[发明专利]矩形环与O形环自紧密结构

说明书

技术领域

本发明属流体动力传输与流体介质输送系统的密封技术领域，涉及杆(/孔配合)密封和塞(/缸配合)密封及其对应的孔和缸的口(/盖对接)密封，特别涉及符合终结现有垫压紧密技术和现有O形环自紧密技术的(本发明人提出的)徐氏密封理论的矩形环与O形环自紧密结构，并伴随对徐氏密封理论的进一步披露。

背景技术

密封，是致表面的无漏对接或无漏配合，因此，按密封面型，可分为端面(对接)密封和柱面(配合)密封。实现端面的自紧密封，如图1a所示，可使用O形环(Φd_1o)，也可使用矩形环(Φd_1r)。O形环的柱面自紧密封，如图1b所示，可分为杆(/孔)密封(Φd₁₂)和塞(/缸)密封(Φd₁₃)。O形环的端面自紧密封(Φd_1o)，如图1c所示，可分别用某种O形环密封(Φd₁₁～Φd₁₃)替代，因此，如果将标注Фd₁₂和Φd₁₃的替代密封分别视作静止杆(/孔)密封和塞(/缸)密封，则无疑可将标注Φd₁₁的替代密封视作孔和缸的口(/盖)密封。鉴于图1d的螺口密封与图1c的口密封相同，鉴于原始O形环面密封(Φd_1o)的规格系列参数及其填充特征(可)与口密封相同，因此，表面的自紧密对接或配合可按矩形环自紧密封和O形环口密封(Φd₁₁)、杆密封(Φd₁₂)及塞密封(Φd₁₃)来统一研究处理。

现有技术的法兰，如图2所示，通过螺栓实施紧固连接，通过两个法兰面间的平垫压紧实现密封连接，不是图1所示的标注Φd_1r的矩形环的自紧密连接。如图3所示，压紧密连接在紧固前，法兰无弯曲，垫与法兰面的接触宽度为b；在紧固后，法兰弯曲致接触宽度b减小；在加流体压力后，法兰进一步弯曲致接触宽度b再减小；也就是说，总体上，对于现有技术法兰，安装紧固是致垫加载(致其压缩应力增加)，流体压力是致垫卸载(致其压缩应力减小)。所以，现有技术的法兰连接或垫的压紧密连接有如下四个不可克服的致命问题：

●无论怎样设计，平垫压紧密封都是泄漏的

密封，是致密封面变形至填平补齐凸凹不平的接触面的行为；泄漏，是流体在接触面上输出一个接触分离力极限等于“接触面积x流体压强”的过程；因此，致垫无漏压紧密连接的力学条件是，既能致密封接触至充分变形接触，又能致密封接触至充分抗流体渗穿的紧密接触。软而无弹性的垫材(如油脂)有致密封面易变形至充分变形接触的条件，但却没有致密封面被支撑至充分紧密接触的条件，硬而富弹的垫材则反之。现有技术无致其密封面达到又软又强的结构理念和方法以至于密封面最接近又软又强结构理念的盘绕垫和齿垫也无法致其密封面下盘绕带和齿达到充分强的地步，因此，无论怎样设计的垫压紧密结构，在某个压力温度条件下，都是泄漏的。

●无论怎样安装，平垫压紧密封都是泄漏的

密封需要密封面屈服至填平补齐表面粗糙度所致的接触面的凸凹不平，而法兰面的经济加工表面粗糙度可不低于3.2μm；也就是说，法兰密封垫的安装紧固所致的周向均匀压缩程度不应超过μm级，否则再大的紧固力都是无效的。因此，如图3所示，即使对于密封面最接近又软又强结构理念的盘绕垫和齿垫，无论采用何种安装紧固力矩控制方法，也都不可能致垫的周向紧固达到μm级均匀程度，或无论怎样安装，垫的压紧密封结构都是泄漏的。

●流体压力总是致平垫压紧密封性下降

流体压力，无论大小，作用在相当于法兰端盖上的等于“垫内堂圆面积x流体压强”的力都是致垫的压缩应力即密封性下降，作用在垫内柱面上的力有致垫被吹出的风险。为了遏制垫被吹出，现有技术标准规定法兰面粗糙度须是一个3.2μm～6.2μm的非正常值，与对接面越精密、越易密封和加工越精密、越好的普通技术理念相左以至于有额外的泄漏风险。

●垫材冷流总是致平垫压紧密性下降

任何密封材料，在一定温度条件下，都不可避免地会冷流致垫压缩应力即密封性下降。

也就是说，按徐氏密封理论，现有技术的垫压紧密封原本是一个泄漏装置。

按O形环密封技术标准ISO 3601-2008，O形环对其容腔的填充百分比不得大于85％，以至于端面密封O形环只轴向受压安装(因而叫轴向密封)，杆/塞密封O形环只径向受压安装(因而叫径向密封)。也就是说，现有技术O形环是两侧受压安装，明确反对四侧触壁安装。