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一种新型充膏型高压超高压密封及其应用
发布时间：2017-09-01
前 言
密封是解决液压系统泄漏问题最重要、最有效的手段。液压系统如果密封不良，可能出现不允许的外泄漏，外漏的油液将弄脏设备、污染环境; 可能使空气进入吸油腔，影响液压泵的气密性和液压马达、缸的运动平稳性( 爬行) ; 可能使液压元件的内泄漏过大，导致液压系统的容积效率过低，甚至工作压力达不到要求值。
液压系统如果密封过度，虽可防止泄漏，但会造成密封部分的剧烈磨损，缩短密封件的使用寿命，增大液压元件内的运动摩擦阻力，降低系统的机械效率。实践表明: 在许多情况下，液压系统的损坏或故障的第一个迹象显示为密封处的泄漏。因此，对液压系统必须合理地选用和设计密封装置，这样才能在保证液压系统工作可靠的前提下，使其具有较高的效率和较长的寿命[1]。
在高压特别是超高压及高温、高腐蚀性介质的往复密封中，可使用填料密封、间隙密封或组合密封[1，2]，但这些密封形式都容易失效，密封寿命短，可靠性差，而且经常拆卸并更换失效的密封件非常麻烦。本文介绍一种新型的高压、超高压密封，即充膏型高压、超高压往复密封，在超高压状态下密封的可靠性强，密封寿命长，并对被密封介质无选择性。
1 充膏型高压超高压密封的结构原理及技术要求
1. 1 结构原理
充膏型高压、超高压密封的构成包括缸体、柱塞、隔环、外环、内环、压紧套、液压动力源、充膏缸、储膏缸和单向阀等。缸体内有高压或超高压的密封介质，如液压油、清水或高温、高腐蚀性液体等; 柱塞在外力作用下在缸体内作往复运动; 液压动力源、充膏缸、储膏缸和单向阀通过安装联接，能够在设备运行过程中不断地自动向缸体内充入密封膏，并防止膏体倒流; 隔环在缸体内可以滑动，其位置设置在被密封介质与膏体之间，使两种介质分开并使两种介质工作时保持压力相等; 外环、内环配对安装在缸体的端部，可安装多对外环与内环，并且其结合面为锥面，用来防止密封膏外溢。
1. 2 密封膏的配备及要求
密封膏采用高粘度油脂等原材料按一定比例混合而成[3] 。该膏体具有良好的润滑性、防腐性，并且在低压状态下流动性好，高压状态下流动性差，超高压状态流动性极差。
1. 3 隔环、外环、内环的技术要求
( 1) 内环、外环均以收缩性良好的合金材料制成，且内环具有良好的耐磨性[4] 。
( 2) 隔环和外环的外径与缸体配磨，隔环和内环的内径与柱塞配磨，以保证密封间隙[2] 。
( 3) 压紧套以螺纹形式与缸体接合，以便调整外环与内环间的间隙[2] 。
2 充膏型高压超高压密封的原理
当往复密封中柱塞后退时或旋转密封中高压腔未升压前，高压腔无压，充膏缸在液压动力源的推力下，经单向阀往膏腔内自动充入密封膏; 当往复密封中柱塞前进或旋转密封中高压腔升压后，在高压腔的压力作用下隔环被压往膏腔，密封受压，单向阀关闭，膏腔压力等于高压腔的压力。可见充膏型密封是把粘度低、润滑性差，有腐蚀性的密封转化为高粘度、润滑性好，无腐蚀性的密封，从而有效地进行密封。
3 实例结构及其应用
图 1 为充膏型高压、超高压密封的一种具体结构，它的构成包括缸体、柱塞、隔环、外环、内环、压紧套、液压动力源、充膏缸、储膏缸、单向阀等。
当往复密封中柱塞 2 后退时，高压腔无压，充膏缸在液压动力源 7 的推动下，把储膏缸 9 中的密封膏经单向阀 10 自动充入膏腔内。
当往复密封中柱塞 2 前进时或旋转密封中高压腔升压后，在高压腔的压力作用下，隔环 3 被压往膏腔，密封膏受压，单向阀 10 关闭，膏腔压力等于高压腔的压力 P。如图2 所示，在压力 P 的作用下，外环4压往内环5，压力P升高，内环5 内径Φd1 缩小，密封间隙 δ 也减小。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压双作用油 - 水增加器中得以应用。该增加器的工作压力为 300MPa，排量为 12. 5 L / mim，通过应用充膏型密封解决了其中超高压密封难的问题，使得该设备的可靠性大大增强。
在应用充膏型密封前，该增加器每运行 200 ～300 h 后，便需要停下来检查和更换超高压密封，而现在的密封寿命处决于机械密封的寿命，至少可达2000 h 以上。
4 结 语
( 1) 充膏型高压、超高压密封最高压力可达1000 MPa ，较传统的密封有着质的突破。
( 2) 充膏型高压、超高压密封可靠性强，难以失效，其密封寿命处决于机构密封的寿命，在相同压力下，密封寿命通常可达传统密封寿命的 5 倍以上。
( 3) 充膏型高压、超高压密封对密封介质无选择性，适用于液压油，水，高温、高腐蚀性液体等。
( 4) 充膏性往复密封可应用于超高压水切割、水射流及高压液体介质输送，动力传动等领域，如用于超高压油 - 水( 油) 增压器及高压( 超高压) 柱塞水( 油) 泵。
摘自：中国计量测控网
