淺談楔L型密封圈的設計與研究

（葫蘆島渤船機械工程有限公司，遼寧 葫蘆島 125005）

螺紋接頭通艙管件是船舶上常用的一種連接管件。伴隨著造船精度和質量要求越來越高，零件的制作要求也越來越高，試驗壓力60MPa的螺紋接頭通艙管件就是其中的一項。在接到此項生產任務后，我們技術人員進行了認真的分析和研究，螺紋接頭通艙管件機械加工制作通過引進先進的加工設備和提高操作者的技能水平，加工完全可以滿足圖紙要求，但壓力試驗是一個難題，沒有更多的經驗，只能通過實踐來驗證。

1 利用聚四氟乙烯平墊密封進行壓力實驗。

1．1 聚四氟乙烯平墊結構

聚四氟乙烯平墊結構簡單。用聚四氟乙烯做密封墊的原因是：密封性較好；與橡膠墊圈相比較，變形小，可承受較大的壓力；同時加工性能較好；試壓時對工件沒有損傷；與紫銅密封墊比較，重復利用率高，成本低。

1．2 聚四氟乙烯平墊進行壓力試驗

利用工裝，采用聚四氟乙烯平墊密封進行壓力試驗，當壓力高到40MPa左右，壓力表有掉壓情況，同時有水從螺紋接頭通艙管件和工裝密封帽旋合的螺紋處流出，無法繼續(xù)加壓。拆下壓力表，打開密封帽，聚四氟乙烯平墊損壞。通過改變密封帽的預緊力，多次試驗，結果相近，可以判斷，用此密封形式的聚四氟乙烯平墊強度不夠，不能滿足60MPa壓力試壓密封要求。

2 利用紫銅墊密封進行壓力試驗。

2．1 紫銅密封圈結構

聚四氟乙烯平墊密封不能滿足壓力試驗要求，我們將密封墊材料改為強度更高的紫銅。選用紫銅材料作為壓力試驗密封墊較少，主要原因是，利用率低，成本高。同時若達到密封要求，需要的預緊力更高。為達到較好的密封要求，我們參照管子平肩螺紋接頭（CB*56-83）設計紫銅密封圈。

2．2 壓力試驗

利用工裝，采用紫銅密封墊密封進行壓力試驗，當壓力升高到50MPa左右，壓力表有掉壓情況，同時有水從螺紋接頭通艙管件和工裝密封帽旋合的螺紋處流出，無法繼續(xù)加壓。拆下壓力表，打開密封帽，紫銅墊出現(xiàn)泄漏口。改變密封帽的預緊力，預緊力越大，紫銅墊密封效果越好。多次試驗，可達到60MPa壓力試壓要求的成功率非常低。每試驗一次，密封墊報廢一次，效率太低，成本太高。所以用紫銅墊密封試壓失敗。

3 利用楔L型密封圈密封進行壓力試驗

3．1 楔L型密封圈結構和材料

兩次試驗均未成功。本人開始查閱各種資料，同時資詢相關專業(yè)人員，通過深入研究，設計出楔L型密封圈，結構如圖1所示，密封形式為軸向和徑向雙向密封，軸向密封為主要密封方向，采用楔形結構，受力越大，貼合越緊密，密封效果越好，徑向密封為輔助密封。通過理論分析，可以判斷，用楔L型密封圈可實現(xiàn)用低壓密封材料實現(xiàn)高壓密封，故選用聚四氟乙烯材料作為楔L型密封圈材料，完成60MPa通艙管件試壓密封。

圖1

3．2 工裝密封帽結構和材料

工裝密封帽的結構如圖2所示，為避免損傷工件，試壓用工裝密封帽選用比工件材料強度低又能滿足壓力試驗強度要求的銅作為工裝材料。

3．3 試壓工裝裝配

利用楔L型密封圈密封進行壓力試驗工裝如圖2所示，試壓前，先將螺紋接頭通艙管件擦干凈，然后放好楔L型密封圈，旋緊密封帽1，同樣方法裝入密封帽2，利用臺鉗等工具將其中一密封帽夾緊，通過鎖緊另一密封帽，將楔L型密封圈壓緊，楔L型密封圈受壓變形，最終保證楔L型密封圈與工件和密封帽貼合緊密，達到密封要求。將裝好工裝的螺紋接頭通艙管件裝在蓄能罐的工裝接口上，輸入水，待水從壓力表接口流出時，裝上壓力表，開始試壓。

3．4 壓力試驗

輸入10MPa壓力，楔L型密封圈先受到軸向A向的壓力產生變形，由于軸向采用楔形，越壓越緊，A、B、C三處同時受到壓力，密封越來越好，承壓也相應會有提高。即使有少量密封處有泄漏，楔L型密封圈在徑向仍有密封圈起到密封作用（即D、E方向的壓力使楔L型密封圈在徑向密封），由于徑向壓力較小，所以徑向密封可以滿足要求。觀察3～5分鐘，壓力表沒有掉壓情況，繼續(xù)加壓，將壓力加到20MPa，停3～5分鐘，壓力表沒有掉壓情況，再次加壓，將壓力加到30MPa，停3～5分鐘，壓力表沒有掉壓情況；繼續(xù)加壓，將壓力升高到40MPa，停3～5分鐘，壓力表沒有掉壓情況；繼續(xù)加壓，將壓力升高到50MPa，停3～5分鐘，壓力表沒有掉壓情況；繼續(xù)加壓，將壓力升高到試驗壓力60MPa,壓力表沒有掉壓情況，按試壓要求，保壓10～15分鐘，壓力表沒有壓降，試驗成功。

3．5 楔L型密封圈的優(yōu)缺點

經多次試驗，得出采用楔L型密封圈進行密封試壓有如下優(yōu)缺點：

（1）優(yōu)點：①楔L型密封圈為軸向和徑向雙向密封，軸向密封為主要密封方向，結構采用楔形形式，密封效果好，徑向密封為輔助密封。②由于楔L型密封圈軸向密封結構采用楔形形式，故可適當減小預緊力，同樣可實現(xiàn)密封效果，由于減小了預緊力，方便了工裝拆裝。③楔L型密封圈采用楔型密封可增加密封圈的承受壓力，故可采用低壓密封材料實現(xiàn)較高壓密封。④由于采用低壓密封材料實現(xiàn)較高壓密封，同時可重復使用，故可大大降低成本。

（2）缺點：①楔L型密封圈和相配合的密封帽加工精度要求高，加工難度大。如果加工達不到要求，密封帽在旋緊力作用下由于受力不均勻而容易損壞，即使在旋緊力作用下未損壞，試壓時，由于受壓力不均勻，達不到試壓要求，密封圈同樣會損壞。②在不拆除工裝情況下，重復試壓同一工件，由于楔L型密封圈受壓變形，楔形墊與工裝和工件之間產生間隙，加壓時，由于側面進水，楔形密封失去了作用，只有徑向密封起作用，所以不能實現(xiàn)60MPa密封要求。因此，再次試壓時，必須重新旋緊密封帽。

4 結語

（1）楔L型密封圈的成功設計，解決了60MPa通艙管件類零件的壓力試壓密封要求，保證了生產的有序進行。

（2）楔L型密封圈的成功設計，為公司生產節(jié)約了成本，提高了效益。

（3）楔L型密封圈有一定的推廣性。如管路密封，密封材料選用橡膠，由于橡膠變形大，對連接部分要求低，并且雙向密封的密封效果好，提高了密封的可靠性。