度为 0. 05～0. 08 mm。 (4) 确定矩形槽深度 T 合适的回弹力可保证 金属空心 O 形圈具有良好的密封效果 ,而它的大小 取决于金属空心 O 形圈的压扁度 。根据压扁度的 大小可计算出矩形槽深度 T ,详细标注见图 2 。压 扁度 λ= ( T - δ) / 2 R0[2] 。式中 , T 表示矩形槽的深 度 ,mm ;δ表示金属空心 O 形圈上镀层厚度 ,一般取 0. 03～0. 10 mm ,此处取 0. 08 mm ; R0 表示金属空心 O 形圈的截半径 ,此处取 4. 84 mm/ 2 = 2. 42 mm ;λ表 示金属空心 O 形圈压扁度 ,一般取 0. 60～0. 75 ,在 此处取为 0. 75 。将以上数值带入公式 ,可以得到矩 形槽的深度 T = 3. 71 mm , 上 、下偏差取 ±0. 01 mm 即可 。 (5) 确定矩形槽外径 D1 如果在内压操作工况 下 ,金属空心 O 形圈的外表面与矩形槽的外环表面 形成密封面 ,其结构见图 2b ; 如果在外压操作工况 下 ,金属空心 O 形圈的内表面与矩形槽的内环表面 形成密封面 ,其结构见图 2c 。可以通过对应规格的 金属空心 O 形圈外环直径等参数 ,计算矩形槽的外 径 : D1 = Dw 2 R0 (π/ 2 - 1) (1 - λ) [2 ] 。式中 , D1 表 示矩形槽外径 ,mm ; Dw 表示金属空心 O 形圈外环直 径 ,此处取 612. 78 mm。在水压试验前 ,一定要检测 金属空心 O 形圈的外环直径是否符合规格要求 。 在内压操作工况时 ,测量其外环直径 ; 在外压操作 工况时 ,测量其内环直径 。把以上参数带入公式可 以得到 D1 = 613. 47 mm , 其加工偏差取 ±0. 05 mm 即可 。 (6) 确定矩形槽内径 Di ①在内压操作工况 下 ,当密封结构采用全封闭结构时 ,矩形槽的内径 Di ≤Dw - 2 d - 4 R0 (π/ 2 - 1) (1 - λ) [2 ] 。当密封结构 采用半封闭结构时 ,矩形槽的内径 Di ≤Dw - 2 d πR0 (1 - λ) [2] 。式中 , d 表示金属空心 O 形圈截直
由于金属空心 O 形圈制造要求比较高 ,并且工 序复杂 ,适合于批量生产 。因此 ,金属空心 O 形圈 的供应商根据使用的需要 ,已把金属空心 O 形圈标 准化和系列化 ,设计人员可根据密封面的外直径选 择比较接近的规格 。 3 矩形槽设计 311 结构型式
矩形槽一般有全封闭和半封闭 2 种结构 ,见图 1 。与金属空心 O 形圈接触的矩形槽端面粗糙度随 密封介质的不同而不同 。当介质是气体或有毒的挥 发性液体时 ,其端面粗糙度要求不低于 Ra0. 32μm ; 当介质是易挥发的液体或轻组分的液体时 ,其端面 粗糙度要求不低于 Ra0. 63μm ; 当介质是粘度较大 的液体时 ,其端面粗糙度要求不低于 Ra1. 25μm。
重油 (润滑油 、液压油) 、轻油 (燃料 聚四氟乙烯 - 180～200 油) 、低粘度油 、挥发性液体 、气体
收稿日期 : 2004207226 作者简介 : 张 健 (19712) ,男 ,江苏海门人 ,工程师 ,学士 ,从事石油化工压力容器和系统单元的设计 、制造以及施工验收 工作 。
(2) 确定金属空心 O 形圈的型式 根据工作压 力 、温度和介质 ,选择自紧式金属空心 O 形圈 ,并且 要求其外表面镀银 ,以增强密封效果 ,防止污染操作 介质 。
(3) 确定金属空心 O 形圈的型号 由设备内径 590. 5 mm 可以选择嘎洛克的金属空 心 O 形 圈 USEB ,其具体含义如下 :
对于金属空心 O 形圈的 3 种型式 ,在内压工况 下 ,图 1 中的 2 种结构都可以满足要求 。而在外压 工况下 ,则只能采用全封闭结构 ,并且应该考虑矩形 槽内壁与设备内壁的距离 ,以便有足够的强度来满 足密封要求 。 312 结构设计
在承受由螺栓提供的压紧力和设备内压力作用 下 ,金属空心 O 形圈的形状变化见图 2 。密封效果 的好与坏 ,由金属空心 O 形圈是否提供足够的回弹
液体或气体 ,一般用于操作压力小于 7. 0 MPa 的密 封场合 。第 2 种是充气式金属空心 O 形圈 ,即在管
圈一般都选用厚壁管制成 ,管子壁厚 δ1 和截径 DJ (即管子外径) 的关系为 δ1/ DJ = 1/ 4～1/ 6 。不同管
子内充有惰性气体 ,在使用工况下 ,管内的压力随着 子外径的金属空心 O 形圈适用于不同的密封外径 ,
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现代石油化工工业对密封的可靠性提出了越来 越高的要求 ,密封失效不仅会造成巨大的经济损失 , 同时会造成环境污染 ,甚至酿成爆炸事故 。金属空 心 O 形圈作为新型的密封结构 ,具有优良的密封性 能 ,其使用范围相当广泛 ,尤其适合高温 、高压 、超高 压 、高真空度 、低温 、具有放射性介质以及密封要求 苛刻的场合 。其操作温度为 - 250～650 ℃,操作压 力可达 280 MPa ,最大的密封直径已达到 6 000 mm , 国内在石油化工装置静密封方面开始逐渐普及 。金 属空心 O 形圈密封结构的设计应先进行其规格的 选型 ,然后设计矩形槽的结构 。 1 材料选取
金属空心 O 形圈有 3 种型式 ,第 1 种是非自紧 心 O 形圈 ,在管子上钻若干小孔 ,设备的内压通过
式金属空心 O 形圈 ,这种型式是依靠主螺栓拉紧时 工作介质传递进入金属空心 O 形圈 ,使金属空心 O
O 形圈被压扁后产生回弹力 ,同时内压对金属空心 形圈张开并紧贴密封面 。由于金属空心 O 形圈管
O 形圈的侧面有作用力 ,使金属空心 O 形圈张开 ,在 内压力与设备的内压相同 ,自紧密封效果比较好 ,一
这 2 个力的作用下 ,金属空心 O 形圈紧贴密封面 ,达 般可以用于操作温度在 200～600 ℃,操作压力在
到密封效果 ,可密封真空 、有较低压力及有腐蚀性的 710～280 MPa的工况 。这 3 种型式的金属空心 O 形
U ———表示金属空心 O 形圈 。 2 ———表示金属空心 O 形圈的材料为不锈钢
金属空心 O 形圈常用材料有铝 、碳钢和不锈 钢 。根据操作介质 、压力和温度确定其材料 ,由于操 作条件比较苛刻 ,一般多选用不锈钢 ,为提高密封效 果和耐蚀能力 ,在其外表面上喷涂 0. 03～0. 10 mm 的金 、银或铜等高延性的补偿镀层 ,同时也适当降低 了密封面的加工要求 。不同温度下金属空心 O 形 圈材料和表面镀层材料的选取见表 1[1] ,不同表面
力决定 。如果回弹力太大 ,金属空心 O 形圈易被压 坏 ;如果回弹力太小 ,则会导致密封面泄漏 。回弹力 的大小取决于其压扁程度 ,而合理的压扁程度则由 矩形槽的结构尺寸决定 。
以嘎洛克 ( Garlock helioflex) 的金属空心 O 形圈 为例 ,针对具体的操作条件来说明矩形槽的结构设 计 。首先根据设计条件确定金属空心 O 形圈的密 封结构和规格型号 ,介质为聚酯熔体 ,工作温度为 280～ 300 ℃, 工 作 压 力 24 MPa , 介 质 相 对 密 度 为 1118 ,设备内径为 590. 5 mm。
(1) 确定密封结构 设备在受内压工况下 ,全封 闭结构和半封闭结构都适合 。但考虑到在常温下更 换滤芯时 ,聚酯熔体附着在内壁上 ,如果采用半封闭 结构熔体很容易进入矩形槽内 ,很难清理干净 ,这样 既影响了密封效果 ,又降低了聚酯的质量 ,同时在清 理过程容易划伤密封面 ,故采用全封闭结构 。
