1、式中 pc 介質壓力下的總接觸壓力，MPa0形密圭寸圈和密圭寸圈槽的選配及應用陳愛平 周忠亞摘要 0 形密圭圈和密圭圈槽尺寸的合理匹配是延長密圭圈無泄漏密圭壽命的必要保證。據此提出一種選配兩者尺寸的理論計算方法，并以Y341148 注水圭隔器所選密圭圈的計算為例說明，根據不同的密圭圈可以計算出相應的密圭圈槽尺寸。為保證密圭圈 長期有效地工作，還必須合理選擇其壓縮率、拉伸量和孔、軸配合精度等相關參數。選取 壓縮率時，應考慮有足夠的密圭面接觸壓力、盡量小的摩擦力和避免密圭圈的永久性變 形。顧及到一般試制車間的加工水平和井下工具主要是靜密圭的狀況，建議密圭面的軸、 孔配合應優先選用 H8/e8 。主

2、題詞 密圭圈 密圭圈槽 選配 使用壽命Selection of 0-ring and calculation of 0-ring groove sizeChen Aiping,Zhou Zhongya(Research Institute of 0il Production Technology,Jianghan PetroleumAdministration,Qianjiand City,Hubei Province)Rational matching of 0-rings and 0-ringgrooves is of great importance to prolonging thes

3、ervice life of 0-rings.A method for selecting 0-ring was presented.The sizes of the 0-ring gtoovecan be calculated according to various 0-rings.To ensure long-term and effective work of thering,the compressibility,tensile dimension and bore-shaft matching accuracy should be properlyselected.Subject

4、Concept Terms:0-ring0-ring groove matching service life用 0 形密圭圈 (以下簡稱密圭圈 ) 密圭是最常用的一種密圭方式，然而至關重要的是如 何正確地選擇密圭圈和設計密圭圈槽尺寸。常規的方法是將密圭圈套在寶塔上用游標卡尺 測量外徑，再確定其相應尺寸。這種方法的弊端是： (1) 密圭圈是彈性體，外徑測量不準 確；(2) 在設計新工具時，往往沒有現成的密圭圈，難以確定尺寸，其過盈量往往掌握不 準。過盈量太大時密圭圈易被剪切損壞，太小時又容易失圭。針對這種狀況，筆者提出一 種選配密圭圈的理論計算方法(指外密圭圈)，以供參考、討論。密圭圈的密圭機

5、理 1密圭圈密圭屬于擠壓彈性體密圭，是靠密圭環預先被擠壓由彈性變形產生預緊 力，同時工作介質壓力也擠壓密圭環，使之產生自緊力。也就是說，擠壓彈性體密圭屬于 自緊式密圭。密封圈在介質壓力 pl 作用下，其受力狀況如圖 1 所示，產生的接觸壓力為pc=pco+ pc(1)pco 密封圈初始壓力，稱之為預接觸壓力，MPa pc介質壓力經密封圈傳遞給接觸面的接觸壓力，稱為介質作用接觸壓力， pc=Kp1,MPa，其中K為側壓系數，K=U心-U）,對于橡膠密封件K0.90.985 ;u為密封圈 材料的泊松比，對于橡膠密圭寸件，u=0.480.496。圖 1 密封圈接觸壓力分布要保持密封，必須保證 pc

6、pl ,而 pc 永遠小于 pl,故應保持足夠的預接觸壓力 pco，即密封圈要有足夠的預壓縮率，才能保證密封。但如果預壓縮率太大，又會影響密封 圈的工作壽命，因此密封圈和密封圈槽尺寸的合理匹配是延長密封圈無泄漏密封壽命的必 要保證。密封圈及密封圈槽的選配方法內密封圈的選配比較簡單，不再贅述，這里只介紹一種外密封圈的選配方法。假定孔、軸直徑分別為 D d,所選密封圈為 D0Xdo,問題是如何確定密封圈槽的底 徑 D1,如圖2 所示。圖 2 密封圈及密封圈槽尺寸密封圈被套在密封圈槽上之后，一般都有一定的拉伸量，其斷面直徑d0 變小了，假定變為 di,根據體積不變原理，則密封圈安裝前后的體積相等，即

7、&（門“-=yUJ +（5 -）t/t葉T式中 D0- 密圭寸圈外徑，mmd0 密圭寸圈斷面直徑，mmD-孔直徑，mmS密圭寸圈過盈量，mmdi 拉伸后的密圭寸圈斷面直徑，mm式 中，3值可根據 D 值從表 1 中選取，DO d0 為已知值，則可計算出 di。為了簡 化計算，用 D+3-d0 代替 D+3-di 計算，則式 可簡化為譏Jr 卩小 w* 小：式中 h0密封圈槽底至被密封面的距離,mm簡化后計算出的 di 值有一定的誤差，將 di 再回歸到式（3）中計算，求出 d2,即式中 d2 拉伸后的密圭寸圈斷面直徑，mm如此類推，可計算出 d3、d4，一般來說，d2 值就已達到要求，

8、則密封圈槽底徑D1為D 仁 D+3-2d2(5)現舉例說明以上計算，如Y341148 注水封隔器活塞孔、軸尺寸為 窩 136H9/d9（孔為決136 +0.10mm），所選密圭寸圈為庖 135mnX5mm 過盈量3選為 1.3mm,則變形后的密圭寸圈斷面直徑為取 d2=4.96mm,則D1=D+3-2d2=127.38mm*OJ結合孔徑.匡.配上公差后，則槽底徑 D1為:o假定沒有扈 135mnX5mm 的密封圈，只有曆 132mmK5mm 的密封圈，則密封圈槽底徑可用同樣方法算得，即配上公差后D1 為曆o由以上計算可知，根據不同的密封圈，可以計算出不同的密封圈槽尺寸，可見這種方法比較簡單、靈

9、活。但是為保證密封長期有效地工作，還必須合理選擇其壓縮率、拉伸量 和孔軸配合精度等相關參數。相關參數的確定與應用1.壓縮率&或過盈量3密封圈是典型的擠壓型密封。如圖3 所示，其壓縮率&通常由下式表示=4.955mmx 100式中 h0密封圈槽底至被密封面的距離,mm對于圓柱面靜密封和往復動密封， =10%- 15%對于平面靜密封， =15%- 30%旋轉動密封 =3%- 8% 低摩擦密封 =5%- 8%選取密封圈壓縮率時主要應考慮的因素， 一是要有足夠的密封面接觸壓力； 二是摩擦 力應盡量?。蝗菓M量避免永久性變形。與壓縮率相對應的是過盈量3,過盈量3表示密封圈的預壓縮情況，

10、其推薦值見表1。表 1 基本尺寸與過盈量關系推薦值孔直徑 D 尺寸范圍過盈量3動密圭寸靜密封v300.25 7.330.3-0.430 500.35 7.500.4-0.650 - 800.50 7.700.6-0.880- 1200.70 -1.000.8-1.2 1201.00 -1.401.2-1.6注：井下工具用密封圈多為靜密封，3值應從靜密封欄中選取。2.拉伸量密封圈裝入密封圈槽后，一般都會有一定的拉伸量。但據所查閱的資料可知，尚未對拉伸量有明確的定義。根據筆者的理解，拉伸量應是拉伸后的密封圈中徑與 自然狀態時的中徑之比，即a=(D1+d2)/(D0-d0) (6)式中 a-密圭寸圈

11、的拉伸量，mma 的通常推薦值為 1.011.05。筆者一般取值為 1.05，特殊情況下，甚至取為1.1。為了保證密封圈裝入密封圈槽后不至太松，a 值取得稍大。3.密封圈槽的寬度與形狀一般推薦的密封圈槽尺寸見表2,其形狀如圖 4 所示。槽寬大致為密封圈斷面直徑的1.3 倍，而平時設計中往往是密封圈槽寬度與密封圈斷面直徑相等，或者不論密封圈斷面直徑多大，密封圈比槽寬0.5mm。采用這種尺寸設計的弊端是：（1）用起子或鐵釬撬密封圈時，容易損壞密封圈槽，尤其是內密封圈槽，這將降低其耐 壓差能力；（2）孔、軸相套時，由于密封圈有預過盈量，槽太窄易剪切密封圈。因此，今后 在設計密封圈槽寬時應規范尺寸。在

12、加工 r 為 0.10.2 和 R 為 0.20.5 的圓弧時，要特 別注意 r 處，如果太尖，在承受高壓時易損壞密封圈，需用砂布將其稍稍打鈍。表 2 密封圈槽的尺寸1 mmmm圖 3 密封圈壓密封圈斷面直徑 d0槽寬 BRr1.92.50.2 0.12.43.20.2 0.13.14.00.3 0.13.54.50.3 0.14.66.10.40.25.77.50.4 0.28.611.00.5 0.24. 軸孔配合公差在承受大于 16MPa 以上壓差時，孔、軸配合一般推薦為H8/f8 或H8/f7，在承受高壓情況下，還要安裝密封擋環1 。而井下工具工作壓力一般超過16MPa 所用孔、軸配合

13、常常采用H9/d9、H10/d10、HIO/clO，甚至 Hll/cll，方面精度等級較低，另一方面軸、孔間隙太大。這就要求密封圈的過盈量也要大。如Y241 150 酸化壓裂封隔器的軸、孔配合采用H8/e8 , Y341 148 堵水封隔器采用 H9/d9，軸、孔基本尺寸相同的酸化壓裂封隔器密封圈的過盈量比堵水封隔器的小，密封效果就好。相同精度等級軸、孔的配合間隙不同，其受力狀況是有區別的，女口H10/C10 的軸、孔間隙比 H10/d10 大，密封圈在相同壓力pl 作用下，其受剪切力的面積大，則總作用力就大，密封圈損壞的可能性加大，但如果軸、孔間隙過小，則軸、孔的同軸度要求更高，力口 工難度增大。如果片面追求高精度，勢必增加加工難度和成本?？紤]到試制車間的加工水平及井下工具的實際工作狀況(主要是靜密封)，筆者建議密封圈密封面的軸、孔配合應優先選用H8/e8，在使用要求不高的情況下，也可選用H9/e9。5. 橡膠硬度在工作壓力 816MPa 范圍內，橡膠推薦硬度為7080HS 1632MPa范圍內，推薦硬度為 8090HS 應加強密封圈進貨質量檢驗。建議(1) 密封圈槽的尺寸和形狀應規范設計，不可隨心所欲。(2) 為保證密封圈長期有效地工作，必須合理選擇壓縮率(或過盈