閥門(mén)密封中O形圈防吹出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大口徑蝶閥生產(chǎn)廠家北高科集團(tuán)技術(shù)部整理，閥門(mén)中經(jīng)常使用O形橡膠密封圈達(dá)到密封的目的。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低廉、安裝和拆卸方便，尤其是良好的密封性能，使其在液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)中得以廣泛的應(yīng)用。

大流量DN20 PN10快速接頭在試驗(yàn)時(shí)O形圈被從出口端吹出，密封失效，造成接頭報(bào)廢，且該快速接頭為某型號(hào)配套，一旦安裝到系統(tǒng)上不僅有造成系統(tǒng)無(wú)法正常工作的風(fēng)險(xiǎn)，還將會(huì)成為危及系統(tǒng)安全的嚴(yán)重隱患。為更好地解決此問(wèn)題，對(duì)該快速接頭故障現(xiàn)象進(jìn)行了全面分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，最終對(duì)密封結(jié)構(gòu)在原有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，解決了O形圈被吹出的問(wèn)題，提高了閥門(mén)的使用穩(wěn)定性。

原因分析

O形圈作為使用最廣泛的密封件，如果材料選擇得當(dāng)，可以滿足各種介質(zhì)和各種運(yùn)動(dòng)條件的要求，但如果使用方法不當(dāng)，會(huì)造成密封失效。故障發(fā)生后，從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面查找原因，分析造成密封失效和O形圈被吹出，通常有以下幾種情況：

(1)O形圈溝槽尺寸超差，使O形圈安裝后壓縮變形量不足而影響其密封能力，一般動(dòng)密封過(guò)盈量控制在10%～15%，壓縮比控制在70%左右，靜密封過(guò)盈量控制在15%～25%，壓縮比控制在80%左右；另一方面，溝槽深度不夠則會(huì)造成O形圈受外力較大時(shí)脫槽而出；

(2)O形圈的公稱尺寸與實(shí)際安裝尺寸相差太多，使得O形圈在拉伸后截面尺寸縮小的狀況下工作，造成壓縮量不足而產(chǎn)生泄漏；

(3)設(shè)計(jì)時(shí)安裝O形圈的進(jìn)口導(dǎo)向處必須倒圓角光滑過(guò)渡，否則O形圈易劃傷也會(huì)造成泄漏；

(4)徑向密封盡量避免選擇180°分模面的O形圈，否則可能會(huì)使分模面處于密封帶上而造成泄漏；

(5)選擇O形圈時(shí)一定要考慮與介質(zhì)的相溶性，以免O形圈材質(zhì)被工作介質(zhì)浸蝕造成密封失效。

此外，溝槽和密封面的粗糙度也會(huì)影響O形圈的密封效果。

對(duì)故障閥門(mén)進(jìn)行分解，看到O形圈無(wú)破損現(xiàn)象。閥桿安裝處設(shè)計(jì)有倒角確定未對(duì)O形圈造成劃傷，且O形圈的分模面為180°分模。要求閥桿溝槽及閥體錐面光潔度為Ra0.8，儀器測(cè)量滿足設(shè)計(jì)要求，為排除這一故障，將閥桿溝槽粗糙度加嚴(yán)為Ra0.4，并研磨閥體內(nèi)錐至Ra0.4，重新裝配后進(jìn)行試驗(yàn)，產(chǎn)品仍未密封，繼續(xù)升高入口壓力至10MPa時(shí)，O形圈飛出，問(wèn)題未解決。隨后適當(dāng)加大O形圈溝槽深度，重新裝配進(jìn)行試驗(yàn)，O形圈吹出問(wèn)題解決，但產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封。通過(guò)系列分析表明，此密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，無(wú)法保證合理過(guò)盈量的情況下實(shí)現(xiàn)密封，因此，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改。

改進(jìn)前密封副結(jié)構(gòu)

改進(jìn)之前閥門(mén)密封副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在彈簧力的作用下閥桿與閥體錐面接觸，O形圈被壓縮，從而實(shí)現(xiàn)密封。由于閥門(mén)通徑大、流量大，為保證需要的流通面積，防止閥體錐面與閥桿最大外圓處節(jié)流，同時(shí)又要保證O形圈有足夠的過(guò)盈量，因此，閥桿溝槽設(shè)計(jì)較淺，造成反向通氣時(shí)隨著壓力的增加O形圈被吹出的后果，使閥門(mén)喪失工作性能。

改進(jìn)后密封副結(jié)構(gòu)

為解決上述問(wèn)題，對(duì)閥門(mén)的密封副結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，仍然使用O形圈與金屬錐面密封，但是O形圈溝槽位置進(jìn)行更改。O形圈溝槽位置不再設(shè)置在外圓處，而是設(shè)計(jì)在閥桿錐面上，通氣時(shí)大大提升了O形圈在軸向的受力面積，且產(chǎn)品體積和質(zhì)量均無(wú)變動(dòng)，零、部件只需更改閥桿，經(jīng)濟(jì)有效。使用新結(jié)構(gòu)后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)預(yù)期，完美地解決了O形圈被吹出的問(wèn)題。