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一種新型充膏型高壓超高壓密封及其應用
發布時間：2017-09-01
前 言
密封是解決液壓系統泄漏問題最重要、最有效的手段。液壓系統如果密封不良，可能出現不允許的外泄漏，外漏的油液將弄臟設備、污染環境; 可能使空氣進入吸油腔，影響液壓泵的氣密性和液壓馬達、缸的運動平穩性( 爬行) ; 可能使液壓元件的內泄漏過大，導致液壓系統的容積效率過低，甚至工作壓力達不到要求值。
液壓系統如果密封過度，雖可防止泄漏，但會造成密封部分的劇烈磨損，縮短密封件的使用壽命，增大液壓元件內的運動摩擦阻力，降低系統的機械效率。實踐表明: 在許多情況下，液壓系統的損壞或故障的第一個跡象顯示為密封處的泄漏。因此，對液壓系統必須合理地選用和設計密封裝置，這樣才能在保證液壓系統工作可靠的前提下，使其具有較高的效率和較長的壽命[1]。
在高壓特別是超高壓及高溫、高腐蝕性介質的往復密封中，可使用填料密封、間隙密封或組合密封[1，2]，但這些密封形式都容易失效，密封壽命短，可靠性差，而且經常拆卸并更換失效的密封件非常麻煩。本文介紹一種新型的高壓、超高壓密封，即充膏型高壓、超高壓往復密封，在超高壓狀態下密封的可靠性強，密封壽命長，并對被密封介質無選擇性。
1 充膏型高壓超高壓密封的結構原理及技術要求
1. 1 結構原理
充膏型高壓、超高壓密封的構成包括缸體、柱塞、隔環、外環、內環、壓緊套、液壓動力源、充膏缸、儲膏缸和單向閥等。缸體內有高壓或超高壓的密封介質，如液壓油、清水或高溫、高腐蝕性液體等; 柱塞在外力作用下在缸體內作往復運動; 液壓動力源、充膏缸、儲膏缸和單向閥通過安裝聯接，能夠在設備運行過程中不斷地自動向缸體內充入密封膏，并防止膏體倒流; 隔環在缸體內可以滑動，其位置設置在被密封介質與膏體之間，使兩種介質分開并使兩種介質工作時保持壓力相等; 外環、內環配對安裝在缸體的端部，可安裝多對外環與內環，并且其結合面為錐面，用來防止密封膏外溢。
1. 2 密封膏的配備及要求
密封膏采用高粘度油脂等原材料按一定比例混合而成[3] 。該膏體具有良好的潤滑性、防腐性，并且在低壓狀態下流動性好，高壓狀態下流動性差，超高壓狀態流動性極差。
1. 3 隔環、外環、內環的技術要求
( 1) 內環、外環均以收縮性良好的合金材料制成，且內環具有良好的耐磨性[4] 。
( 2) 隔環和外環的外徑與缸體配磨，隔環和內環的內徑與柱塞配磨，以保證密封間隙[2] 。
( 3) 壓緊套以螺紋形式與缸體接合，以便調整外環與內環間的間隙[2] 。
2 充膏型高壓超高壓密封的原理
當往復密封中柱塞后退時或旋轉密封中高壓腔未升壓前，高壓腔無壓，充膏缸在液壓動力源的推力下，經單向閥往膏腔內自動充入密封膏; 當往復密封中柱塞前進或旋轉密封中高壓腔升壓后，在高壓腔的壓力作用下隔環被壓往膏腔，密封受壓，單向閥關閉，膏腔壓力等于高壓腔的壓力。可見充膏型密封是把粘度低、潤滑性差，有腐蝕性的密封轉化為高粘度、潤滑性好，無腐蝕性的密封，從而有效地進行密封。
3 實例結構及其應用
圖 1 為充膏型高壓、超高壓密封的一種具體結構，它的構成包括缸體、柱塞、隔環、外環、內環、壓緊套、液壓動力源、充膏缸、儲膏缸、單向閥等。
當往復密封中柱塞 2 后退時，高壓腔無壓，充膏缸在液壓動力源 7 的推動下，把儲膏缸 9 中的密封膏經單向閥 10 自動充入膏腔內。
當往復密封中柱塞 2 前進時或旋轉密封中高壓腔升壓后，在高壓腔的壓力作用下，隔環 3 被壓往膏腔，密封膏受壓，單向閥 10 關閉，膏腔壓力等于高壓腔的壓力 P。如圖2 所示，在壓力 P 的作用下，外環4壓往內環5，壓力P升高，內環5 內徑Φd1 縮小，密封間隙 δ 也減小。δ 越小，密封膏越不易外溢，密封效果越好。
充膏型密封形式已在某超高壓雙作用油 - 水增加器中得以應用。該增加器的工作壓力為 300MPa，排量為 12. 5 L / mim，通過應用充膏型密封解決了其中超高壓密封難的問題，使得該設備的可靠性大大增強。
在應用充膏型密封前，該增加器每運行 200 ～300 h 后，便需要停下來檢查和更換超高壓密封，而現在的密封壽命處決于機械密封的壽命，至少可達2000 h 以上。
4 結 語
( 1) 充膏型高壓、超高壓密封最高壓力可達1000 MPa ，較傳統的密封有著質的突破。
( 2) 充膏型高壓、超高壓密封可靠性強，難以失效，其密封壽命處決于機構密封的壽命，在相同壓力下，密封壽命通常可達傳統密封壽命的 5 倍以上。
( 3) 充膏型高壓、超高壓密封對密封介質無選擇性，適用于液壓油，水，高溫、高腐蝕性液體等。
( 4) 充膏性往復密封可應用于超高壓水切割、水射流及高壓液體介質輸送，動力傳動等領域，如用于超高壓油 - 水( 油) 增壓器及高壓( 超高壓) 柱塞水( 油) 泵。
摘自：中國計量測控網
