帶壓開孔機(jī)的密封問題要防止這3種 O型圈變形

帶壓開孔機(jī)的密封問題要防止這3種 O型圈變形

帶壓開孔機(jī)在帶壓開孔施工組裝中，O型圈組裝、使用不當(dāng)會(huì)加速它的損壞，喪失密封性能。在帶壓開孔機(jī)破壞性實(shí)驗(yàn)中表明，如密封裝置各部分設(shè)計(jì)合理，單純地提高壓力，并不會(huì)造成O型圈的破壞。在高壓、高溫的工作條件下，O型圈破壞的主要原因是O型圈材料的永久變形和O型圈被擠入密封間隙而引起的間隙咬傷一級(jí)O型圈在運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。下面簡(jiǎn)要地分析O型圈永久變形這種情況：

1.永久變形

由于帶壓開孔機(jī)的O型密封圈用的合成橡膠材料是屬于粘彈性材料，所以初期設(shè)定的壓緊量和回彈堵塞能力經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的使用，會(huì)產(chǎn)生永久變形而逐漸喪失，最終發(fā)生帶壓開孔施工中介質(zhì)的泄漏。永久變形和彈力消失是O型圈失去密封性能的主要原因：

1.1壓縮率和拉伸量與永久變形的關(guān)系

制作O型圈所用的各種配方的橡膠，在壓縮狀態(tài)下都會(huì)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力松弛現(xiàn)象，此時(shí)，壓縮應(yīng)力隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而減小。使用時(shí)間越長(zhǎng)、壓縮率和拉伸量越大，則橡膠自身應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的應(yīng)力下降就越大，以致O型圈彈性不足，失去密封能力。因此，在允許的使用條件下，設(shè)法降低壓縮率是可取的。增加O型圈的截面尺寸是降低壓縮率最簡(jiǎn)單的方法，不過這會(huì)帶來帶壓開孔機(jī)內(nèi)部密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸的變化。

在我們計(jì)算壓縮率時(shí)，往往會(huì)忽略O型圈在裝配時(shí)受拉伸而引起的截面高度的減小。O型圈截面面積的變化是與其周長(zhǎng)的變化成反比的。同時(shí)，由于帶壓開孔機(jī)工作時(shí)拉力的作用，O型圈的截面形狀也會(huì)發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為其高度的減小。此外，在表面張力作用下，O型圈的外表面變得更平了，即截面高度略有減小。這也是O型密封圈壓縮應(yīng)力松弛的一種表現(xiàn)。

帶壓開孔機(jī)的O型圈截面變形程度，還取決于O型圈材質(zhì)的硬度。在拉伸量相同的情況下，硬度大的O型圈，其截面高度也減小較多，從這一點(diǎn)看，應(yīng)該按照使用條件盡量選用低硬度的材質(zhì)。在液壓油及鉆桿壓力和張力的作用下，橡膠材料的O型密封圈也會(huì)逐漸發(fā)生塑性變形，其截面高度會(huì)相應(yīng)減小，以致最后失去密封能力。

1.2溫度與O型圈張馳過程的關(guān)系

使用溫度是影響O型圈永久變形的另一個(gè)重要因素。高溫會(huì)加速橡膠材料的老化。工作溫度越高，O型圈的壓縮永久變形就越大。當(dāng)永久變形大于40%時(shí)，O型圈就失去了密封能力而發(fā)生泄漏。因壓縮變形而在O型圈的橡膠材料中形成的初始應(yīng)力值，將隨著O型圈的馳張過程和溫度下降的作用而逐漸降低以致消失。溫度在零下工作的O型圈，其初始?jí)嚎s可能由于溫度的急劇降低而減小或完全消失。在-50~-60℃的情況下，不耐低溫的橡膠材料會(huì)完全喪失初始應(yīng)力；即使耐低溫的橡膠材料，此時(shí)的初始應(yīng)力也不會(huì)大于20℃時(shí)初始應(yīng)力的25%。這是因?yàn)?/span>O型圈的初始?jí)嚎s量取決于線脹系數(shù)。所以，選取初始?jí)嚎s量時(shí)，就必須保證在由于馳張過程和溫度下降而造成應(yīng)力下降后仍有足夠的密封能力。

當(dāng)帶壓開孔工作在零度以下，其機(jī)體內(nèi)的O型圈，應(yīng)特別注意橡膠材料的恢復(fù)指數(shù)和變形指數(shù)。

綜上所述，在設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量保證帶壓開孔工程施工中O型圈具有適宜的工作溫度，或選用耐高、低溫的O型圈材料，以延長(zhǎng)使用壽命。

1.3介質(zhì)工作壓力與永久變形

工作介質(zhì)的壓力是引起O型圈永久變形的主要因素。帶壓開孔施工所用液壓設(shè)備的工作壓力正日益提高。長(zhǎng)時(shí)間的高壓作用會(huì)使O型圈發(fā)生永久變形。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工作壓力選用適當(dāng)?shù)哪蛪合鹉z材料。工作壓力越高，所用材料的硬度和耐高壓性能也應(yīng)越高。

為了改善O型圈材料的耐壓性能，增加材料的彈性（特別是增加材料在低溫下的彈性）、降低材料的壓縮永久變形，一般需要改進(jìn)材料的配方，加入增塑劑。但是，具有增塑劑的O密封形圈，長(zhǎng)時(shí)間在工作介質(zhì)中浸泡，增塑劑會(huì)逐漸被工作介質(zhì)吸收，導(dǎo)致O型密封圈體積收縮，甚至可能使O型密封圈產(chǎn)生負(fù)壓縮（即在O型密封圈和被密封件的表面之間出現(xiàn)間隙）。因此，在計(jì)算帶壓開孔工程中所用的O型密封圈壓縮量和進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到這些收縮量。應(yīng)使壓制出的O型密封圈在工作介質(zhì)中浸泡5~10晝夜后仍能保持必要的尺寸。

O型圈材料的壓縮永久變形率與溫度有關(guān)。當(dāng)變形率在40%或更大時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)泄漏，所以幾種膠料的耐熱性界限為：丁腈橡膠70℃，三元乙丙橡膠100℃，氟橡膠140℃。

因此各國(guó)對(duì)O型圈的永久變形作了規(guī)定。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)橡膠材料的O型圈在不同溫度下的尺寸變化也有相應(yīng)的規(guī)定，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。同一材料的O型圈，在同一溫度下，截面直徑大的O型圈壓縮永久變形率較低。

但在液壓油中的情況就不同了。由于此時(shí)O型圈不與氧氣接觸，所以上述不良反應(yīng)大為減少。加之又通常會(huì)引起膠料有一定的膨脹，所以因溫度引起的壓縮永久變形率將被抵消。因此，在液壓油中的耐熱性大為提高。丁腈橡膠為原材料的O型密封圈，它的工作溫度可達(dá)120℃或更高。