O形密封圈的失效及其对策

韩继芳

(青岛北海船舶重工有限责任公司，山东 青岛 266520)

O形密封圈的失效及其对策

韩继芳

(青岛北海船舶重工有限责任公司，山东 青岛 266520)

在船舶修理中, 因O形圈密封失效而引起的液压缸、油泵、水泵、操纵阀等故障较为普遍，文章通过对O形圈密封失效进行分析，找出原因，排除故障，从而保障船舶的安全运行。同时通过实例，对于O形圈正确、科学地使用，也提出了建议。

O形圈；泄漏原因；解决方法

在各类船舶机械中都有需要密封的部位，尤其是液压系统以及泵都采用各种形式的密封圈进行密封。O形密封圈具有结构简单、制造容易、密封性好、动摩擦阻力小的特点，在静密封和动密封中均有广泛的应用。但是，使用不当会出现泄漏，起不到密封保压作用，机器不能正常工作。下面通过简单介绍O形圈的密封原理，重点分析O形圈失效的主要原因并给出对策，从而能够达到密封效果，保证设备安全运行。

1 O形密封圈的密封原理

1.1 静密封原理

安装在沟槽里的O 形圈，无液体压力时，通过自身反弹力对接触面产生接触压力，达到密封目的；有液体压力时，在液体压力的作用下，通过挤压变形封闭了间隙，达到密封的目的。

1.2 动密封原理

对于往复运动，液体在压力作用下，油液在金属表面上形成一个强固的边界层薄膜，阻止液体泄漏，达到密封的目的；对于旋转运动，主要是靠O形圈压缩变形后，对密封面产生的接触压力大于液体压力来实现密封。

2 O形密封圈失效原因分析

在船舶修理中，O形圈失效的主要原因有：永久变形、密封沟槽的同轴度偏差、间隙挤出、磨粒磨损等。

2.1 O形圈的永久变形

1)压缩率是O形圈永久变形最重要的影响因素。O形圈的材料是由各种橡胶制成，受压时会产生压缩应力松弛现象。压缩率越大、使用时间越长，由橡胶应力松弛而产生的应力下降就越大，以致使O形圈失去弹性，发生永久变形，失去密封能力。

2)温度对O形圈的影响。高温会加速橡胶的老化，工作温度越高，O形圈的压缩永久变形就越大。

3)摩擦力的影响。活塞杆运动时，摩擦力随工作压力的增大而增大。摩擦力的增大，使得旋转或往复运动的轴与密封圈之间产生大量摩擦热，大量的摩擦热，加速橡胶的老化，发生永久变形，导致O形圈失去密封性。

2.2 密封沟槽的同轴度偏差

密封沟槽的同轴度偏差，会引起密封高度不同，H1>H2。由图1 可以看出，O形圈的部分压缩过大，另一部分过小或不受压缩。当沟槽的同轴度e大于O形圈的压缩量时,密封完全失效[1]。另外，同轴度偏差会使O形圈发生扭转，失去密封能力。

图1 密封沟槽的同轴度

2.3 间隙挤出引起O形圈的咬伤

对于动密封装置，两密封件之间是有一定的间隙的(一般取H8/f 9)。如果被密封件的几何精度(圆度、圆柱度、同轴度等)不好，密封间隙会增大。O形圈有不可压缩的性质，但在外力作用下，会产生弹性变形。当间隙超过一定极限时，在液体压力作用下，O形圈的一部分容易被挤入间隙，引起密封件局部应力集中，并且随着液体压力与间隙的增加而增大，以致在运动过程中将其切掉，失去密封能力，见图2。当液体在高压、高频脉动时，O形圈更易发生间隙挤出[1]。另外，O形圈材料硬度越小，越容易发生间隙挤出。

图2 O形圈的间隙挤出与咬伤

2.4 磨粒磨损

活塞杆在往复运动时，如果没有防尘装置，工作环境中的灰尘和沙粒，会随着活塞杆进入缸内。由于密封件之间有相对运动，沙粒很快把O形圈表面划伤，使之失去密封性。

2.5 密封零件表面的粗糙度

滑动零件的表面粗糙度过低(Ra<0.05 μm)，零件表面不能保持润滑油膜，摩擦力就会增大，活塞杆与O形圈之间会产生大量摩擦热，摩擦热会引起O形圈老化，失去密封性；粗糙度过高(Ra>1.6 μm)，对O形圈产生磨损，加速损坏。

3 对策

1)根据密封形式，合理选择O形圈的压缩率； 根据工作温度选用耐高温或耐低温的O形圈材料；工作压力高时，选择耐高压、高硬度的材料。

2)为了防止O形圈的扭转，尽量保证密封沟槽的同轴度，安装前O形圈和密封沟槽涂润滑脂，并尽量用在行程短、直径小的部位。

3)O形圈的密封间隙，一定要严格控制，避免间隙挤出。为防止O形圈的间隙挤出，当压力超过一定值时，要使用保护挡圈。对于动密封，当工作压力超过10 MPa时，如单向受压，在O形圈受压方向的对侧放一挡圈；如双向受压，则在O形圈两侧各放一挡圈，见图3。对固定用O形圈，当工作压力大于32 MPa时，也需在O形圈受压方向对侧放一挡圈，一定注意安装方向。

图3 挡圈安装示意图

4)为防止沙粒进入油缸，在往复运动式密封装置轴的外伸端处，必须使用防尘密封圈。

5)为保证零件的粗糙度，对工件要研磨、抛光；为保持光洁能力，液压缸活塞杆表面要镀铬。

4 实例(间隙挤出)

某船因液压缸泄漏严重，需拆检修理。

1)拆卸检查。拆检后发现O形圈已严重损坏。测量活塞杆直径D119.88 mm，压盖孔直径最大是D120.73 mm，最小是D120.30 mm；沟槽宽7.5 mm，槽底到密封表面的距离是5 mm；O形圈断面直径D5.7 mm。

2)检查压缩率。由《实用密封技术手册》O形圈的设计原则，压缩率W=(d0-h)/d0×100% ，其中，d0为O形圈断面直径，h为槽底到密封表面的距离。

往复运动密封，压缩率W=10%～15%。

实际间隙：最大0.85 mm，最小0.42 mm，严重超差。密封圈可能就是因为间隙过大被部分挤出咬伤，失去密封性能，这与拆检结果相吻合，断定就是O形圈失效的原因。

4)修理方案。加工压盖内孔后镶铜套，铜套内径尺寸加工到D120.00 mm，沟槽尺寸B加宽到9.5 mm，安装断面直径为D5.7 mm的O形圈，并在受压面的对侧放置宽为2.5 mm的挡圈，见图4。

这样压盖与活塞杆之间的间隙控制在0.12 mm。

5)修理后试验。修理后试压、保压，符合密封要求。经船方验证，完全达到修理目的。

图4 压盖修复后装配示意图

5 结束语

在实际运用中，造成O形圈泄漏的原因还有很多，工作人员需查清泄漏原因，采取相应措施及时解决问题。

[1] 夏廷栋，胥德孝，彭拾义，等.实用密封技术手册[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社,1985.

[2]成大先.机械设计手册[M].3版.北京：化学工业出版社,1994.

The failures are very common in hydraulic cylinders,oil pumps,water pumps and control valves due to the faults of O seal ring during shiprepair.In this article,the faults are analyzed，the couses are found out and the trouble shooting is solved,which ensure the safety of voyage.In the meanwhile,suggestion to correct use of O seal ring is given.

O seal ring;leakage cause;solution

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.02.010

韩继芳(1959-)，女，河南偃师人，工程师，大学专科，主要从事船舶轮机修理工作。

2013-06-20