淺談楔L型密封圈的設(shè)計(jì)與研究

（葫蘆島渤船機(jī)械工程有限公司，遼寧 葫蘆島 125005）

螺紋接頭通艙管件是船舶上常用的一種連接管件。伴隨著造船精度和質(zhì)量要求越來(lái)越高，零件的制作要求也越來(lái)越高，試驗(yàn)壓力60MPa的螺紋接頭通艙管件就是其中的一項(xiàng)。在接到此項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)后，我們技術(shù)人員進(jìn)行了認(rèn)真的分析和研究，螺紋接頭通艙管件機(jī)械加工制作通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的加工設(shè)備和提高操作者的技能水平，加工完全可以滿(mǎn)足圖紙要求，但壓力試驗(yàn)是一個(gè)難題，沒(méi)有更多的經(jīng)驗(yàn)，只能通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證。

1 利用聚四氟乙烯平墊密封進(jìn)行壓力實(shí)驗(yàn)。

1．1 聚四氟乙烯平墊結(jié)構(gòu)

聚四氟乙烯平墊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。用聚四氟乙烯做密封墊的原因是：密封性較好；與橡膠墊圈相比較，變形小，可承受較大的壓力；同時(shí)加工性能較好；試壓時(shí)對(duì)工件沒(méi)有損傷；與紫銅密封墊比較，重復(fù)利用率高，成本低。

1．2 聚四氟乙烯平墊進(jìn)行壓力試驗(yàn)

利用工裝，采用聚四氟乙烯平墊密封進(jìn)行壓力試驗(yàn)，當(dāng)壓力高到40MPa左右，壓力表有掉壓情況，同時(shí)有水從螺紋接頭通艙管件和工裝密封帽旋合的螺紋處流出，無(wú)法繼續(xù)加壓。拆下壓力表，打開(kāi)密封帽，聚四氟乙烯平墊損壞。通過(guò)改變密封帽的預(yù)緊力，多次試驗(yàn)，結(jié)果相近，可以判斷，用此密封形式的聚四氟乙烯平墊強(qiáng)度不夠，不能滿(mǎn)足60MPa壓力試壓密封要求。

2 利用紫銅墊密封進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

2．1 紫銅密封圈結(jié)構(gòu)

聚四氟乙烯平墊密封不能滿(mǎn)足壓力試驗(yàn)要求，我們將密封墊材料改為強(qiáng)度更高的紫銅。選用紫銅材料作為壓力試驗(yàn)密封墊較少，主要原因是，利用率低，成本高。同時(shí)若達(dá)到密封要求，需要的預(yù)緊力更高。為達(dá)到較好的密封要求，我們參照管子平肩螺紋接頭（CB*56-83）設(shè)計(jì)紫銅密封圈。

2．2 壓力試驗(yàn)

利用工裝，采用紫銅密封墊密封進(jìn)行壓力試驗(yàn)，當(dāng)壓力升高到50MPa左右，壓力表有掉壓情況，同時(shí)有水從螺紋接頭通艙管件和工裝密封帽旋合的螺紋處流出，無(wú)法繼續(xù)加壓。拆下壓力表，打開(kāi)密封帽，紫銅墊出現(xiàn)泄漏口。改變密封帽的預(yù)緊力，預(yù)緊力越大，紫銅墊密封效果越好。多次試驗(yàn)，可達(dá)到60MPa壓力試壓要求的成功率非常低。每試驗(yàn)一次，密封墊報(bào)廢一次，效率太低，成本太高。所以用紫銅墊密封試壓失敗。

3 利用楔L型密封圈密封進(jìn)行壓力試驗(yàn)

3．1 楔L型密封圈結(jié)構(gòu)和材料

兩次試驗(yàn)均未成功。本人開(kāi)始查閱各種資料，同時(shí)資詢(xún)相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員，通過(guò)深入研究，設(shè)計(jì)出楔L型密封圈，結(jié)構(gòu)如圖1所示，密封形式為軸向和徑向雙向密封，軸向密封為主要密封方向，采用楔形結(jié)構(gòu)，受力越大，貼合越緊密，密封效果越好，徑向密封為輔助密封。通過(guò)理論分析，可以判斷，用楔L型密封圈可實(shí)現(xiàn)用低壓密封材料實(shí)現(xiàn)高壓密封，故選用聚四氟乙烯材料作為楔L型密封圈材料，完成60MPa通艙管件試壓密封。

圖1

3．2 工裝密封帽結(jié)構(gòu)和材料

工裝密封帽的結(jié)構(gòu)如圖2所示，為避免損傷工件，試壓用工裝密封帽選用比工件材料強(qiáng)度低又能滿(mǎn)足壓力試驗(yàn)強(qiáng)度要求的銅作為工裝材料。

3．3 試壓工裝裝配

利用楔L型密封圈密封進(jìn)行壓力試驗(yàn)工裝如圖2所示，試壓前，先將螺紋接頭通艙管件擦干凈，然后放好楔L型密封圈，旋緊密封帽1，同樣方法裝入密封帽2，利用臺(tái)鉗等工具將其中一密封帽夾緊，通過(guò)鎖緊另一密封帽，將楔L型密封圈壓緊，楔L型密封圈受壓變形，最終保證楔L型密封圈與工件和密封帽貼合緊密，達(dá)到密封要求。將裝好工裝的螺紋接頭通艙管件裝在蓄能罐的工裝接口上，輸入水，待水從壓力表接口流出時(shí)，裝上壓力表，開(kāi)始試壓。

3．4 壓力試驗(yàn)

輸入10MPa壓力，楔L型密封圈先受到軸向A向的壓力產(chǎn)生變形，由于軸向采用楔形，越壓越緊，A、B、C三處同時(shí)受到壓力，密封越來(lái)越好，承壓也相應(yīng)會(huì)有提高。即使有少量密封處有泄漏，楔L型密封圈在徑向仍有密封圈起到密封作用（即D、E方向的壓力使楔L型密封圈在徑向密封），由于徑向壓力較小，所以徑向密封可以滿(mǎn)足要求。觀察3～5分鐘，壓力表沒(méi)有掉壓情況，繼續(xù)加壓，將壓力加到20MPa，停3～5分鐘，壓力表沒(méi)有掉壓情況，再次加壓，將壓力加到30MPa，停3～5分鐘，壓力表沒(méi)有掉壓情況；繼續(xù)加壓，將壓力升高到40MPa，停3～5分鐘，壓力表沒(méi)有掉壓情況；繼續(xù)加壓，將壓力升高到50MPa，停3～5分鐘，壓力表沒(méi)有掉壓情況；繼續(xù)加壓，將壓力升高到試驗(yàn)壓力60MPa,壓力表沒(méi)有掉壓情況，按試壓要求，保壓10～15分鐘，壓力表沒(méi)有壓降，試驗(yàn)成功。

3．5 楔L型密封圈的優(yōu)缺點(diǎn)

經(jīng)多次試驗(yàn)，得出采用楔L型密封圈進(jìn)行密封試壓有如下優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）優(yōu)點(diǎn)：①楔L型密封圈為軸向和徑向雙向密封，軸向密封為主要密封方向，結(jié)構(gòu)采用楔形形式，密封效果好，徑向密封為輔助密封。②由于楔L型密封圈軸向密封結(jié)構(gòu)采用楔形形式，故可適當(dāng)減小預(yù)緊力，同樣可實(shí)現(xiàn)密封效果，由于減小了預(yù)緊力，方便了工裝拆裝。③楔L型密封圈采用楔型密封可增加密封圈的承受壓力，故可采用低壓密封材料實(shí)現(xiàn)較高壓密封。④由于采用低壓密封材料實(shí)現(xiàn)較高壓密封，同時(shí)可重復(fù)使用，故可大大降低成本。

（2）缺點(diǎn)：①楔L型密封圈和相配合的密封帽加工精度要求高，加工難度大。如果加工達(dá)不到要求，密封帽在旋緊力作用下由于受力不均勻而容易損壞，即使在旋緊力作用下未損壞，試壓時(shí)，由于受壓力不均勻，達(dá)不到試壓要求，密封圈同樣會(huì)損壞。②在不拆除工裝情況下，重復(fù)試壓同一工件，由于楔L型密封圈受壓變形，楔形墊與工裝和工件之間產(chǎn)生間隙，加壓時(shí)，由于側(cè)面進(jìn)水，楔形密封失去了作用，只有徑向密封起作用，所以不能實(shí)現(xiàn)60MPa密封要求。因此，再次試壓時(shí)，必須重新旋緊密封帽。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）楔L型密封圈的成功設(shè)計(jì)，解決了60MPa通艙管件類(lèi)零件的壓力試壓密封要求，保證了生產(chǎn)的有序進(jìn)行。

（2）楔L型密封圈的成功設(shè)計(jì)，為公司生產(chǎn)節(jié)約了成本，提高了效益。

（3）楔L型密封圈有一定的推廣性。如管路密封，密封材料選用橡膠，由于橡膠變形大，對(duì)連接部分要求低，并且雙向密封的密封效果好，提高了密封的可靠性。