某型装备密封性能改进

2012-07-02刘定渝

兵器装备工程学报 2012年2期

刘定渝

(海军驻重庆地区军事代表局，重庆 401121)

密封性能是保证装备在服役期间是否能正常工作的重要指标之一。某型装备的密封面主要分布在换能器、尾部、主题、装药孔等六个结合面，其密封面均采用橡胶密封圈端面密封方式，除尾部与主体由于密封面太大采用F 型橡胶密封圈以外，其余均采用O 型橡胶密封圈。在实际装配和检验过程中，为了检测该型装备的密封性，采用了该行业通用的检测方法，即向主体注入压缩空气，在内压为0.01 MPa 下，保压5 分钟不应有气泡溢出。

该型装备在90年代初定型后，开始几年在产品生产和检验过程中，发现几处密封面的O 型橡胶密封圈不能较好地起到密封作用，水密试验一次性通过率不到50%，有时需要反复几次修正才能满足要求。目前我们通过对结构的分析作了改进，使密封性能得以大大提高，气密试验一次性通过率达到了95%以上。该型装备各密封面的结构基本相同，以下就最容易发生漏点的换能器孔密封的改进进行探讨。

1 密封结构原理

橡胶密封圈采用的硫化橡胶是一种弹性显著的高弹性材料，由于采用的是端面密封方式，其密封性能主要取决于轴向的变形率ε:

式中:h0为密封件变形前变形方向上的尺寸;h 为密封件变形后变形方向上的尺寸。

对于O 型橡胶密封圈，其受挤压后的变形是不确定的，在截面上呈不均匀性，在最大挤压点变形量为ε':

式中:d 为O 型密封圈变形前尺寸;h 为密封面沟槽高度。

根据使用状况，对动密封结构取10%≤ε'≤25%，对静密封结构取15%≤ε'≤35%，一般情况下，实际静密封结构取经验值25%≤ε'≤35%为宜。也就是说取变形量ε'较大比变形量ε'较小所起到的密封效果好。

2 改进分析

以换能器孔为例，其结构及尺寸如图1 所示，换能器基体2通过代螺纹的压环3 紧固在尾部基体上，图1 中黑色部分1 即为O 型橡胶密封圈，黑色部分底端的台面即为密封面。图2 为O型橡胶密封圈变形前的尺寸，d 为密封圈截面直径，图3 为密封状态，黑色部分为密封圈变形后的状态。

原设计中，密封圈的内径为φ70mm，根据GB3452.1—82《O型橡胶密封圈尺寸及公差》标准要求，设计者取密封圈截面标准尺寸d = φ5. 3mm，根据图示，密封面沟槽高度基本尺寸h =4.24，其相对变形量为:

显然其变形量小于经验值25%，实际运用中，由于受环境、温度以及橡胶密封圈材质的影响，橡胶密封圈会变硬变脆导致变形量达不到要求［3］，从而未达到设计要求的密封效果。

要使密封效果得到改进，应从提高密封圈变形量入手，通过公式ε' =(d-h)/d 可看出，可以增大密封圈截面直径d 和减小密封沟槽h 两个参量。

教材中采用的是如图1所示的装置进行实验，在平时教学实验中水面往往上升不到1/5，我认为是因为存在以下不足：

实际应用中，考虑到该型装备已有一定的产量，如果同时屐尾盖上密封沟槽的高度h 和O 型橡胶密封圈的截面直径d，将使今后的配备橡胶密封圈不具有互换性，影响产品使用，所以只对密封圈截面直径d 做出改动。

取经验值ε' = 30%，将h=4.24 mm 带入公式

得到期望值d=6.06 mm。

由于尾盖尺寸的限制，根据图3 可知沟槽的宽度b =6 mm，显然，密封圈截面直径最大只能取到6 mm，此时的变形量为

ε' = 29%满足25%≤ε' ≤35%的经验值的要求，因此可将O 型橡胶密封圈的截面直径由原先的d=5.3 mm 改为d=6 mm变形量为ε'由20%增加到29%。

我们用同样的原理和计算方法对其他密封圈做了相应的改进，试验证明，气密试验的一次性通过率由40%提高到了90%以上，为装备的质量和快速反应提供了较好的保障。

3 结束语

通过以上对密封圈的改进，我们得到了如下的结论:一是根据GB3452.1—82《O 型橡胶密封圈尺寸有公差》［4］公差标准要求d=6 mm 是一非标值，这也是原先设计时没有取这个值的原因。二是由于为了保证互换性，保持尾盖的尺寸不变，根据GB3452.3—88《活塞密封沟槽尺寸》［5］标准要求，其沟槽尺寸也是一个非标值，这是一个不得已的尺寸保留。三是经计算，改进后的O 型橡胶密封圈截面面积为: