星型密封圈与O型密封圈在往复运动密封中使用效果比较

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星型圈和O型圈都可用于低速往复场合，且由于其结构简单、成本低廉，在实际的密封结构中大量采用，由于星型圈是在O型圈的基础上改进而来，在尺寸规格上同一密封沟槽O型圈和星型圈可以直接替换，在设备的后期备件更换时非常方便且实用。在现有的文献中，均认为在往复运动中由于星型密封圈特殊星型截面，使其在往复运动时不会在沟槽内发生滚动和扭曲，因而应该获得更长的密封寿命。现有文献针对的都是稀油密封场合，而笔者在某真空设备使用过程通过采用两种密封的对比，结果O型圈比星形圈得到了更长的密封使用时间，该工况可能并非个例。

图1 密封结构整体结构图

1 现有密封结构现状

该密封结构如图1所示，该密封装置用于做往复运动的杆的密封，密封装置真空侧有防尘圈、两道密封圈、一道耐磨环组成；大气侧有防尘圈、密封圈及一道耐磨环组成，两端密封圈中间的密封腔室填满润滑脂；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导致油脂泄漏，则油脂对真空的密封作用也就失效，导致真空侧与大气侧串气，真空破坏。该设备为进口设备，设备原来设计的三道密封圈采用的都是星型圈加挡圈的密封结构，见图2，但在使用过程中平均需要3个月更换一次星型圈，星型圈失效的主要原因就是发生了扭转成麻花状，见图3。

2 改善措施

由于同规格O型圈与星型圈密封安装沟槽通用，用O型圈直接替代星型圈对比使用寿命，结果发现，使用邵尔硬度80°～90°，去除分型飞边后的O型圈效果最好，平均使用寿命达到了8个月以上，O型圈的密封失效原因主要为O型圈发生了磨损啃伤等。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对比结果。改用O型圈后的密封结构如图4。

图2 原设计星型圈密封结构

图3 扭转成麻花状的星型圈

图4 采用O型圈的密封结构

表1 各种密封使用效果对比表

3 分析与总结

该密封部位为真空熔炼设备的在线取样装置的取样杆密封，虽然取样杆内部为水冷结构，工况依然较为恶劣：（1）取样时会与密封圈接触的杆壁会出现短时高温。（2）取样时密封杆很容易上会附着上熔池中蒸发的各种冷凝物且防尘圈很难刮除干净。（3）润滑油为润滑脂而不是稀油，密封圈与杆壁之间的润滑效果较差。这就造成密封圈与杆壁之间摩擦力加大，密封圈与杆壁容易发生粘连，造成星型圈发生翻滚扭转，且星形圈一旦发生扭转就很难恢复原状。邵尔硬度较低的O型圈由于与杆壁之间的摩擦系数更大，导致更容易发生翻转及磨损较快。邵尔硬度高的O型圈由于其与杆壁的摩擦系数小，启动及运行过程中均不宜发生翻转，即便发生了轻微的翻转也容易恢复，且由于其硬度较高也更加耐磨，密封失效主要表现为发生啃伤破坏。综上所述，在不改变密封槽结构的情况下，用高硬度的O型圈代替原来设计的星型圈结构，使得密封圈的使用寿命提高了近2倍，改善效果明显。同时也说明，并不是所有的场合星型圈的使用效果都比O型圈好，该案例可以作为设备管理同行及密封结构设计者作为参考。