星型密封圈與O型密封圈在往復運動密封中使用效果比較

（1.中鋁河南洛陽鋁加工有限公司；2.洛陽雙瑞精鑄鈦業有限公司，河南 洛陽 471000）

星型圈和O型圈都可用于低速往復場合，且由于其結構簡單、成本低廉，在實際的密封結構中大量采用，由于星型圈是在O型圈的基礎上改進而來，在尺寸規格上同一密封溝槽O型圈和星型圈可以直接替換，在設備的后期備件更換時非常方便且實用。在現有的文獻中，均認為在往復運動中由于星型密封圈特殊星型截面，使其在往復運動時不會在溝槽內發生滾動和扭曲，因而應該獲得更長的密封壽命。現有文獻針對的都是稀油密封場合，而筆者在某真空設備使用過程通過采用兩種密封的對比，結果O型圈比星形圈得到了更長的密封使用時間，該工況可能并非個例。

圖1 密封結構整體結構圖

1 現有密封結構現狀

該密封結構如圖1所示，該密封裝置用于做往復運動的桿的密封，密封裝置真空側有防塵圈、兩道密封圈、一道耐磨環組成；大氣側有防塵圈、密封圈及一道耐磨環組成，兩端密封圈中間的密封腔室填滿潤滑脂；密封作用原理既是密封圈密封油脂，油脂密封真空。如果密封圈密封性能失效導致油脂泄漏，則油脂對真空的密封作用也就失效，導致真空側與大氣側串氣，真空破壞。該設備為進口設備，設備原來設計的三道密封圈采用的都是星型圈加擋圈的密封結構，見圖2，但在使用過程中平均需要3個月更換一次星型圈，星型圈失效的主要原因就是發生了扭轉成麻花狀，見圖3。

2 改善措施

由于同規格O型圈與星型圈密封安裝溝槽通用，用O型圈直接替代星型圈對比使用壽命，結果發現，使用邵爾硬度80°～90°，去除分型飛邊后的O型圈效果最好，平均使用壽命達到了8個月以上，O型圈的密封失效原因主要為O型圈發生了磨損啃傷等。表1列出了采用不同硬度的O型圈及星型圈的密封使用效果對比結果。改用O型圈后的密封結構如圖4。

圖2 原設計星型圈密封結構

圖3 扭轉成麻花狀的星型圈

圖4 采用O型圈的密封結構

表1 各種密封使用效果對比表

3 分析與總結

該密封部位為真空熔煉設備的在線取樣裝置的取樣桿密封，雖然取樣桿內部為水冷結構，工況依然較為惡劣：（1）取樣時會與密封圈接觸的桿壁會出現短時高溫。（2）取樣時密封桿很容易上會附著上熔池中蒸發的各種冷凝物且防塵圈很難刮除干凈。（3）潤滑油為潤滑脂而不是稀油，密封圈與桿壁之間的潤滑效果較差。這就造成密封圈與桿壁之間摩擦力加大，密封圈與桿壁容易發生粘連，造成星型圈發生翻滾扭轉，且星形圈一旦發生扭轉就很難恢復原狀。邵爾硬度較低的O型圈由于與桿壁之間的摩擦系數更大，導致更容易發生翻轉及磨損較快。邵爾硬度高的O型圈由于其與桿壁的摩擦系數小，啟動及運行過程中均不宜發生翻轉，即便發生了輕微的翻轉也容易恢復，且由于其硬度較高也更加耐磨，密封失效主要表現為發生啃傷破壞。綜上所述，在不改變密封槽結構的情況下，用高硬度的O型圈代替原來設計的星型圈結構，使得密封圈的使用壽命提高了近2倍，改善效果明顯。同時也說明，并不是所有的場合星型圈的使用效果都比O型圈好，該案例可以作為設備管理同行及密封結構設計者作為參考。