O型密封圈的选型与安装使用技术规范.docx

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O型密封圈的选型与安装使用技术规范

生产培训教案

主讲人：

李飞含

技术职称：

助理工程师

所在生产岗位：

汽机调速三级点检员

培训题目：

O型密封圈密封件的选型与使用

培训目的：

熟悉掌握O型密封圈的材料特性、压缩量选择、安装技术规范。

内容摘要：

1、橡胶密封件原料特性

2、O型圈标准

3、O形密封圈选择应考虑的因素

4、影响密封性能的其它因素

5、O形圈安装设计

一、橡胶密封件原料特性

橡胶密封件原料特性

PROPERTIESOFSEALELEMENTMATERIALS

ELEMENTMATERIALS

COMMONNAME

原材料一般名称

NITRILE

丁腈橡胶

NEOPRENE

氯丁橡胶

SILICONE

硅橡胶

FLUORO-

ELASTOMER

氟橡胶

ETHYLENE-

PROPYLENE

乙烯-丙烯橡胶

ASTMDESIGNATION

美国材料实验标准名称

NBR

R

CR

C

SI

S

FKM

V

EPDM

E

TEMPERATUREPROPERTIES温度特性

RANGE℃

温度范围摄氏

-40～+120

-30～+110

-70～+190

-40～+200

-40～+150

WEATHER抗风化性能

G

E

E

E

E

FLAME抗火焰性能

P

Q

E

E

E

MECHANICALPROPERTIES机械特性

TENSILESTRENGTH延展性

E

G

P

E

F

ELONGATION伸张度

G

G

P

G

G

COMPRESSIONSET还原度

E

F

E

G

F

RESILIENCE弹性

G

G

P

F

G

ABRASION抗磨性

E

E

F

G

F

IMPACT防冲击性

F

G

F

G

G

TEAR抗撕裂性

G

G

F

F

F

ELECTRICAL绝缘性

F

F

G

F

F

ENVIRONMENTALPROPERTIES环境特性

LUBRICANTS润滑脂

E

G

G

E

E

IND.FLUIDS工业流体

G

G

F

E

P

CHEMICAL化学品

F

F

G

E

F

OZONE臭氧

P

G

E

E

E

ACID酸类

F

G

G

E

G

ALKALI碱类

F

G

F

G

G

ALCOHOLS酒精类

G

F

E

E

F

WATER水

G

F

G

G

G

RADIATION辐射

F

F

G

G

G

STEAM蒸汽

G

F

G

G

G

E=EXCELLENT（优良）；G=GOOD（良好）；F=FAIR（一般）；P=POOR（不良）

一、概述

    特点

    O形密封圈由于它制造费用低及使用方便，因而被广泛应用在各种动、静密封场合。

    标准

    大部分国家对O形密封圈都制定系列产品标准，其中美国标准（AS568）、日本标准（JISB2401）国际标准（ISO3601/1）较为通用。

O型圈标准一览表

标准

O型圈截面直径W

美国标准AS568

英国标准BS1516

1.78

2.62

3.53

5.33

7.00

日本标准JISB2401

1.9

2.4

3.1

3.5

5.7

84

国际标准ISO3601/1

德国标准DIN3771/1

中国标准GB3452.1

1.8

2.65

3.55

5.30

7.00

优先的米制尺寸

1.0

1.5

2.0

2.5

30.

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

7.0

8.0

10.0

12.0

美国标准AS568

（900系列）

1.02

1.42

1.63

1.83

1.98

2.08

2.21

2.46

2.95

3.00

密封机理

    O形密封圈是一种自动双向作用密封元件。

安装时其径向和轴向方面的预压缩赋与O形密封圈自身的初始密封能力。

它随系统压力的提高而增大。

（A）无压缩状态

（B）无压力作用下的压缩状态

（C）压力作用

性能参数

静态密封

动态密封

工作压力

无挡圈时，最高可达20MPa

无挡圈时，最高可达5MPa

有挡圈时，最高可达40MPa

有挡圈时，较高压力

用特殊挡圈时，最高可达200MPa

运动速度

最大往复速度可达0.5m/s，最大旋转速度可达2.0m/s。

温度

一般场合：

-30℃～+110℃；特殊橡胶：

-60℃～+250℃；旋转场合：

-30℃～+80℃

介质

见《橡胶密封件原料特性表》。

二、O形密封圈选择应考虑的因素

    1.工作介质和工作条件

    在具体选取O形圈材料时，首先要考虑与工作介质的相容性。

还须终合考虑其密封处的压力、温度、连续工作时间、运行周期等工作条件。

若用在旋转场合，须考虑由于磨擦热引起的温升。

不同的密封件材料，其物理性能和化学性能都不一样，见《橡胶密封件原料特性表》。

 2.密封形式

按负载类型可分为静密封和动密封；按密封用途可分为孔用密封、轴用密封和旋转轴密封；按其安装形式又可分为径向安装和轴向安装。

径向安装时，对于轴用密封，应使O形圈内径和被密封直径d2间的偏差尽可能地小；对于孔用密封，应使其内径等于或略小于沟槽的直径d1。

轴向安装时,要考虑压力方向.内部压力时,O形圈外径应比沟槽外径d3约大1～2％；外部压力时,应使O形圈内径比沟槽内径d4约小1～3％。

三、影响密封性能的其它因素

    1、O形圈的硬度

    O形圈材料硬度是评定密封性能最重要的指标。

硬度决定了O形圈的压缩量和沟槽最大允许挤出间隙。

由于邵氏A70的丁晴密封都能满足大部分的使用条件，故对密封材料不作特殊说明，一般提供邵氏A70的丁晴橡胶。

    2、挤出间隙

最大允许挤出间隙gmax和系统压力、O形圈截面直径以及和材料的硬度有关。

通常，工作压力越高，最大允许挤出间隙gmax取值越小。

如果间隙g超过允许范围，就会导致O形圈被挤出损坏。

   3、压缩永久变形

    评定O形圈密封性能的另一指标，即该材料的压缩永久变形。

在压力作用下，作为弹性元件的O形圈，产生弹性变形，随着压力增大，会出现永久的塑性变形。

压缩永久变形d可由下式确定：

式中：

b0-原始厚度（截面直径W），b1-压缩状态下的厚度，b2-释放后的厚度

    通常，为防止出现永久的塑性变形，O形圈允许的最大压缩量在静密封中约为30％，在动密封中约为20％。

 最大允许挤出间隙gmax

压力MPa

O形圈截面直径W

1.78

2.62

3.53

5.33

7.00

邵氏硬度A70

≤3.50

0.08

0.09

0.10

0.13

0.15

≤7.00

0.05

0.07

0.08

0.09

0.10

≤10.50

0.03

0.04

0.05

0.07

0.08

邵氏硬度A80

≤3.50

0.10

0.13

0.15

0.18

0.20

≤7.00

0.08

0.09

0.10

0.13

0.15

≤10.50

0.05

0.07

0.08

0.09

0.10

≤14.00

0.03

0.04

0.05

0.07

0.08

≤17.50

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

邵氏硬度A90

≤3.50

0.13

0.15

0.20

0.23

0.25

≤7.00

0.10

0.13

0.15

0.18

0.20

≤10.50

0.07

0.09

0.10

0.13

0.15

≤14.00

0.05

0.07

0.08

0.09

0.10

≤17.50

0.04

0.05

0.07

0.08

0.09

≤21.00

0.03

0.04

0.05

0.07

0.08

≤35.00

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

注：

1、当压力超过5MPa时，建议使用挡圈；

    2、对静密封应用场合，推荐配合为H7/g6。

    4、预压缩量

    O形圈安装在沟槽里，为保证其密封性能，应预留一个初始压缩量。

对于不同的应用场合，相对于截面直径W的预压缩量也不同。

通常，在静密封中约为15％～30％，而在动密封中约为9％～25％。

具体可参照下面图表进行选择。

    5、拉伸与压缩

 将O形圈安装在沟槽内时，要受到拉伸或压缩。

若拉伸和压缩的数值过大，将导致O形圈截面过度增大或减少，因为拉伸1％相应地使截面直径W减少约为0.5％。

对于孔用密封，O形圈最好处于拉伸状态，最大允许拉伸量为6％；对于轴用密封，O形圈最好延其周长方向受压缩，最大允许周长压缩量为3％。

    6、O形圈用作旋转轴密封

    O形圈也可用作低速旋转运动及运行周期较短的旋转轴密封。

当圆周速度低于0.5m/s时，须考虑拉长的橡胶圈受热后会收缩这一现象，故选择密封圈时其内径要比被它密封的轴径约大2％。

密封圈安装在沟槽后，导致密封圈受到径向压缩，O形圈圈在沟槽中形成微量波纹状，从而改善了润滑条件。

    7、安装压缩力

    安装时，压缩力跟初始压缩的程度和材料硬度有关。

下面图示为每厘米密封周长上的单位压缩力和截面直径间的关系，用以估算安装O形圈时所需的总力大小。

液压/动密封：

预压缩允许范围

液压、气动/静密封：

预压缩允许范围

气动/动密封：

预压缩允许范围

和材料有关的O形圈圆周方向的压缩力

四、O形圈安装设计

1、O形圈安装在沟槽内时，应允许它有一定的膨胀空间。

通常，允许的膨胀率在静密封中约为15％，在动密封中约为8％。

对于不同类型的沟槽，其适用范围也不同。

常用的沟槽形式有三种：

    a、三角沟槽

常用于发兰和端盖上的密封。

其缺点是制造困难，且供O形圈膨胀的空间非常小。

    b、矩形沟槽

广泛用于各种场合，在不需要使用挡圈时，也可做成倾斜侧面<5o（沟槽尺寸见后页）。

三角沟槽安装形式（单位:

mm）

O形圈截面直径W

边长K

半径r

1.781.80

2.4+0.10

0.3

2.00

2.7+0.10

0.4

2.40

3.2+0.15

0.4

2.50

3.4+0.15

0.6

2.622.60

3.5+0.15

0.6

3.00

4.0+0.20

0.6

3.10

4.1+0.20

0.6

3.533.55

4.7+0.20

0.9

4.00

5.4+0.20

1.2

5.00

6.7+0.25

1.2

5.335.30

7.1+0.25

1.5

5.70

7.6+0.30

1.5

6.00

8.0+0.30

1.5

7.00

9.4+0.30

2.0

8.00

10.8+0.30

2.0

 C、梯形沟槽

    仅推荐用于O形圈截面直径大于2.5mm的某些特殊场合。

例如为保持O形圈的顶部安装,就可以考虑做成梯形沟槽形式。

  梯形沟槽安装形式单位:

mm

O形圈截面直径W

沟槽宽度

沟槽深度

半径

B±0.05

H±0.05

R1

R2

2.50

2.05

2.00

0.25

0.40

2.622.65

2.15

2.10

0.25

0.40

3.003.10

2.40

2.40

0.25

0.40

3.533.55

2.90

2.90

0.25

0.80

4.00

3.10

3.20

0.25

0.80

5.00

3.90

4.20

0.25

0.80

5.335.30

4.10

4.60

0.40

0.80

5.70

4.40

4.80

0.40

0.80

6.00

4.60

5.10

0.40

0.80

7.00

5.60

6.00

0.40

1.60

8.00

6.00

6.90

0.40

1.60

8.40

6.30

7.30

0.40

1.60

    2.局部结构设计

    因为O形圈在安装时要受到挤压，为避免受损，必须将孔端或轴端加工成15°～20°的倒角，且棱边要倒圆并去除毛刺。

若O形圈安装时要穿过横向孔，在过渡孔处也须倒角或倒圆。

倒角最小长度Cmin单位:

mm

截面直径W

≤1.78，1.80

≤2.62，2.65

≤3.53，3.55

≤5.30，5.33

≤7.00

＞8.40

倒角最小

长度Cmin

15o

2.5

3.0

3.5

4.0

5.0

6.0

20o

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

  倒角表面粗糙度：

Rz≤4.0μmRa≤0.8μm

  3.沟槽加工精度及表面要求

    通常被密封表面和沟槽表面不允许存在小的沟槽、划痕、凹坑、同心或螺旋状的加工痕迹。

对动配合，其表面要求比静配合更高。

  表面光洁度

密封形式

表面

Rmax（μm）

Rmax（μm）

Rmax（μm）

径向动密封

配合表面（孔、杆、轴）

1.0～4.0

0.63～2.5

0.1～0.4

沟槽表面（直径、侧面）

≤16.0

≤10.0

≤1.6

径向静密封

配合表面沟槽表面（直径、侧面）

≤16.0

≤10.0

≤1.6

轴向静密封

压力脉动场合、配合表面

沟槽表面（直径、侧面）

≤10.0

≤6.3

0.8

五、O形圈的安装

    在进行O形圈安装时，须注意以下事项：

    -确保各棱边或过渡处已倒角或倒钝并去除毛刺。

    -检查被密封表面有无缺陷。

    -清除所有的加工残留物。

    -安装路径上的螺纹需加防护套，以防螺纹尖角刮伤O形圈。

    -为了方便安装，可对O形圈安装表面涂润滑油脂。

    -手动安装时，不可使用尖锐工具，但要尽量有效借助工具，以保证O形圈不扭曲。

    -禁止过分拉伸O形圈。

 -由密封带制成的O形圈，禁止在其连接处进行拉伸。

    -若进行自动安装，须做好充分准备。

例如：

为便于安装，可在O形圈的表面涂钼、石墨、敷上滑石粉或用PTFE涂覆。

六、贮存

     密封件常作为备件方式贮存较长时间。

为避免因外界因素而影响O形圈的物理和化学性能，使弹性体损坏，在贮存时应遵守以下一些规则：

     -贮存在干燥处。

     -温度在+5℃～+25℃之间，避免和热源直接接触。

     -避免在阳光或氖光灯下直接照射。

     -置于原始装箱或气密容器内以防止氧化。

     -远离有害气源（如臭氧）以防止弹性体受损。

O形圈推荐沟槽设计

  安装图：

截面直径

W

径向安装

轴向安装

倒角半径

沟槽深度

沟槽宽度

沟槽深度

沟槽宽度

动密封

t1+0.05

静密封

t+0.05

b1+0.2

b2+0.2

b3+0.2

h+0.05

b4+0.2

r1

0.50

-

0.35

0.80

-

-

0.35

0.80

0.20

0.74

-

0.50

1.00

-

-

0.50

1.00

0.20

1.001.02

-

0.70

1.40

-

-

0.70

1.40

0.20

1.20

-

0.85

1.70

-

-

0.85

1.70

0.20

1.251.27

-

0.90

1.70

-

-

0.90

1.80

0.20

1.30

-

0.95

1.80

-

-

0.95

1.80

0.20

1.42

-

1.05

1.90

-

-

1.05

2.00

0.30

1.501.52

1.25

1.10

2.00

3.00

4.00

1.10

2.10

0.30

1.601.63

1.30

1.20

2.10

3.10

4.10

1.20

2.20

0.30

1.781.80

1.45

1.30

2.40

3.80

5.20

1.30

2.60

0.40

1.83

1.50

1.35

2.50

3.90

5.30

1.35

2.60

0.40

1.90

1.55

1.40

2.60

4.00

5.40

1.40

2.70

0.40

1.982.00

1.65

1.50

2.70

4.10

5.50

1.50

2.80

0.40

2.082.10

1.75

1.55

2.80

4.20

5.60

1.55

2.90

0.40

2.20

1.85

1.60

3.00

4.40

5.80

1.65

3.00

0.40

2.26

1.90

1.70

3.00

4.40

5.80

1.70

3.10

0.40

2.302.34

1.95

1.75

3.10

4.50

5.90

1.75

3.10

0.40

2.40

2.05

1.80

3.20

4.60

6.00

1.80

3.30

0.50

2.46

2.10

1.85

3.30

4.70

6.10

1.85

3.40

0.50

2.50

2.15

1.85

3.30

4.70

6.10

1.85

3.40

0.50

2.622.65

2.25

2.00

3.60

5.00

6.40

2.00

3.80

0.60

2.70

2.30

2.05

3.60

5.00

6.40

2.05

3.80

0.60

2.80

2.40

2.10

3.70

5.10

6.50

2.10

3.90

0.60

2.922.95

2.50

2.20

3.90

5.30

6.70

2.20

4.00

0.60

3.00

2.60

2.30

4.00

5.40

6.80

2.30

4.00

0.60

3.10

2.70

2.40

4.10

5.50

6.90

2.40

4.10

0.60

3.50

3.05

2.65

4.60

6.00

7.40

2.65

4.70

0.60

3.533.55

3.10

2.70

4.80

6.20

7.60

2.70

5.00

0.80

3.60

3.15

2.80

4.80

6.20

7.60

2.80

5.10

0.80

4.00

3.50

3.10

5.20

6.90

8.60

3.10

5.30

0.80

4.50

4.00

3.50

5.80

7.50

9.20

3.50

5.90

0.80

5.00

4.40

4.00

6.60

8.30

10.22

4.00

6.70

0.80

5.335.30

4.70

4.30

7.10

8.80

10.50

4.30

7.30

1.20

5.50

4.80

4.50

7.10

8.80

10.50

4.50

7.30

1.20

5.70

5.00

4.60

7.20

8.90

10.60

4.60

7.40

1.20

6.00

5.30

4.90

7.40

9.10

10.80

4.90

7.60

1.20

6.50

5.70

5.40

8.00

9.70

11.40

5.40

8.20

1.20

6.997.00

6.10

5.80

9.50

12.00

14.50

5.80

9.70

1.50

7.50

6.60

6.30

9.70

12.20

14.70

6.30

9.90

1.50

8.00

7.10

6.70

9.80

12.30

14.80

6.70

10.00

1.50

8.40

7.50

7.10

10.00

12.50

15.00

7.10

10.30

1.50

9.00

8.10

7.70

10.60

13.10

15.60

7.70

10.90

2.00

9.50

8.60

8.20

11.00

13.50

16.00

8.20

11.40

2.00

10.00

9.10

8.60

11.60

14.10

16.60

8.60

12.00

2.50

12.00

11.00

10.60

13.50

16.00

18.50

10.60

14.00

2.50

公称外径

D

公称内径

d

断面直径

实际内径

公称外径

D

公称内径

d

断面直径

实际内径

d0

d1

允差

d0

d1

允差

5

2

1.9±0.08

1.7

±0.12

27

22

3.10±0.10

21.5

±0.20

6

3

2.7

28

23

22.5

7

4

3.7

30

25

24.5

8

5

4.7

32

27

26.5

9

6

5.7

34

29

28.5

10

7

6.7

35

30

29.5

11

8

7.7

37

32

31.5

12

9

8.7

38

33

32.5

13

10

9.7

40

35

34.5

（14）

11

10.7

42

37

36.5

14

10

2.4±0.09

9.6

±0.13

44

39

38.5

15

11

10.6

45

40

39.5

16

12

11.6

50

45

44.5

18

14

13.6

55

50

49.5

19

15

14.6

60

55

54.5

±0.40

20

16

15.6

63

58

57.5

22

18

17.6

65

60

59.