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阀门密封中O形圈防吹出结构设计 — 【中阀小课堂】 NO.00985
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。
某型号大流量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。
1 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。
2 改进前密封副结构
上图为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。从图中可以发现，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。
3 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，如上图所示。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。
4 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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