一种O型圈的全自紧式密封结构设计探讨

型圈 密封 ， 常用 的沟槽 为矩 形 沟槽 。本 文 针 对 Ｏ 型 圈 的密封 机理 和失 效原 理 ， 探 寻 出一 种结 构简 单 ， 密 封效果 好 的全 自紧式 ０ 型圈 密封 结构 ， 从 而 解决 （ ）
槽 选用 矩形 结 构 。安装 密封 结构 后 能够 同时实 现轴
向通 道和径 向通道 的密 封 ， 在 径 向通 道 上 通 过机 加
第 １期
一 种 Ｏ 型 圈 的 全 自 紧 式 密封 结 构 设 计 探 讨
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一
种 Ｏ 型 圈 的 全 自紧 式 密封 结 构 设 计 探 讨
郭 良 黄 国昌 唐 晓宁 王锦 生 曹 蕾
（ 东方 电气 集 团东方锅 炉股 份 有 限公 司 ， 四川 自贡 ， ６ ４ ３ ０ ０ １ ）
要求。
图 ３ 密 封 托 架 结 构 及 尺 寸
（ ２ ） Ｏ 型 圈发生 挤食 失效 处 的 间 隙处 的 密 封 沟
槽 过渡 圆角 半 径对 （ ） 型 圈 的 密 封 效 果起 着 重要 的 作 用 。上述 分析 可 知 ， 当 密封 槽 顶 过 渡 圆角 半径 由 Ｒ２改为应 为 Ｒ ０ ． ８ ｍｍ 以下 时 ， 密 封效果 较好 。
Ｓ ２ 。通过 整个 密封 结 构 的 共 同作 用 从 而 实 现 全 自
紧 密封 。
设 备 内部 压 力升 高 时 ， 作 用 在 密封 结 构 上 的压 力使 密 封结构 发生 弹性 变 形 ， 消 除 密 封结 构 与径 向 零件 之 间 的 间 隙 ， 防 止 Ｏ 型 圈 在 高 压 下 被 挤 食 失 效， 从 而 实现 高压 密 封 。密 封 结 构 发 生 弹性 变 形 之 前 的压力 必须 小 于 Ｏ型 圈被 挤压 失 效 的 临界 压力 ， 应通 过不 断地 改变 密封 结构 的结 构尺 寸使 密封结 构 发 生变形 量 的压力 越 小 越好 ， 同时 还 应保 证 密封 结 构 在加工 时所 需要 的强 度及 刚度 。
关键 词 ： ０型圈 全 自紧 式 密 封 结 构
１ 引 言
高 压 自紧式 密 封 元 件 有 Ｂ 形 环 、 Ｃ形环 、 三 角 垫、 （ 一 ） 型环、 空 心 金 属 ０ 型 环 。这 些 密 封 元 件 不 是 结构 复杂 、 构 件体 积 庞 大 ， 就 是 密 封 件 加 工精 度 高 、
型圈 密封 在大 型结 构使 用 时 ０ 型 圈不 被 挤食 失 效 ， 而 要求 高精 度 加工 及高 难度 的装 配 问题 。
２ Ｏ 型 圈密 封 及 失效 原 因
（ － ） 型 圈是 一种 挤压 型 密封 ， 其 基 本 工 作 原 理 是
依 靠密 封件 发生 弹 性变 形 ， 在 密 封接 触 面上 造 成 接
Ｏ 型圈失 效 的主 要 原 因有 ： ① Ｏ 型 圈 的 压 缩 率 和 拉伸 率设 计 不合 理使 Ｏ 型圈 永久 变 形 ； ② 使 用 温
度 导致 Ｏ型 圈永 久变形 ； ③工作 介 质 引起 Ｏ 型圈 永
久 变形 ； ④ ０ 型圈 的硬 度 和 密 封 间 隙 的 不 匹配 等 原 因， 使 介 质从 密封 通道 泄漏 。
工 装 配公差 实 现 Ｏ 型 圈 的预 紧压 紧力 和操 作 状 态 的压 紧力 。由 ０ 型 圈 的密封 原 理可 知 ， 轴 向通 道 上 无需 施 加过 大 的预 紧 力 就 能 实 现初 始 密 封 。 操 作 状 态 的压 紧力 由设 备 内部 压力将 密 封托架 向上托举 产 生 的力来 实 现 密封 。
于 设备 设计 压 力 ， 腔 内介 质 的压 力 可 使 密 封托 架 发
生 弹性 变形 ， 而消除密封托架与径向的间隙 Ｓ １ ， 使 Ｓ ｌ接近 于零 ， 从 而实 现 高压 工 作状 态 的 密封 。可 通
过调 整 密封 托架 的结 构 型 式 及尺 寸 ， 使 密封 托 架 既
３ 全 自 紧 式 Ｏ 型 圈 密 封 结 构 及 其 密
摘 要
通 过对 Ｏ 型橡胶 密封 圈 （ 后 文 简称 ： Ｏ 型 圈） 的 密封 原 理 及失 效 机 理 的分 析 ， 新设 计 出一 种 ０
型圈 的全 自紧式 密 封结构 ， 并 在大 型高 压设 备 中应 用 。解决 了 ０ 型圈 密封 在大 型结 构使 用 时 ０ 型 圈不被挤 食 ， 而要 求 高精 度加 工及 高难 度 的装配 问题 。
触压 力 ， 接触 压力 大 于被 密封介 质 的 内压 ， 则不 发生 泄漏 ， 反 之则 发 生泄 漏 。这 种靠 介 质 本 身 压 力 来 改 变 Ｏ型圈接触状态， 使 之 实 现 密封 的性 质 ， 称为 自 密封 作用 。
图 １ 密 封 结 构 密 封 机 理 说 明
设备 腔 内压力 开 始 升 高 时 ， Ｏ 型 圈在 满 足初 始 密封 的 同时 ， 密封 托 架 在 内 压 的作 用 下 发 生 弹性 变 形， 随着压 力 的升 高 ， 密封 托架 的弹 性变形 亦 在不断 地增大， 当压力 增 大到 某一 临界 值时 ， 此 临界值 应小
封 原 理
本 密 封结 构 由密 封 托 架 、 轴 向 Ｏ型圈、 径向 ０ 型圈共 同组 成 ， 统 称 全 自紧 式 Ｏ 型 圈 密 封 结 构 （ 后 文简 称“ 密封结 构 ” ） ， 见图 １ 。密 封 托架 上 的密封 沟
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制作 成本 高 。在 １ ５ ０ ℃ 以下 的 动 、 静 密 封 中常 用 Ｏ
基金 项 目 ： 四川 省科 技厅 青 年 基 金 项 目 （ Ｎｏ ． ２ ｏ １ ３ Ｊ ＱＯ Ｏ ４ ７ ）
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四川４ ｂ 工
第２ ０卷
２ ０ １ ７年 第 １期
要 在弹性 变形 范 围工 作 ， 又要 使 其 在 较 低 的 压力 下
实 现用 弹 性 变 形 量 来 消 除 其 本 身 与 径 向 间 隙 ｓ ｌ 。 当腔 内压 力升 高 时 ， 密封 托 架 在 内压 的作 用 下 将 有 向上 的位 移 ， 从 而 消 除 密封 托 架 与 轴 向零 件 的 间隙