓螺栓力引起的较大弯矩，合用于压力较高，钢制

法兰的连接.图d为样槽面法兰连接，垫片宽度较窄，并位于槽内，

桦面法兰在螺栓力作用下压紧垫片，垫片的变形量堆积在桦槽内，外

圆的间隙，使密封更加严密，合用于压力较高，毒性较大，密封要求

严格的法兰连接。

3.2.密封胶静密封。密封胶主要用于较成熟的电池组系统，以免造

成拆装电池组不便，但是密封胶因为是液体涂抹到电池组箱体密封法

兰上时可以很好地填充上下壳体间的间隙，待胶凝固后密封效果更能

够达到1P67。目前使用的液态密封胶有HT901。

3.2.1.密封胶密封结构与机理

1）对结合面间隙的估计.结合面在涂胶前先用量具测量间隙距离.当

间隙小于0.1mm时，可单独使用液态密封胶;如果间隙在0.TO.3mm

之间.液态密封胶必须与固体垫片并用才干达到良好的密封效果；当

间隙超过0.3mm,如果实验条件不苛刻，使用温度和工作压力都不高

时,采用液态密封胶与固体垫片共用也能达到满意的密封效果,否则

二者并用后仍将会产生泄漏或者渗透。

2）结合面间隙较大的部位，应选用可干可剥型，不干粘接型或者半干

粘弹型密封胶加固体垫片并用。

3）电池组液冷管管接头等罗纹密封,优先考虑选用聚四氟乙烯生料带

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和厌氧性液态密封胶。在罗纹管道间隙较小，使用工作压力和温度要

求不高的情况下，也可选用不干粘接型和半干粘弹型液态密封，但不

能选用干粘着型和干可剥型密封胶。因为干型液态密封胶含有大量溶

剂,溶剂挥发后形成的皮膜残留在罗纹管道上，易阻塞管道面影响工

作c

4）密封胶分类

名膝工程H度斤构性应用举例

X省较好的附足性七化性,上水性•以七机油皓，/做，空气导管.电H及仅去

60-110

及用其他MMXtr的启卷包，使用毒命较长的宙月

乂哥代艮的耐热电气、QK.先加大«老

飞机发动机扃lax、”号接头防火1号

一7。〜230化，以及防潮即电毫・弃曲・但耐愚时如“

病做化t用老牝性能校爵・斯算传材W6一定帖除

<70必拘的靖令也T好牝何槽离纣

府卅股ft.电封工Z”

耳机A分U再较好的为老化性加甘大％材料帖格发动机机壳、Mil溶第一类的黑合肥的

*<：20

子林**件ffM________

tf

无*足分具有较高的耐热性,用压玄度、不8♦,幅发动机，高压上气机后机亮和育乐*楮

<750

般子树,塞拽整案等前件的篮合•卡_

具有改好的/动忤♦在用券空气的条件大*用于雪放0钱件供图密封，平囱纳

V129

下,可F行固化的亚力，。［代・林御俗片

3.2.2密封胶密封的压紧型式

1）预处理：将封面上的油污、水、灰尘或者金属屑除去。单独使用

时，两密封面间间隙应不大于0.limno

2）涂敷：涂敷厚度视密封的加工精度、平整度、间隙大小等具体情

况而定，普通在电池包下箱体的配合法兰面上涂敷0.12"0.2mm厚度

即可。

3）干燥：溶剂型液态密封胶需干燥,干燥时间时所用溶剂种类和涂敷

厚度而定,普通为3、7mm。

4）紧固、紧固方法与使用垫片相同，不可错动密封面。

3.3.成形填料密封。它是靠填料本身在机械压紧力或者介质压力的自

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紧作用下产生弹塑性变形而阻塞流体泄漏通道的。

成形填料密封按工作原理分为挤压密封圈(O-Ring密封结构即0

型密封圈)及唇型密封圈两类，材料主要是橡胶。

3.3.1.非金属0型圈的密封结构机理

1)0型圈概述

0型圈是一种界面形状为圆形的橡胶圈，是液压气动中应用最广泛的

密封件。

2)0型圈特点

BeforeInstallationAfterInstallationWithSystemPressure

1：安装前2：安装后3：箱体内部有压力情况

特点:

1尺寸小装拆方便，2动静密封均可用,3静密封几乎没有泄漏，

4单件使用双向密封，5动磨擦力小，6价格低。

3)0型圈密封原理

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O*Ringgiand

R|.l1R|U

0型圈密封是一种挤压型密封。当密封件产生初始形变和应力P

seal

p>p时，将不会泄漏。

<seal

P=P+P,P=KXP。P=P+KXP

110Ppn0

K为介质压力传递给0型圈压力的系数（对橡胶，K=l；对无缝

钢管？复合密封圈？）

因此，只要0型圈存在初始压力，就可实现无泄漏的绝对密封。

0型圈密封是一种自密封结构

4）0型圈密封压缩变形率选择

偏心

理论上0压缩也可实现密封，实际是不可能的。

偏心工作载荷下，0型圈拉伸，变细，就可能泄漏

低温橡胶收缩，变细，可能泄漏（低温会造成橡胶加速老化，失

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去补偿能力)

普通断面有7%-30%的压缩变形率，静密封取大的压缩率(15%-30%),

动密封取小的压缩率(9-2596)

5)0型圈受内压、外压选择

受内压受外压

受内压0型圈外径与沟槽外径相同

受外压0型圈内径与沟槽内径相同

防止浮现在工作压力下浮现0型圈直径变小。

将。形圈安装在沟槽内时，要受到拉伸或者压缩。若拉伸和压缩的数

值过大，将导致0形圈截面过度增大或者减小，因为拉伸遥相应地使

截面直径w减小约0.5%。对于孔用(内压)密封，0形圈最好处于

拉伸状态，最大允许拉伸量为6%；对于轴用(内压)密封，0形圈

最好延其周长方向受压缩，最大允许周长压缩量为3虬

6)0型圈挤出原理

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7)0型圈允许挤出间隙

(A)无压■状态(8)无感力作用下的后■找6

最大允许挤出间隙gmax

和系统压力，0形圈截面直径

以及材料硬度有关。通常，工

作压力越高，最大允许挤出间

(C)压力作用隙gmax取值越小。如果间

隙g超过允许范围，就会导致0形圈挤出甚至损坏,当压力超过5MPa

时，建议使用挡圈

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表一，材料硬度，压力及0型圈截面直径间关系

0形圈截面直径W

材料硬度压力MPa

1.782.623.535.337.00

W3.500.080.090.100.130.15

邵氏硬度

<7.000.050.070.080.090.10

A70

W10.500.030.040.050.070.08

W3.500.100.130.150.180.20

W7.000.080.090.100.130.15

邵氏硬度

W10.500.050.070.080.090.10

A80

W14.000.030.040.050.070.08

<17.500.020.020.030.030.04

W3.500.130.150.200.230.25

W7.000.100.130.150.180.20

W10.500.070.090.100.130.15

邵氏硬度

<14.000.050.070.080.090.10

A90

W17.500.040.050.070.080.09

W21.000.030.040.050.070.08

S35.000.020.030.030.040.04

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6

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一

由上图可知正确选择电池组上下箱体间预留间隙是O-Ring密封圈密

封作用的关键参数，但是前提要己知电池包内部预压，0型圈材料。

8)0型圈压缩量选择

液压-气动-静密封液压一动密封

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气动-动密封和材料有关的0形圈圆周方向的压缩力

9)0型圈材料特性

■特长

机域强度优良，但对次性、耐化学药晶性短差.

另外,硬度的容许范图广泛.

M磨性.耐诵怛伏息.且价格便宜a

T«*IR(NBR)出于附核性不佳.皮电先在阳光直射的烯斯.或产生臭氧的电气

“■酎代仲Me

aT4*tt(CR)整体性能平曲.且价格便宜，

乙两枪般(EPDM)用看性优由.且价格便宜.时浦恍、*端恰般・・

由于耐帙性、气定性优克.可用于充气松胎的内胎等耐油性、

AT横咬(1旧)

射越性校弟-

叙悔股(FPM)各聆性旎均优点.但价格校高，

硅检股：SI)耐热性优良,但机械袋用般井,H价格偏高

低A性・及Chan❷nighl，)冲击吸收性优点一«f怏性.明春件及*油性般#。

10)0型圈材料特性比较图

■特性比较图

■M«KTB1M8CNBR)«T«K(CR)ZM«R(EPDM)

乙■叁«4M<64tlMVMM««*«

H一本/.wW

\・ftartmm««e*Mn

鼻丁・anita)aeitt(FPM)

<M■一I“MQ_Ut

・事一*I.以5!/^A、、a.d**/!W\

YV>./vW7

■B同•付・曹零Mt)・仅*mi■muMi

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11)0型圈材料特性排序

■特性排序

机械强度硅鼻腔异丁横胶乙西检胶MUtt融丁悔股

酎候性丁■梅股低弹性・皎敏丁楠股豪■般异丁梅殷硅・胶乙丙除股似棣股

耐磨性硅鼻股低！•性・航异丁糠胺乙丙检股敏丁棣殷氟糠股

耐热性低“住献丁庸横胶异丁梅放乙丙植股畦柳股氟横胶

耐油性异丁梅陂乙西横胶低学住施出•胶向丁樟般丁篇植胶氟梭胶

12)0型圈材料硬度

■聚氨酯•橡胶的肖氏硬度标准

・硬度标准

号卧95高尔夫球

肖克A90型球

肖氏A70

肖氏A5O塑料橡皮

肖氏A30后

­硬度的容许范围：记载数值的±5。

■凝胶的硬度表示

用AskerC和针入度来表示。

AskerC和在聚氨酯像胶的硬度表示中所使用的肖氏A硬度的

关系，大致如下图所示Q

ASKERC20304C50607330

SRISoioic型n_i-TTir

^JISK2207已将计入度旨腐化，使规定重量的针垂直进入试件中，根据进

入的长度来表示试件的硬度。

针入度的值为时，对应针入度为1。(数值越大则材质越柔软©)3

此同肖氏硬度或ASKFR的相对比较蛟为困雨，故没有刊登比较表。

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13)0型圈材料特性

■特性值■聚室曲(乙IB类•酯类特性比较

90KillUtf将性M111&型I，目

比重—1.131.131.201161.201.03102抗拉修套

•氏A95XJ7050JC7015M9

抗拉矍度MPa44.144631.327.418511.806WMg_I。

延伸率%400530650690600250445o1

射热性清动

Z70w7070707080MM

*»«-40-20-20-20-20-20-40

时水定性

f狄1Q餐度、包府率的各村性值触“JIS标&K6251送行员愉。•0

M___________

■特性值耐久性0~

£执拉斗盘、施仲本的各朴性倩福舞JIS标©0251进行区哈。

单位丁・ninrnnniLU工口四

出♦—1613161215181912UIN1.3,；

■厦M氏A7050656555806C7050505732

研校强度MPa12.74.413312.87.512510.874&87.88.3103

**%370400460490380390270300330400810840

txnmC909910012012023023020020020060乂

«««««)c80808080ao210210150_J501503030

…：r-10-10-35-40-30-10-10-70-70-501010

14)0型圈材料耐化学性

■耐化学药品性比较

丁靖梅股氟丁横般乙丙检股异丁横股・横股||硅横股ewtiM

汽油OOOXXO△-O△

|水△00000△

*■XOOOOO△△

受琥XO000X00

乙醍XX—△X-AO△-OX—△X—△△

陶XXx-OXOX

0=优、。=良、△=可、X=不可

15)0型圈材料耐温性

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16)0型圈材料选择原则

外界因素：

1，工作状态：动密封，静密封；连续工作，间断工作等

2,工作介质：液体、气体还是两相流，及介质的物理化学性能，与

介质相容性

3,工作压力：介质工作压力高低，压力波幅，瞬时最大压力

4,工作温度：瞬时温度和冷热交变温度

5,成本来源：成本低，来源广

0型圈的硬度硬度：

普通为70-90邵氏硬度，静密封选低值70,旋转密封取图值80,极

少采用90o

17)0型圈设计原则

通则：

0型圈密封是挤压式密封，设计主要内容为

0型圈的压缩和拉伸。

0型圈直径压缩和拉伸。

a,压缩量过小：泄漏

b,压缩量过大：应力松弛引发泄漏

c,拉伸量过大：界面直径减少太大

而引发泄漏

压缩率设计：

W%=(d-h)/do

01)图4<O形密封圈的安装

a)在外圆的矩形槽内

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b)在内圆的矩形槽内

a,有足够的密封接触面积

b,避免永久变形

c,磨擦力尽量小

圆柱静密封：1TO-15%,平面静密封：15%-30%o

往复运动密封：10%-15%0

旋转动密封：内径比轴大3%-5%,外径压缩率为3%-8%o

低磨擦用密封：普通为5%-8%,考虑介质和温度引起的膨胀，

如超过15%,重新选材。

拉伸率设计：

W%=(d+d)/(d+d)o

001

0型圈装入轴中后，普通会有拉伸，如果无拉伸，装配时容易脱

出，如拉伸过大，会导致。型圈截面积减少太多，浮现泄漏。

普通其拉伸量为1%-5%O

*4-2O形翻片婚事与拉伸■的选取范网

密封介质技仲(%)

103-104137s

液压油.空气

<1011575

1.0212-17

往艮动**c我管罐.空气

<1.0112*-17

竣行动甯N095-15*-10

18)0型圈沟槽设计

槽体积比。型圈体积大15咐罢布。

设计参数：形状，尺寸，精度，粗糙度，对于动密封，需要计算

相对运动间隙。

原则：容易加工，尺寸合理，精度容易保证，拆装方便。

a,有压缩3%-30%的压缩。

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b,在介质中膨胀，温升膨胀。

C,太窄磨损，太宽滚动磨损。

率4・5常用。彩凰密豺汨槽的形状和特点

形状名移»A

期心内槽均51动帝内”♦身K・3用・。・

乂造用十分空>ht低质卜的动*■■用力大.皎不总理使用

率■影沟・仅网产■“密NA木骨，

-7_r地用于跋■修富财.工Z性差.•&不JT明

L\z•角4#5仅用r法工，及■度短,妆中*

0型圈沟槽深度设计：

槽深的设计决定0型圈的设计压缩量，沟槽深度加之间隙小于0

型圈自由状态下()型圈的线径。

0型圈的压缩量由内径压缩量屋和外径压缩量屋构成。

旌，0型圈安装时受压缩；拆卸时0型圈有弹跳；常用于旋

转密封。

8-6“，()型圈安装时未受压缩；最为常用。

5->6“，0型圈安装时受拉伸；用于滑动密封，如活塞密封。

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0型圈沟槽槽口和槽底圆角设计：

槽口圆角：防止0型圈装配时浮现割伤和刮伤。R=0.To.2mm

过大，过小会浮现什么情况？（挤出和割伤）

槽底圆角：防止浮现应力集中，动：R=0.1"1.0mm,静：R二d/2mm,

o

0型圈沟槽表面粗糙度设计：

静密封：Ra=6.3~3.2,

动密封：Ra=1.6,

旋转密封：轴凹槽：Ra=0.4或者更小。

A,采用什么样的工艺来加工沟槽比较好。

B,沟槽的粗糙度过大或者过小会浮现什么问题。

目的：防止0型圈在工作时浮现间隙咬伤和挤出实效。

使用：单向受压，一个挡圈；双向受压，两个挡圈。

寰4Y不使用HIII的量大允许间♦值＜年位，mm）

M力

<3.S137八1051。，74M-21

0电■"履<HS>

700400J5015aioU.(M

90OR060OJO040OJ!

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我4引播■类电

g稼蟠府夔式中用*令材H

一敏使用仄力的25MP«.不运用

■及武

碘十■灯及■■玷动

wtr

使用出力盯ii70MPa.用3■体

5U式♦日■乙・,留”(Rtttt

式双装・中3口式n・八尼26.1010

使用作力可培70MPI.用于分副

翩式安装・中

注？二件履，山通件时应当使用0体式的覃啊・乙,止便当切口立■■■式内■,

0型圈沟槽型式和公差：详见GB/T34523

*4Y。形■刈1田式,播日GBF452Al98K)

3.3.2非金属0型圈失效模式

0型圈常见的失效原因有材料问题、压缩变形、间隙咬伤、扭曲现象、

磨料磨损、表面粗糙度不当和焦耳效应等。

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1)压缩变形，如下图所示:

COMPRESSIONSET

Descriptionoffailureappearance:

Thisfailureiscommontobothstaticanddynamicsealingapplications.Thistypeof

failureproducesflatsurfacesonthesidesoftheO-Ringthatwerecompressed,usually

thetopandbottomifsittingflatonadesk.

ThesourcesofCOMPRESSIONSETfailure:

•TheO-RIngmaterialusedhaspoorcompressionsetresistance

•TheO-Ringmaterialusedhaslimitedresistancetoheat

•TheO-Ringisswellinginthegrooveduetofluidincompatability

•TheO-Ringhastoomuchsqueezeinthegroove

HowtoeliminateCOMPRESSIONSETfailure:

•Useahigherquality,lowcompressionsetmaterial

•CheckthecompatabllltyoftheO-Rmgmaterialtothefluid

•Selectamaterialgoodforheatproducedinoperation

•Doublecheckthegroovedimensionsforpropersqueeze

•CheckexistingO-RIngstockforphysicalproperties

2)0型圈磨损，如下图所示:

Descriptionoffailureappearance:

ThisfailureismostCmmonindynamicscalingapplications-likereciprocatingand

rotatingshafts.Thistypeoffailureproducesaflattenedsurfaceonthesideofthe

O-Ringbodysubjectedtothemovement.

ThesourcesofABRASIONfailure:

•ThemetalsurfacesaretooroughandareabrasivetotheO-Ring

•Themetalsurfacesaretoosmooth,notallowingproperlubrication

•Nolubricationinthedesign

•Operatingtemperaturesaretoohighforthematerial

•ThesystemfluidIscontaminatedwithabrasivepartkies

HowtoeliminateABRASIONfailure:

•Changesurfacefinishestorecommended

•Arrangeforbetterlubncation

•Useamaterialsuitableforhighertemperatures

•Eliminateanysourceofcontamination

・Changet。AmoreabrasionO-Ringmatersl

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3)0型圈安装损坏，如下图所示:

INSTALLATION

Descriptionoffailureappearance:

Thisfailure3coccurinbothstaticanddynamicO-Rings.Shortnicksorscratchesor

pcclinQonthesurfaceoftheO-Rtngcanbenoticed.

Th。source*ofINSTALLATIONfailure:

•Theuseofsharpedgedtools

•SharpcornersontheO-Rlnggroove

•SharpthreadsthattheO-R»ngpassesover

•Nolead-inchamfer

•O-Ringwasnotlubricated

•O-Rtngwastwistedor(rappedbetweenmetalsurfaces

•Poorqualityofthemetarlal

MowtoeliminateINSTALLATIONfailure:

•Coverallthread*withmaskingtaps

•Breakallsharpedges

•CreateaISto20degreelead-inchamfer

•LubricateO-RIngduringInstallation

•UsecorrectsizedO-Rina

4)0型圈爆破失效，如下图所示:

EXPLOSIVEDECOMPRESSION

Descriptionoffailureappearance:

Youwillfindrandomruptures,craterdikeporesandsmallslits,whichhaveoriginated

withinthebodyoftheO-Ring.

ThesourcesofEXPLOSIVEDECOMPRESSIONfailure:

•GasespermeatingtheO-Ringmaterial

•Rapiddecompressionofthosegases

•Micro-explosionsoccunngasdecompressiontakesplace

HowtoeliminateEXPLOSIVEDECOMPRESSIONfailure:

•Slowsystemcydesdown

•Increasetimefordecompression

•Replacewithahardermatenal

•SelectasmallerO-Ringcrosssection

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5)0型圈挤出失效如下图所示:

EXTRUSION

Descriptionoffallur*appearance：

Youwill*•«aridg・.nibble*andsmallminingplace*ofth«materialalongth«

»nnerdiameterorouterdiameterduefromEedown-streamsideoftheO«Rtng.

Th。sourcesofEXTRUSION:

•Excessivesystempressures

•Toomuchclearancabetweenmatingparts

•Materialtoosoft

•O-Rmgbodytoolargeforthegrcxsve

•Improperlymachinedgroove

•Attackbysystemfluid

MOWtoeliminateEXTRUSION：

•Decreaseorregulates/stempressure

•Refitmattngparts,mach«n»ngbacktoproper,concentricfit

•Selectahardermaterial

•DeterminecorrectO-Rngcrosssectionsize

•Addback-uprings

•Re-machinegroovetoincludeclean,smoothgrooveedges

•ReplaceO-Rmgwithdifferenttyp«ofseal

6)0型圈膨胀失效如下图所示：

EXCESSIVESWELL

Descriptionoffailureappearance:

IdentifiedbyobviousdimensionofthebodyoftheO-Ring.Reducedphysicalproper

ties,whichcausesimproperfit.Heatandfrictionexceleratessealfailure.

ThesourceofEXCESSIVESWELL:

•Thematerialabsorbssystemfluidscausingswelling

•Anobviouschemicalincompatability

HowtoeliminateEXCESSIVESWELL:

•Testmaterialforfluidcompatibility

•Consultachemicalcompatabilitycharttodeterminesuitablematerial

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7)0型圈老化/氧化失效