一种用于机械密封的新型垫圈

摘 要：在工程应用中机械密封的结构形式十分常见，其密封垫圈是整个系统保证密封效果的关键零件。文章提出一种新型结构形式的密封垫圈，对其重点结构进行详细论述。

关键词：机械密封；新型；密封垫圈；结构

引言

密封技术被广泛的应用于航空航天、核能发电等高新技术领域，以及石油、化工等国民经济各行业。密封技术虽然不是领先性技术，但往往确是决定性关键技术，它决定了机械设备运行的安全性、可靠性和耐久性。机械密封（又称端面密封）是流体机械和动力机械不可或缺的零部件，它对整台机械设备、整套装置的安全运转影响很大，尤其是在航空领域，一旦密封失效，介质泄露，不但污染环境、影响产品性能，还会引起火灾、爆炸和机毁人亡的重大事故。随着密封技术的发展，传统的密封技术不断的改进，新密封技术不断推陈出新，密封发展方向乃是零泄漏、高性能、高可靠性以及长寿命化。

1 应用背景

应用于航空发动机的热端部位的外部管路接口处多数采用标准结构的法兰面接头与机匣通过连接螺栓紧固连接，与对象件之间为面对面接触，故需要进行端面密封，如图1所示。

现有用于管接头密封的零件通常有两种，一种利用非金属橡胶（多数为O型密封圈）良好的弹性实现密封，橡胶制品保质期短、不耐高温、易老化、易永久变形、易溶胀变形、易扭转或挤出损伤，每装配一次都必须更换新件，所以橡胶制品密封件主要用于冷端部件密封；另一种铝金属平垫圈利用产品表面受到挤压时产生的变形来实现密封，但铝制平垫圈由于其本身材料的固有属性，使用过程中装配力矩小无法使其压紧，容易发生流体泄露；装配力矩大，经过一次装配使用后垫圈已发生塑性变形，难以实现回弹必需更换新件。考虑到上述两种密封零件在系统端面密封中的先天不足，文章着重介绍一种新型结构金属材质的密封垫圈，它能耐高温、端面密封效果好、可多次重复使用。

2 结构形式

如图2所示，新型的密封垫圈，由1Cr18Ni9Ti不锈钢金属薄片冲压成形，包括了垫圈本体和设置于垫圈本体上的环形凸槽（V型槽-1），且密封垫圈设有贯通的对接孔，凸槽与对接孔同轴线。法兰面上开有两个贯通的安装孔，用于连接螺栓穿过后对其紧固连接。密封垫圈上下两个表面镀有银层。

3 实施方式

起到密封效果的关键在于在平面上增加了凸起的V型槽-1。当密封垫圈在工作过程中，由于预加的装配载荷，密封垫圈上下两个面同时受压，凸起的V型槽-1首先受压变形，与待密封件的接触面紧密贴合，形成了一圈无间断带状密封空间，且待密封件与密封垫圈接触时是线接触，故用较小的安装力矩就能将密封垫圈压紧，从而起到较好的密封效果，由于安装力矩小，所以对密封垫片本身的损害小，可重复使用。此结构简单，密封可靠。解决了橡胶制品不耐高温，易老化，易损坏的缺点；为防止密封垫与上下两端面间材料的咬合，在密封垫两表面增加镀银工序，提高了防腐性、表面接触性和密封可靠性。

4 设计优点

（1）结构设计新颖实用，通过简单的V型槽-1结构达到良好的密封效果，快捷有效，节约装配时间。可靠性高、密封效果好。

（2）采用不锈钢材料，强度较高，刚性好，材料屈服极限较铝制垫圈高，耐磨耐用；拉伸率较低，受压后不容易产生永久变形且容易恢复，同时，其材料介质性好，耐油、耐高低温、工艺性高。

（3）产品使用后体积磨损变化量小，重复使用率高，损耗小，节约了生产成本，提高了使用质量和延长使用寿命。

（4）表面镀银层保护密封垫圈本身免受腐蚀，同时防止金属密封垫圈与上下两端面间待密封件之间材料的咬合，保证了面面接触良好性和密封可靠性。

5 结束语

文章重点研究了用于端面密封的新型密封垫圈的结构、材料及表面镀覆。此密封垫圈已经在某型航空发动机上进行了较长时数的应用，使用结果表明新型密封垫圈密封效果好，安全可靠，使用寿命长，重复使用后密封效果无明显弱化。所以，用此方法设计出的新型密封垫圈可直接应用于航空发动机热端区外部管接头的端面密封并可以推广应用。

参考文献

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