阀门密封中O形圈防吹出结构设计
栏目:行业动态 发布时间:2018-11-21
阀门中经常使用O形橡胶密封圈达到密封的目的。由于其结构简单、重量轻、成本低廉、安装和拆卸方便,尤其是良好的密封性能,使其在液压、气动系统中得以广泛的应用。

阀门中经常使用O形橡胶密封圈达到密封的目的。由于其结构简单、重量轻、成本低廉、安装和拆卸方便,尤其是良好的密封性能,使其在液压、气动系统中得以广泛的应用。

大流量DN20 PN10快速接头在试验时O形圈被从出口端吹出,密封失效,造成接头报废,且该快速接头为某型号配套,一旦安装到系统上不仅有造成系统无法正常工作的风险,还将会成为危及系统安全的严重隐患。为更好地解决此问题,对该快速接头故障现象进行了全面分析及试验验证,最终对密封结构在原有的结构基础上进行改进设计,解决了O形圈被吹出的问题,提高了阀门的使用稳定性。

原因分析

O形圈作为使用最广泛的密封件,如果材料选择得当,可以满足各种介质和各种运动条件的要求,但如果使用方法不当,会造成密封失效。故障发生后,从人、机、料、法、环五个方面查找原因,分析造成密封失效和O形圈被吹出,通常有以下几种情况:

(1)O形圈沟槽尺寸超差,使O形圈安装后压缩变形量不足而影响其密封能力,一般动密封过盈量控制在10%~15%,压缩比控制在70%左右,静密封过盈量控制在15%~25%,压缩比控制在80%左右;另一方面,沟槽深度不够则会造成O形圈受外力较大时脱槽而出;

(2)O形圈的公称尺寸与实际安装尺寸相差太多,使得O形圈在拉伸后截面尺寸缩小的状况下工作,造成压缩量不足而产生泄漏;

(3)设计时安装O形圈的进口导向处必须倒圆角光滑过渡,否则O形圈易划伤也会造成泄漏;

(4)径向密封尽量避免选择180°分模面的O形圈,否则可能会使分模面处于密封带上而造成泄漏;

(5)选择O形圈时一定要考虑与介质的相溶性,以免O形圈材质被工作介质浸蚀造成密封失效。

此外,沟槽和密封面的粗糙度也会影响O形圈的密封效果。

对故障阀门进行分解,看到O形圈无破损现象。查阅设计图纸及加工过程质量控制发现,阀杆安装处设计有倒角确定未对O形圈造成划伤,且O形圈的分模面为180°分模。要求阀杆沟槽及阀体锥面光洁度为Ra0.8,仪器测量满足设计要求,为排除这一故障,将阀杆沟槽粗糙度加严为Ra0.4,并研磨阀体内锥至Ra0.4,重新装配后进行试验,产品仍未密封,继续升高入口压力至10MPa时,O形圈飞出,问题未解决。随后适当加大O形圈沟槽深度,重新装配进行试验,O形圈吹出问题解决,但产品无法实现密封。通过系列分析表明,此密封结构设计不合理,无法保证合理过盈量的情况下实现密封,因此,对设计结构进行更改。

改进前密封副结构

改进之前阀门密封副结构设计,在弹簧力的作用下阀杆与阀体锥面接触,O形圈被压缩,从而实现密封。由于阀门通径大、流量大,为保证需要的流通面积,防止阀体锥面与阀杆最大外圆处节流,同时又要保证O形圈有足够的过盈量,因此,阀杆沟槽设计较浅,造成反向通气时随着压力的增加O形圈被吹出的后果,使阀门丧失工作性能。

改进后密封副结构

为解决上述问题,对阀门的密封副结构进行改进设计,仍然使用O形圈与金属锥面密封,但是O形圈沟槽位置进行更改。O形圈沟槽位置不再设置在外圆处,而是设计在阀杆锥面上,通气时大大提升了O形圈在轴向的受力面积,且产品体积和质量均无变动,零、部件只需更改阀杆,经济有效。使用新结构后进行试验验证,试验结果符合设计预期,完美地解决了O形圈被吹出的问题。

结论

通过结构改进有效地解决了密封副中O形圈被吹出的问题,大大提升了阀门的性能稳定性。此外,虽然O形圈作为最常用的密封件,它既可以用于动密封,也可以用于静密封,不仅可以单独使用,也可以是组合密封装置中的基本组成部分,但是还需根据具体使用环境灵活运用。


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