2022年O型密封圈的选型设计方案计算参考.docx

【论文摘要】 O 形密封圈和密封圈槽尺寸的合理匹配是延长密封圈无泄漏密封寿命的必要保证；据此提出一种选配两者尺寸的理论运算方法，并以 Y341 148 注水封隔器所选密封圈的运算为例说明，依据不同的密封圈可以运算出相应的密封圈槽尺寸；为保证密封圈长期有效地工作，仍必需合理挑选其压缩率、拉伸量和孔、轴协作精度等相关参数；选取压缩率时，应考虑有足够的密封面接触压力、尽量小的摩擦力和防止密封圈的永久性变形；顾及到一般试制车间的加工水平和井下工具主要是静密封的状况，建议密封面的轴、孔协作应优先选用 H8/e8 ；Selection of O-ring and calculation of O-ring groove size Chen Aiping,Zhou ZhongyaResearch Instituteof OilProduction Technology,Jianghan Petroleum Administration,Qianjiand City,Hubei ProvinceRational matching of O-rings and O-ringgrooves is of great importance to prolonging the service life of O-rings.A method for selecting O-ring was presented.The sizes of the O-ring gtoove can becalculated according to various O-rings.To ensure long-term and effective work of the ring,thecompressibility,tensile dimension and bore-shaft matching accuracy should be properly selected.Subject Concept Terms:O-ring O-ring groove matching service life用 O 形密封圈 以下简称密封圈 密封是最常用的一种密封方式，然而至关重要的是如何正确地挑选密封圈和设计密封圈槽尺寸；常规的方法是将密封圈套在宝塔上用游标卡尺测量外径，再确定其相应尺寸；这种方法的弊端是：1 密封圈是弹性体，外径测量不精确； 2 在设计新工具时，往往没有现成的密封圈，难以确定尺寸，其过盈量往往把握不准；过盈量太大时密封圈易被剪切损坏，太小时又简洁失封；针对这种状况，笔者提出一种选配密封圈的理论运算方法（指外密封圈），以供参考、争论；密封圈的密封机理 1密封圈密封属于挤压弹性体密封，是靠密封环预先被挤压由弹性变形产生预紧力，同时工作介质压力也挤压密封环，使之产生自紧力；也就是说，挤压弹性体密封属于自紧式密封；密封圈在介质压力p1 作用下，其受力状况如图1 所示，产生的接触压力为pc=pco+ pc1式中pc介质压力下的总接触压力，MPa；pco密封圈初始压力，称之为预接触压力，MPa； pc介质压力经密封圈传递给接触面的接触压力，称为介质作用接触压力， pc= p1,MPa，其中 为侧压系数， = /1- ,对于橡胶密封件 0.9 0.985 ； 为密封圈材料的泊松比，对于橡胶密封件， =0.48 0.496 ；图 1密封圈接触压力分布要保持密封，必需保证pc p1，而 pc 永久小于 p1，故应保持足够的预接触压力pco，即密封圈要有足够的预压缩率，才能保证密封；但假如预压缩率太大，又会影响密封圈的工作寿命，因此密封圈和密封圈槽尺寸的合理匹配是延长密封圈无泄漏密封寿命的必要保证；密封圈及密封圈槽的选配方法内密封圈的选配比较简洁，不再赘述，这里只介绍一种外密封圈的选配方法；假定孔、轴直径分别为D 、d，所选密封圈为D0× d0，问题是如何确定密封圈槽的底径 D1 ，如图 2 所示；图 2密封圈及密封圈槽尺寸密封圈被套在密封圈槽上之后，一般都有肯定的拉伸量，其断面直径d0 变小了，假定变为 d1，依据体积不变原理，就密封圈安装前后的体积相等，即2式中D0密封圈外径，mm；d0密封圈断面直径， mm ； D孔直径， mm；密封圈过盈量， mm ； d1拉伸后的密封圈断面直径，mm ；式2中， 值可依据 D 值从表 1 中选取， D0 、 d0 为已知值，就可运算出d1；为了简化运算，用 D+ -d0 代替 D+ -d1 运算，就式 2 可简化为3简化后运算出的 d1 值有肯定的误差，将d1 再回来到式 3中运算，求出d2，即4式中d2拉伸后的密封圈断面直径，mm ；如此类推，可运算出d3、d4 ,一般来说， d2 值就已达到要求，就密封圈槽底径D1为D1=D+ -2d25现举例说明以上运算，如Y341 148 注水封隔器活塞孔、轴尺寸为136H9/d9 孔为136 +0.10mm ，所选密封圈为135mm× 5mm ，过盈量 选为 1.3mm ，就变形后的密封圈断面直径为取 d2=4.96mm ，就D1=D+-2d2=127.38mm+0.1+0.4结合孔径 136+0D1 为； 127+0.5假定没有135mm× 5mm 的密封圈，只有132mm× 5mm 的密封圈，就密封圈槽底+0.4径可用同样方法算得，即配上公差后D1 为127+0.5由以上运算可知，依据不同的密封圈，可以运算出不同的密封圈槽尺寸，可见这种方法比较简洁、敏捷；但是为保证密封长期有效地工作，仍必需合理挑选其压缩率、拉伸量和孔轴协作精度等相关参数；相关参数的确定与应用1. 压缩率 或过盈量 密封圈是典型的挤压型密封；如图3 所示，其压缩率 通常由下式表示式中h0密封圈槽底至被密封面的距离，mm；图 3密封圈压缩率对于圆柱面静密封和往复动密封， =10% 15%；对于平面静密封， =15% 30% ；旋转动密封 =3% 8%；低摩擦密封 =5% 8%；选取密封圈压缩率时主要应考虑的因素，一是要有足够的密封面接触压力；二是摩擦力应尽量小；三是应尽量防止永久性变形；与压缩率 相对应的是过盈量 ，过盈量 表示密封圈的预压缩情形，其举荐值见表1；表 1基本尺寸与过盈量关系举荐值mm孔直径 D 尺寸范畴过盈量 动密封静密封 300.25 0.330.3 0.430 500.35 0.500.4 0.650 800.50 0.700.6 0.880 1200.70 1.000.8 1.2 1201.00 1.401.2 1.6注：井下工具用密封圈多为静密封， 值应从静密封栏中选取；2. 拉伸量密封圈装入密封圈槽后，一般都会有肯定的拉伸量；但据所查阅的资料可知，尚未对拉伸量有明确的定义；依据笔者的懂得，拉伸量应是拉伸后的密封圈中径与自然状态时的中径之比，即a=D1+d2/D0-d06式中a密封圈的拉伸量，mm ；a 的通常举荐值为1.01 1.05；笔者一般取值为1.05，特殊情形下，甚至取为1.1；为了保证密封圈装入密封圈槽后不至太松，a 值取得稍大；3. 密封圈槽的宽度与外形一般举荐的密封圈槽尺寸见表2，其外形如图4 所示；槽宽大致为密封圈断面直径的1.3 倍，而平常设计中往往是密封圈槽宽度与密封圈断面直径相等，或者不论密封圈断面直径多大，密封圈比槽宽0.5mm；采纳这种尺寸设计的弊端是：1 用起子或铁钎撬密封圈时，简洁损坏密封圈槽，特殊是内密封圈槽，这将降低其耐压差才能；2 孔、轴相套时， 由于密封圈有预过盈量，槽太窄易剪切密封圈；因此，今后在设计密封圈槽宽时应规范尺寸；在加工r 为 0.1 0.2 和 R 为 0.2 0.5 的圆弧时，要特殊留意r 处，假如太尖，在承担高压时易损坏密封圈，需用砂布将其稍稍打钝；表 2密封圈槽的尺寸 1 mm密封圈断面直径d0槽宽 BRr1.92.50.20.12.43.20.20.13.14.00.30.13.54.50.30.14.66.10.40.25.77.50.40.28.611.00.50.2图 4密封圈槽的标准外形4. 轴孔协作公差在承担大于 16MPa 以上压差时，孔、轴协作一般举荐为H8/f8 或 H8/f7 ，在承担高压情形下，仍要安装密封挡环1；而井下工具工作压力一般超过16MPa ，所用孔、轴协作经常采纳H9/d9 、H10/d10 、H10/c10 ，甚至H11/c11，一方面精度等级较低，另一方面 轴、孔间隙太大；这就要求密封圈的过盈量也要大；如Y241 150 酸化压裂封隔器的轴、孔协作采纳 H8/e8 ， Y341 148 堵水封隔器采纳 H9/d9 ，轴、孔基本尺寸相同的酸化压裂封隔器密封圈的过盈量比堵水封隔器的小，密封成效就好；相同精度等级轴、孔的协作间隙不同，其受力状况是有区分的，如H10/c10 的轴、孔间隙比 H10/d10 大，密封圈在相同压力p1 作用下，其受剪切力的面积大，就总作用力就大，密封圈损坏的可能性加大，但假如轴、孔间隙过小，就轴、孔的同轴度要求更高，加工难度增大；假如片面追求高精度，势必增加加工难度和成本；考虑到试制车间的加工水平及井下工具的实际工作状况（主要是静密封），笔者建议密封圈密封面的轴、孔协作应优先选用H8/e8，在使用要求不高的情形下，也可选用H9/e9；5.橡胶硬度在工作压力8 16MPa 范畴内，橡胶举荐硬度为7080HS ； 1632MPa 范畴内，举荐硬度为 80 90HS ；应加强密封圈进货质量检验；建议(1) 密封圈槽的尺寸和外形应规范设计，不行随心所欲；(2) 为保证密封圈长期有效地工作，必需合理挑选压缩率（或过盈量）、拉伸量和孔轴协作精度等；(3) 密封圈及密封圈槽的选配可由运算求得；