浅谈工程机械用密封垫及其选用

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浅谈工程机械用密封垫及其选用




　密封元件有十多种，数密封垫的结构较简单、应用也较普遍。本文继简要介绍常用密封垫之后较详细地说明各种石棉橡胶垫的结构、材料和使用性能，并简明地阐述合理选用密封垫的原则及相关的影响因素，可供正确选用密封垫参考。　　关键词　密封垫石棉橡胶 
　　1 密封垫的功用及材料 
　　1.1 功用 
　　密封垫广泛用于工程机械及柴油机的管道、壳体的结合面的静密封中，以其弹性变形填补零件结合面的不平度，切断泄漏通道，增加泄漏阻力，或承受内外侧压力差等方式防止流动介质 （气体、冷却水、润滑油、齿轮油、液压油、制动液等）泄漏。如柴油机的汽缸盖、正时齿轮室盖、油底壳、喷油泵侧盖、进排气管，工程机械底盘中的变速箱盖、方向机侧盖、桥壳后盖、终传动壳体等。 
　　1.2 材料 
　　按材料密封垫有非金属密封垫、非金属与金属组合密封垫、金属密封垫三大类，其常用材料有橡胶、皮革、石棉、纸、软木、聚四氟乙烯、钢、铁、铝、铜和不锈钢等。用棉、麻、石棉、纸、皮革等纤维素材质制成的密封垫，其组织疏松，致密性差，纤维间有细微缝隙，很容易被流动介质浸透，在压力作用下流动介质从高压侧通过这些细微缝隙渗透到低压侧，即形成渗透泄漏 （约占总泄漏量的10%~20%）。 
　　1.3 密封垫泄漏形式及原因 
　　密封垫的泄漏有三种形式：界面泄漏、渗透泄漏和破坏性泄漏，其中以前两种为主要形式。产生界面泄漏的原因是：结合面粗糙和变形；密封垫没有压紧；结合面紧固螺栓伸长变形或松动； 密封垫发生塑性变形等。界面泄漏量约占总泄漏量的80%~90%； 材料老化、龟裂、变质等会促使密封垫破坏性泄漏，但安装、使用不当是主要原因；如上所述，流动介质浸透到细微缝隙中，造成纤维素材料制成的密封垫的渗透泄漏。 
　　2 石棉橡胶密封垫 
　　石棉橡胶密封垫包括普通石棉橡胶密封垫、耐油石棉橡胶密封垫、增强石棉橡胶密封垫、石棉钢片密封垫、混合石棉橡胶密封垫和复合石棉橡胶密封垫等。 
　　2.1 普通石棉橡胶密封垫 
　　普通石棉橡胶密封垫是用石棉、橡胶、结合剂等经辊压而成的各种零件结合面间所用的密封垫，如发动机汽缸垫、管道法兰盘密封垫等。普通石棉橡胶密封垫因配料、工艺、性能及用途不同分为高压石棉橡胶密封垫（如XB450）、中压石棉橡胶密封垫 （如XB350）和低压石棉橡胶密封垫（如XB200）三种。其中高压石棉橡胶密封垫可以用来密封高温（450℃）、高压（6MPa）的流动介质，中压石棉橡胶密封垫可用于温度350℃、压力4MPa的流动介质的密封；而低压石棉橡胶密封垫只用于一般低压冷却水或蒸气的密封。 
　　普通石棉橡胶密封垫单张成型厚度一般为≤3mm。 
　　2.2 耐油石棉橡胶密封垫 
　　耐油石棉橡胶密封垫是以石棉、耐油橡胶和结合剂为主要材料经辊压而成的密封垫，有Ny300型和Ny 400型两种。Ny300型耐油石棉橡胶密封垫适用于中小功率发动机燃油系、润滑系及冷却系的密封，而Ny 400型耐油石棉橡胶密封垫可用于温度400℃、压力4MPa的油料、溶剂、碱类介质的密封。 
　　耐油石棉橡胶密封垫单张成型厚度有1、2、3mm三种。 
　　2.3 增强石棉橡胶密封垫 
　　增强石棉橡胶密封垫是由石棉橡胶板和一层或多层镀锌钢丝网（或不锈钢丝网）组成，分为耐油增强和高压增强两种。钢丝网夹在石棉橡胶中，以增加拉伸强度，使之承受高压和高温。 
　　增强石棉橡胶密封垫单张成型厚度一般不超过3mm. 
　　2.4 石棉钢片密封垫 
　　石棉钢片密封垫是两面为耐油石棉橡胶板，中间夹入冲眼不锈钢片作骨架，经压制、硫化、表面均匀涂敷润滑剂的密封垫。耐油石棉橡胶板为未经硫化的一面光滑、另一面拉毛，厚度约0. 5mm。不锈钢片厚度为0.2mm、孔眼直径0.1~1mm、孔眼排列为每100mm36~40孔。目前，石棉钢片密封垫多使用在体积小、质量轻、功率大的高速二冲程发动机上。

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　　2.5 混合石棉橡胶密封垫
　　混合石棉橡胶密封垫是由耐油石棉橡胶板、普通石棉橡胶板、增强石棉橡胶反以及钢架石棉板等复合加工而成的密封垫，可用于各种状态的零件结合面如光滑面、凹凸面及榫槽面等密封，性能优越，但结构复杂，制造成本高。
　　2.6 复合密封垫
　　复合密封垫是充分发挥聚四氟乙烯和非金属材料的优点，利用普通石棉橡胶板和增强石棉橡胶板等制成的密封垫，具有耐高温、耐高压（11~45MPa）、弹性好、强度高、垫片系数（开始发生泄漏时密封垫的有效压紧力与内压之比）小等优点。
　　3 密封垫的选用
　　3.1 选用原则
　　密封垫的选用原则是，对于要求不高的场合可凭经验选用，不合适时再更换。但对那些要求严格的场合，如压力爆发、可燃气体温度高、有腐蚀性的流动介质、流速高且有一定压力和温度的管道等，则应根据工作压力、工作温度、流动介质腐蚀性以及零件结合面的状态和形状来选用。
　　一般来说，常温低压条件下选用非金属软密封垫，中压高温时选用金属与非金属组合的密封垫或金属密封垫；在温度和压力较大波动条件下，应选用弹性好的或自紧式密封层；在低温、腐蚀性介质或真空条件下，应选用具有特殊性能的密封垫。
　　3.2 选用密封垫的影响因素
　　由上述可知，零件技术状况及工作条件、密封垫材料及密封性能等对合理选用密封垫有一定影响，现举例一二予以说明。
　　1）零件结合面状态。零件结合面状态不同，要求使用的密封垫也不同。例如：光滑的零件结合面，一般应选用低压、软质和较薄的密封垫；高压工作条件下、零件强度足够时应选用厚而软的密封垫，不宜采用金属密封垫。因为这时要求的压紧力过大，导致螺栓较大的变形、零件压紧力减小，反而使密封垫有效性下降。只有在零件结合面狭窄而光滑的情况下可使用金属密封垫，因为此时在相同螺栓拧紧力的情况下密封垫有较大的压紧力，可以保持足够的密封度。
　　2）零件结合面粗糙度。这对密封效果影响很大，特别是当采用非软质密封垫时。这是因为零件结合面粗糙度大是造成泄漏的主要原因之一。软质密封垫对零件结合面粗糙度要求较低，这是因为它容易变形，能堵住两零件结合面微凸体相互接触而形成的泄漏通道，从而保证了良好的密封效果。
　　3）零件结合面与密封层的硬度差。使用密封垫的目的是使密封垫产生弹性或塑性变形，以填补零件结合面的微小凹凸不平，阻止流动介质的泄漏发生。因此应使密封垫硬度低于零件硬度，二者相差越大，实现密封就越容易。例如，当使用金属密封垫时，为了保证良好的密封效果，应尽可能选用较软的材料，使金属密封垫硬度比零件硬度40HRS以上为宜。
　　4）黑色金属零件结合面应选用铜质金属密封垫，而不能采用铝质金属密封垫，以免黑色金属零件遭受电腐蚀损坏。