O形密封圈的失效及其對策

韓繼芳

(青島北海船舶重工有限責(zé)任公司，山東 青島 266520)

O形密封圈的失效及其對策

韓繼芳

(青島北海船舶重工有限責(zé)任公司，山東 青島 266520)

在船舶修理中, 因O形圈密封失效而引起的液壓缸、油泵、水泵、操縱閥等故障較為普遍，文章通過對O形圈密封失效進(jìn)行分析，找出原因，排除故障，從而保障船舶的安全運(yùn)行。同時通過實例，對于O形圈正確、科學(xué)地使用，也提出了建議。

O形圈；泄漏原因；解決方法

在各類船舶機(jī)械中都有需要密封的部位，尤其是液壓系統(tǒng)以及泵都采用各種形式的密封圈進(jìn)行密封。O形密封圈具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、密封性好、動摩擦阻力小的特點(diǎn)，在靜密封和動密封中均有廣泛的應(yīng)用。但是，使用不當(dāng)會出現(xiàn)泄漏，起不到密封保壓作用，機(jī)器不能正常工作。下面通過簡單介紹O形圈的密封原理，重點(diǎn)分析O形圈失效的主要原因并給出對策，從而能夠達(dá)到密封效果，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

1 O形密封圈的密封原理

1.1 靜密封原理

安裝在溝槽里的O 形圈，無液體壓力時，通過自身反彈力對接觸面產(chǎn)生接觸壓力，達(dá)到密封目的；有液體壓力時，在液體壓力的作用下，通過擠壓變形封閉了間隙，達(dá)到密封的目的。

1.2 動密封原理

對于往復(fù)運(yùn)動，液體在壓力作用下，油液在金屬表面上形成一個強(qiáng)固的邊界層薄膜，阻止液體泄漏，達(dá)到密封的目的；對于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，主要是靠O形圈壓縮變形后，對密封面產(chǎn)生的接觸壓力大于液體壓力來實現(xiàn)密封。

2 O形密封圈失效原因分析

在船舶修理中，O形圈失效的主要原因有：永久變形、密封溝槽的同軸度偏差、間隙擠出、磨粒磨損等。

2.1 O形圈的永久變形

1)壓縮率是O形圈永久變形最重要的影響因素。O形圈的材料是由各種橡膠制成，受壓時會產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象。壓縮率越大、使用時間越長，由橡膠應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的應(yīng)力下降就越大，以致使O形圈失去彈性，發(fā)生永久變形，失去密封能力。

2)溫度對O形圈的影響。高溫會加速橡膠的老化，工作溫度越高，O形圈的壓縮永久變形就越大。

3)摩擦力的影響。活塞桿運(yùn)動時，摩擦力隨工作壓力的增大而增大。摩擦力的增大，使得旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動的軸與密封圈之間產(chǎn)生大量摩擦熱，大量的摩擦熱，加速橡膠的老化，發(fā)生永久變形，導(dǎo)致O形圈失去密封性。

2.2 密封溝槽的同軸度偏差

密封溝槽的同軸度偏差，會引起密封高度不同，H1>H2。由圖1 可以看出，O形圈的部分壓縮過大，另一部分過小或不受壓縮。當(dāng)溝槽的同軸度e大于O形圈的壓縮量時,密封完全失效[1]。另外，同軸度偏差會使O形圈發(fā)生扭轉(zhuǎn)，失去密封能力。

圖1 密封溝槽的同軸度

2.3 間隙擠出引起O形圈的咬傷

對于動密封裝置，兩密封件之間是有一定的間隙的(一般取H8/f 9)。如果被密封件的幾何精度(圓度、圓柱度、同軸度等)不好，密封間隙會增大。O形圈有不可壓縮的性質(zhì)，但在外力作用下，會產(chǎn)生彈性變形。當(dāng)間隙超過一定極限時，在液體壓力作用下，O形圈的一部分容易被擠入間隙，引起密封件局部應(yīng)力集中，并且隨著液體壓力與間隙的增加而增大，以致在運(yùn)動過程中將其切掉，失去密封能力，見圖2。當(dāng)液體在高壓、高頻脈動時，O形圈更易發(fā)生間隙擠出[1]。另外，O形圈材料硬度越小，越容易發(fā)生間隙擠出。

圖2 O形圈的間隙擠出與咬傷

2.4 磨粒磨損

活塞桿在往復(fù)運(yùn)動時，如果沒有防塵裝置，工作環(huán)境中的灰塵和沙粒，會隨著活塞桿進(jìn)入缸內(nèi)。由于密封件之間有相對運(yùn)動，沙粒很快把O形圈表面劃傷，使之失去密封性。

2.5 密封零件表面的粗糙度

滑動零件的表面粗糙度過低(Ra<0.05 μm)，零件表面不能保持潤滑油膜，摩擦力就會增大，活塞桿與O形圈之間會產(chǎn)生大量摩擦熱，摩擦熱會引起O形圈老化，失去密封性；粗糙度過高(Ra>1.6 μm)，對O形圈產(chǎn)生磨損，加速損壞。

3 對策

1)根據(jù)密封形式，合理選擇O形圈的壓縮率； 根據(jù)工作溫度選用耐高溫或耐低溫的O形圈材料；工作壓力高時，選擇耐高壓、高硬度的材料。

2)為了防止O形圈的扭轉(zhuǎn)，盡量保證密封溝槽的同軸度，安裝前O形圈和密封溝槽涂潤滑脂，并盡量用在行程短、直徑小的部位。

3)O形圈的密封間隙，一定要嚴(yán)格控制，避免間隙擠出。為防止O形圈的間隙擠出，當(dāng)壓力超過一定值時，要使用保護(hù)擋圈。對于動密封，當(dāng)工作壓力超過10 MPa時，如單向受壓，在O形圈受壓方向的對側(cè)放一擋圈；如雙向受壓，則在O形圈兩側(cè)各放一擋圈，見圖3。對固定用O形圈，當(dāng)工作壓力大于32 MPa時，也需在O形圈受壓方向?qū)?cè)放一擋圈，一定注意安裝方向。

圖3 擋圈安裝示意圖

4)為防止沙粒進(jìn)入油缸，在往復(fù)運(yùn)動式密封裝置軸的外伸端處，必須使用防塵密封圈。

5)為保證零件的粗糙度，對工件要研磨、拋光；為保持光潔能力，液壓缸活塞桿表面要鍍鉻。

4 實例(間隙擠出)

某船因液壓缸泄漏嚴(yán)重，需拆檢修理。

1)拆卸檢查。拆檢后發(fā)現(xiàn)O形圈已嚴(yán)重?fù)p壞。測量活塞桿直徑D119.88 mm，壓蓋孔直徑最大是D120.73 mm，最小是D120.30 mm；溝槽寬7.5 mm，槽底到密封表面的距離是5 mm；O形圈斷面直徑D5.7 mm。

2)檢查壓縮率。由《實用密封技術(shù)手冊》O形圈的設(shè)計原則，壓縮率W=(d0-h)/d0×100% ，其中，d0為O形圈斷面直徑，h為槽底到密封表面的距離。

往復(fù)運(yùn)動密封，壓縮率W=10%～15%。

實際間隙：最大0.85 mm，最小0.42 mm，嚴(yán)重超差。密封圈可能就是因為間隙過大被部分?jǐn)D出咬傷，失去密封性能，這與拆檢結(jié)果相吻合，斷定就是O形圈失效的原因。

4)修理方案。加工壓蓋內(nèi)孔后鑲銅套，銅套內(nèi)徑尺寸加工到D120.00 mm，溝槽尺寸B加寬到9.5 mm，安裝斷面直徑為D5.7 mm的O形圈，并在受壓面的對側(cè)放置寬為2.5 mm的擋圈，見圖4。

這樣壓蓋與活塞桿之間的間隙控制在0.12 mm。

5)修理后試驗。修理后試壓、保壓，符合密封要求。經(jīng)船方驗證，完全達(dá)到修理目的。

圖4 壓蓋修復(fù)后裝配示意圖

5 結(jié)束語

在實際運(yùn)用中，造成O形圈泄漏的原因還有很多，工作人員需查清泄漏原因，采取相應(yīng)措施及時解決問題。

[1] 夏廷棟，胥德孝，彭拾義，等.實用密封技術(shù)手冊[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1985.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1994.

The failures are very common in hydraulic cylinders,oil pumps,water pumps and control valves due to the faults of O seal ring during shiprepair.In this article,the faults are analyzed，the couses are found out and the trouble shooting is solved,which ensure the safety of voyage.In the meanwhile,suggestion to correct use of O seal ring is given.

O seal ring;leakage cause;solution

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.010

韓繼芳(1959-)，女，河南偃師人，工程師，大學(xué)專科，主要從事船舶輪機(jī)修理工作。

2013-06-20