配電終端箱體的結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)

廣東珠海許繼電氣有限公司 羊映山

1 引言

配電終端時(shí)常應(yīng)用于沿海、山區(qū)等惡劣環(huán)境中，受潮濕、粉塵、霉菌（“三防”對(duì)象）影響較大，常出現(xiàn)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(xiàn)裝置失效的現(xiàn)象。而解決“三防”對(duì)象最有效、經(jīng)濟(jì)的途徑是合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，保證箱體的密封性能[1]，主要通過(guò)設(shè)計(jì)合理的密封結(jié)構(gòu)，選擇合適的密封圈材料及控制密封圈的壓縮率得以實(shí)現(xiàn)。

2 箱體密封原理

配電終端箱體通常通過(guò)控制密封圈的壓縮率來(lái)控制接觸面產(chǎn)生的接觸作用力，以實(shí)現(xiàn)箱體結(jié)構(gòu)的密封。通過(guò)對(duì)密封圈施加作用力，在受力狀態(tài)下，密封圈發(fā)生的彈性形變使得密封圈接觸面產(chǎn)生接觸作用力，當(dāng)接觸作用力大于被密封介質(zhì)的作用力時(shí)，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。

3 密封結(jié)構(gòu)形式

圖1a，b所示為配電終端箱體的一種密封結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工組裝的特點(diǎn)，是配電終端箱體目前使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)必須小型化設(shè)計(jì)，這就不得不用規(guī)格較小的密封圈才能滿足結(jié)構(gòu)組裝要求。而小規(guī)格的密封圈截面面積較小，即其密封接觸面積也小，當(dāng)其密封接觸面正好存在表面加工誤差較大時(shí)，則容易出現(xiàn)密封失效。圖1c，d所示的結(jié)構(gòu)形式正好可以解決此類情況，其原理是在殼體上對(duì)應(yīng)位置預(yù)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(xiàn)的密封性能不足的現(xiàn)象。且如果門(mén)上密封圈的安裝槽深度足夠，可直接將密封圈鑲嵌于槽內(nèi)，無(wú)需膠水粘接即可實(shí)現(xiàn)密封圈的固定，這個(gè)僅大大提高了產(chǎn)品的裝配效率，而且在狹小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了箱體的密封。

圖1 配電終端箱體密封結(jié)構(gòu)形式圖

4 密封圈壓縮率及密封槽的設(shè)計(jì)

ε-壓縮率；H1-密封圈在自由狀態(tài)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(shù)110%～120%是控制槽的余量以保證密封圈能完全容納在槽內(nèi)。

以上兩種結(jié)構(gòu)形式都需為密封圈的固定預(yù)留密封槽，密封槽的設(shè)計(jì)原則是：槽的截面積大于密封圈的截面積，此設(shè)計(jì)的目的是密封圈壓縮后能完全容納于槽內(nèi)不向外擠出。

實(shí)踐證明，當(dāng)密封圈壓縮率ε≤20%時(shí)，配合間隙小至0.01 mm,水分子仍然能滲透；當(dāng)作用力增加到一定值時(shí)，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(wú)法進(jìn)入；如果進(jìn)一步增大作用力，使密封圈壓縮率ε＞30%，此時(shí)密封質(zhì)量改善不大，反而會(huì)由于疲勞破壞導(dǎo)致密封圈失去彈性，造成密封失效。因此，在密封設(shè)計(jì)中，橡膠的相對(duì)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(nèi)取較大的值。圖1的兩種密封結(jié)構(gòu)密封圈的壓縮率都可以嚴(yán)格控制，當(dāng)達(dá)到預(yù)定壓縮率時(shí)，兩個(gè)密封面就閉合接觸，密封圈不會(huì)被繼續(xù)壓縮，從而保證密封圈不致因過(guò)壓而疲勞損壞。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)閉合后外觀無(wú)縫隙，不會(huì)因密封而影響設(shè)備的整體美觀；且結(jié)構(gòu)閉合后，兩個(gè)密封面可導(dǎo)通，這對(duì)于設(shè)備的導(dǎo)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?yàn)橄鹉z具有彈性好、不透水、不透氣、電絕緣性佳、比重低、性價(jià)比高等優(yōu)越性能。橡膠經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后，還具有耐高低溫、耐油、耐酸堿等特點(diǎn)，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(shè)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(diǎn)與適用范圍如下：

材料 主要特點(diǎn) 主要適用范圍硅橡膠耐熱、耐寒性能優(yōu)異；但機(jī)械強(qiáng)度低，耐磨性、抗扯裂性差，耐油性差。在激烈運(yùn)動(dòng)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(wú)機(jī)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(yīng)用于一般性的液壓和氣壓密封，不適宜在陽(yáng)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(fēng)化性和耐油性能好，但在苯胺點(diǎn)低的礦物油中易膨脹。適用于陽(yáng)光照射下的氣動(dòng)機(jī)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(huán)境也不一樣。選擇合適的硬度，才能達(dá)到最佳的密封效果，密封圈硬度的選擇見(jiàn)下表：

硬度等級(jí) 邵氏硬度 應(yīng)用對(duì)象 特點(diǎn)低硬度 35～45度1.結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)束語(yǔ)

隨著配電網(wǎng)的普及，配電終端的使用環(huán)境更為多樣化與復(fù)雜化，惡劣的使用條件對(duì)終端箱體結(jié)構(gòu)的密封要求越來(lái)越高。在進(jìn)行密封設(shè)計(jì)時(shí)，就要求針對(duì)使用條件選用正確的密封材料并進(jìn)行合理的密封設(shè)計(jì)，把終端箱體結(jié)構(gòu)做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用、簡(jiǎn)單可靠，以滿足智能配電網(wǎng)日益發(fā)展的要求。

[1]生建友.小型電子設(shè)備機(jī)箱的密封設(shè)計(jì)[J].電子工藝技術(shù),2001,22(1):214-217.

[2]季德俊,范太炳.膠接與密封材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.