配電終端箱體的結構密封設計

廣東珠海許繼電氣有限公司 羊映山

1 引言

配電終端時常應用于沿海、山區等惡劣環境中，受潮濕、粉塵、霉菌（“三防”對象）影響較大，常出現配電終端因凝露、粉塵等有害物體侵入而影響使用，甚至出現裝置失效的現象。而解決“三防”對象最有效、經濟的途徑是合理設計箱體結構，保證箱體的密封性能[1]，主要通過設計合理的密封結構，選擇合適的密封圈材料及控制密封圈的壓縮率得以實現。

2 箱體密封原理

配電終端箱體通常通過控制密封圈的壓縮率來控制接觸面產生的接觸作用力，以實現箱體結構的密封。通過對密封圈施加作用力，在受力狀態下，密封圈發生的彈性形變使得密封圈接觸面產生接觸作用力，當接觸作用力大于被密封介質的作用力時，則不發生泄漏，反之則發生泄漏。

3 密封結構形式

圖1a，b所示為配電終端箱體的一種密封結構形式，具有結構簡單、便于加工組裝的特點，是配電終端箱體目前使用最為廣泛的結構形式。但配電終端作為一種高集成度的裝置，受安裝空間的制約，部分結構必須小型化設計，這就不得不用規格較小的密封圈才能滿足結構組裝要求。而小規格的密封圈截面面積較小，即其密封接觸面積也小，當其密封接觸面正好存在表面加工誤差較大時，則容易出現密封失效。圖1c，d所示的結構形式正好可以解決此類情況，其原理是在殼體上對應位置預留有半圓形密封槽，可增大密封圈與密封接觸面的縱向接觸面積，從而解決因接觸面太小而出現的密封性能不足的現象。且如果門上密封圈的安裝槽深度足夠，可直接將密封圈鑲嵌于槽內，無需膠水粘接即可實現密封圈的固定，這個僅大大提高了產品的裝配效率，而且在狹小的空間內實現了箱體的密封。

圖1 配電終端箱體密封結構形式圖

4 密封圈壓縮率及密封槽的設計

ε-壓縮率；H1-密封圈在自由狀態下的截面高度；H2-密封圈在壓縮后的截面高度；H-密封槽的槽深；W-密封槽的槽寬度；系數110%～120%是控制槽的余量以保證密封圈能完全容納在槽內。

以上兩種結構形式都需為密封圈的固定預留密封槽，密封槽的設計原則是：槽的截面積大于密封圈的截面積，此設計的目的是密封圈壓縮后能完全容納于槽內不向外擠出。

實踐證明，當密封圈壓縮率ε≤20%時，配合間隙小至0.01 mm,水分子仍然能滲透；當作用力增加到一定值時，密封圈壓縮率ε=20%～30%，由于密封圈的彈性及形變作用，密封圈緊貼裝配面，從而形成密封，水分子及粉塵無法進入；如果進一步增大作用力，使密封圈壓縮率ε＞30%，此時密封質量改善不大，反而會由于疲勞破壞導致密封圈失去彈性，造成密封失效。因此，在密封設計中，橡膠的相對形變量一般取ε=20%～30%為宜，如密封接觸面粗糙度較大，則壓縮率可在合理范圍內取較大的值。圖1的兩種密封結構密封圈的壓縮率都可以嚴格控制，當達到預定壓縮率時，兩個密封面就閉合接觸，密封圈不會被繼續壓縮，從而保證密封圈不致因過壓而疲勞損壞。另外一個優點是結構閉合后外觀無縫隙，不會因密封而影響設備的整體美觀；且結構閉合后，兩個密封面可導通，這對于設備的導電性能十分有利。

5 密封材料的選擇

最常用的密封材料是橡膠，主要是因為橡膠具有彈性好、不透水、不透氣、電絕緣性佳、比重低、性價比高等優越性能。橡膠經過適當處理后，還具有耐高低溫、耐油、耐酸堿等特點，所以它已成為配電終端箱體非用不可的密封材料。密封材料是否合適直接影響到設備密封性能和可靠性能[2]的好壞，因此選擇正確的密封材料尤為重要。

常用的密封橡膠有硅橡膠、乙丙橡膠、丁晴橡膠、氯丁橡膠，其主要特點與適用范圍如下：

材料 主要特點 主要適用范圍硅橡膠耐熱、耐寒性能優異；但機械強度低，耐磨性、抗扯裂性差，耐油性差。在激烈運動的情況下不能使用，適宜作耐寒、耐熱的固定密封圈。使用溫度：-93℃～+230℃乙丙橡膠 耐水性、耐極性溶劑、耐無機藥品性好，但耐油性差。適用于磷酸酯類的液壓油，耐高壓水蒸汽。使用溫度：-40℃～＋150℃丁晴橡膠 耐礦物油，耐磨性好。應用于一般性的液壓和氣壓密封，不適宜在陽光和紫外線的照射下工作。使用溫度：-25℃～+130℃氯丁橡膠耐磨性、耐風化性和耐油性能好，但在苯胺點低的礦物油中易膨脹。適用于陽光照射下的氣動機械，其彎折性好，適宜制作隔膜式密封元器件。使用溫度：-30℃～+120℃

相同材料的密封圈，其硬度不一樣則密封性能、所適用密封環境也不一樣。選擇合適的硬度，才能達到最佳的密封效果，密封圈硬度的選擇見下表：

硬度等級 邵氏硬度 應用對象 特點低硬度 35～45度1.結構件易形變；2.鎖緊螺釘間距＞100mm；3.鎖閉力較小。1.密封圈受壓易形變；2.密封性差；3.壓縮永久形變偏大。中等硬度 45～60度1.結構件剛度好；2.鎖緊螺釘間距＜100mm；3.鎖閉力中等。密封性最好高硬度 60～75度1.鎖緊螺釘間距＜50mm；2.鎖閉力大。硬度高、反彈力大、密封性好，需較大的鎖閉力。

6 結束語

隨著配電網的普及，配電終端的使用環境更為多樣化與復雜化，惡劣的使用條件對終端箱體結構的密封要求越來越高。在進行密封設計時，就要求針對使用條件選用正確的密封材料并進行合理的密封設計，把終端箱體結構做到經濟實用、簡單可靠，以滿足智能配電網日益發展的要求。

[1]生建友.小型電子設備機箱的密封設計[J].電子工藝技術,2001,22(1):214-217.

[2]季德俊,范太炳.膠接與密封材料[M].北京:機械工業出版社,1990.