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O型圈的密封原理和标准

一、O形圈密封 
 

O形圈密封是防止液体或气体的损失。密封是由O型圈和金属沟槽组成。O形圈是由橡胶材料制成(图1),具有圆形断面的圆环;通常由金属制成的沟槽用于放置O形圈(图2)。将上述两部分结合起来,即组成了O形圈密封。
 

         图1               
图 1                                              图2

用于液体和气体的O形圈密封的特点是不会泄漏。这种“无缝隙”可通过多种方法实现:焊接、锡焊、钎焊、表面搭接,或者在二种较硬元件之间部分或全部地放置一种较软材料。O形圈密封即属于后一种。橡胶或者其他塑性材料可被认为是一种表面具有高应力、不可压缩的粘性流体,由于O形圈的对于压缩(图3)和系统压力(图4)有反弹性而实现密封。
 

                              
                  图 3                                              图 4

 

1.静密封

 

静密封是指两个相邻的表面没有相对运动的密封。(除去流体压力造成的小的移动)。静密封常见有:在螺栓或铆钉的下部密封、管接头连接处或者是盖板或龙头的底部密封。可以这样讲,O形圈是自发展以来最佳的静密封。之所以这样,主要是由于O形圈是“傻瓜式密封”,在原件上或过拉时,不需要再加张紧力,并且在保证O形圈正确使用时,人为的错误因素可以不考虑。O形圈并不需要大的负载力即可实现零泄漏密封。

 

2.动密封

 

动密封是指被密封的部件之间存在往复运动。由于存在运动,O形圈产生移位。在液压缸中,O形圈可用于活塞或者活塞杆动密封,特别适用于短行程、小直径缸中。无数的O形圈成功地被用在液体、流体、甚至是在压缩空气的动密封上。在很多场合,O形圈被用于长行程、大直径缸内。若正确使用,O形圈的寿命可以与所密封的元件寿命一样。影响动密封的因素有:挤出、往复、表面粗糙度和材料硬度。在设计过程中,将这些因素考虑周全是十分重要的。


二、O形圈的优点
 

1.可适用于大范围压力、温度和间隙场合。
2.易维修,不易损伤或再拉紧。
3.在拉紧中没有临界力矩规定,不会造成结构损伤。
4.O形圈通常所需空间较小,重量轻。
5.在许多场合,O形圈可被重复使用,这一点是许多非弹性平面密封件不具有的优点。
6.在正确使用条件下,寿命可达到O形圈材料老化期。
7.O形圈失效一般是逐渐的,并易于判断。
8.尽管不同的压缩量会产生不同的密封效果,但由于允许金属与金属的接触,因此不会对O形圈产生影响。
9.具有很低的价格。
 
 

三、O形圈材料

 

当选择O形圈材料时,应从多方面考虑:被密封的介质、压力和温度范围等主要因素。一种材料也许最适合于蒸气,但在一个水冷却系统中将会由于酒精或抗冻添加剂产生负作用。一种材料也许在低温时与液氧相容,但在高温下完全不适用,例如:蒸气机。这些例子表明,O形圈材料选择必须根据具体应用。O形圈密封涉及诸多因素,最终材料选择应该是最综合的选择。对于这一点,派克针对每一个具体应用提供有相应的材料,包括军用和航空领域的应用。

 

四、性能参数

 

1.硬度

 

O形圆胶料硬度值是按DIN53505德国标准规定的测定方法测量,且用邵尔A为单位表示。同样,按DN19规定用IRHD(国际橡胶硬周标准规定的测定方法测,方法是常用的,而IRHD测上述两种胶料硬度测量方法都是指被试件在一定的压力下挤压出现的凹痕(邵尔A是截头圆锥体、是球体),由于测量仪器和方法不同,两者是的是不一个的,即邵尔A70就是IRHD73(见下表)。

邵尔A与IRHD硬度值对照
 


2.抗拉强度和延伸度
 


按DIN 53504标准规定对O形圈施加一个拉伸力,直至断裂,抗拉强度系指试件拉长至断裂时的最大拉伸力。
延伸率系断裂时的长度与原始状态长度之比。
因截径不同,实际成品的拉抗强度和延伸率可能会小一些。

 

3.耐低温和低温脆性

 


随着温度下降橡胶的机械性能会有所变化,如硬度、耐撕裂性和延伸率。温度特别低时胶料会变得又硬又脆,如玻璃那样易碎裂。如在低温下仓储,使用前一定要待温暖后才会恢复原来的机械性能。因此,可按 ASTM D1329 标准中规定使用 TR10 测得的温度值来表示胶料的耐低温。另外,按DIN 53546 标准规定测定的温度为胶料的低温脆性。

 

4.压缩永久变形

 

 

在负载作用下橡胶不仅是弹性体,而且也会出现永久的塑性变形,O形圈在安装沟槽中使用一定时间后取下将不会恢复到原来的形状,会保留一定的永久塑性变形。
按DIN 53517和ASTM D395B 标准规定的检测方法变形量应在0%至100%之间,0%是理想状态,而100%将是最差状态。
压缩永久变形由下列确定(图9)

 


图9 O形圈压缩变形

 
 

五、O形圈材料的特别认证
 

不同的应用环境,对O形圈的材料也会有不同的要求。例如,对应用于食品医药卫生行业的O形圈,就必须取得食品医药卫生行业的特别许可。
 

·FDA(美国食品医药卫生协会)
·NSF(美国饮用水标准)
·KTW(德国饮用水标准)
·SAE(美国汽车工业协会)
·MIL(美国及北约军用标准)
·DVGW(德国水气协会)
·AMS(航空材料认证)
·等等。

 

六、O形圈行业标准

 

             


 


 
 
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