密封對超高壓液壓技術(shù)的可靠性來說起著舉足輕重的作用。該文分析了超高壓密封的原理及特殊性，簡介了超高壓密封件的材料及選用原則，重點(diǎn)介紹了液壓泵、液壓缸、管路系統(tǒng)各種接頭以及控制閥工藝孔口的幾種典型密封結(jié)構(gòu)，密封件形式、材料以及壓力使用范圍。為超高壓液壓設(shè)備密封的設(shè)計以及選用提供依據(jù)和參考。

引言

　　談到超高壓時，必須與時代聯(lián)系起來，因為超高壓是隨著時代不同而不同的。原機(jī)械工業(yè)部所頒布的JB824-66 壓力分級中規(guī)定當(dāng)壓力p>32MPa 為超高壓。而文獻(xiàn)在介紹壓力分級時，把壓力p=40~70MPa 為超高壓，p>70MPa 為超級高壓。而文獻(xiàn)一文中提到，當(dāng)液壓系統(tǒng)或液壓機(jī)械中的壓力超過82MPa 時，通常稱為超高壓的劃分與定義。科學(xué)技術(shù)總是隨著時代而進(jìn)步，人們亦應(yīng)隨時代的步伐看待技術(shù)問題，p>82MPa，通常稱為超高壓壓力，從時間上說，可謂當(dāng)前的說法。

　　目前，有些行業(yè)如人造金剛石六面頂壓機(jī)、金屬擠壓設(shè)備、液壓成型機(jī)、粉末冶金設(shè)備、超高壓射流切割機(jī)和耐壓試驗等方面使用的壓力通常在100MPa 左右，有的甚至在600MPa 以上。

　　超高壓液壓系統(tǒng)壓力超高，流量小，一般存在兩方面情況：一方面因壓力超高，故在間隙相同的情況下，它比常壓泄漏量大幾倍或幾十倍；另一方面因流量小，往往為1L/min，則稍有泄漏即使微泄漏也會產(chǎn)生很大影響，對高壓系統(tǒng)的升壓或保壓性能的影響尤為突出。故真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為對密封一定要嚴(yán)格要求，考慮周全，盡可能不讓它產(chǎn)生泄漏，應(yīng)具有高可靠性。對超高壓的密封一定要注意它的安全性。高壓元件及管路材質(zhì)的致密性與強(qiáng)度絕對可靠，決不允許出現(xiàn)微隙或針孔，因是超高壓，一旦泄漏，在一定范圍之內(nèi)，泄漏出的射流，像利箭一樣會傷人，應(yīng)特別注意它的安全性。

1、超高壓密封原理

　　超高壓密封原理與中高壓液壓元件或液壓系統(tǒng)的密封原理并無本質(zhì)區(qū)別，它同樣是利用密封件堵塞流體流動的通道，阻止泄漏而密封；對于非接觸的間隙密封，同樣利用液流過長的間隙通道，受到阻力，產(chǎn)生壓力損失，到間隙出口端壓差近于零，就近于無泄漏而形成密封。它與一般壓力情況所不同的是，屬于堵塞的密封件材質(zhì)必須能承受超高壓力的擠壓或沖擊；屬于間隙的密封，其間隙值遠(yuǎn)比一般壓力間隙密封值小。

2、超高壓密封件的材料

　　盡管超高壓的密封原理與一般壓力密封原理基本上相同，但是密封件卻不一樣，需要其組織更致密，防止?jié)B漏，防止被擠壓損壞，則要求更結(jié)實(shí)。一般當(dāng)液流體介質(zhì)壓力超過100MPa，就難再使用合成橡膠、皮革、氟塑料，而用鋁、紫銅和鈹青銅，以及這些有色金屬合金，這些金屬及合金產(chǎn)生彈塑性變形，有利于填充密封面凹凸不平表面的凹陷微谷。此外，還有不銹鋼及一些可淬硬的鋼材等�？招牡慕饘貽 形密封圈可承受350MPa，甚至達(dá)700MPa。淬硬的45 或35CrMoAl 等球面鋼墊在螺紋力強(qiáng)制作用下可密封1000MPa 左右的壓力。

3、液壓件的超高壓密封

　　超高壓密封同樣分為靜密封與動密封。若按照液壓系統(tǒng)組成分為管路密封與液壓元件密封。液壓元件中常見的有液壓泵、液壓閥、液壓缸、液壓馬達(dá)等。下面介紹液壓泵與液壓缸的超高壓密封問題。

　　3.1、液壓泵超高壓密封

　　這里主要是往復(fù)式動密封，主要依靠間隙密封與填料密封。間隙密封多采用彈性圓筒襯套結(jié)構(gòu)，因液體介質(zhì)的粘性流動，產(chǎn)生壓力損失。這種結(jié)構(gòu)密封壓力可達(dá)600~700MPa 超高壓密封效果。

　　超高壓柱塞泵和滑閥的密封，主要是合理確定柱塞副、滑閥副的間隙。若間隙太小，則柱塞、滑閥會卡死；間隙過大，在超高壓情況下，泄漏量大大增加。如以80MPa徑向柱塞泵為例，它的柱塞直徑為φ8mm，若單邊間隙值為0.003~0.006mm，泵的容積效率可達(dá)90%，若單邊間隙為0.008~0.015mm 時，泵的容積效率不高于80%。對于直徑較大的柱塞和增壓活塞可采用組合式密封裝置，如圖1a 所示，它由O 形圈、擋圈、黃銅圈組合裝在帶錐度的柱塞上用螺母擰緊固牢，黃銅圈與柱塞孔初始間隙為0.025~0.076mm。當(dāng)柱塞端開始受到液壓力之后，O 形圈受到擠壓開始起密封作用。當(dāng)壓力增加到某一值，黃銅圈被壓向錐形軸肩，黃銅圈受到錐軸的軸向尤其徑向作用，同時黃銅圈與柱塞孔徑向縮小，起到一定密封作用，其工作壓力可達(dá)120MPa。如圖1b、圖1c 所示為增壓缸和手動柱塞泵常用的密封裝置。這種密封裝置一般有低壓油輔助退回，因此活塞芯軸和增壓活塞都是浮動的，如此密封裝置的工作壓力可達(dá)100MPa 或略高。

圖1 自緊式密封裝置

　　3.2、液壓缸的超高壓密封

　　如圖2 是額定壓力p=85MPa 的液壓缸的上下兩種密封結(jié)構(gòu)，工作速度V=360m/min，溫度t=-25°~140℃，介質(zhì)為液壓油，工作場所一般。在車氏密封件問世之前，國產(chǎn)密封件一般最高耐壓不超過65MPa。若設(shè)計、制造額定工作壓力超過65MPa，不進(jìn)口國外密封件，那是很困難的。故本缸選用美國優(yōu)瑞納斯(URANUS)的Gs、㎏、Ko、Go，支承環(huán)及O 形圈，擋環(huán)組成動靜密封。圖2 中上下部分各一個密封方案。

1、2-O 形圈、擋圈　3-㎏形圈組件　4、5、9-支承環(huán)　6-Gs 圈組件　7-防塵圈　8-Go 形圈　10-Ko 圈

圖2 超高壓缸上下兩方案密封結(jié)構(gòu)

　　車氏超高壓組合密封件問世后，設(shè)計制造超高壓液壓缸就不是很難的事，車氏超高壓組合密封已成功用到超高壓的機(jī)械設(shè)備上，如太原某設(shè)備公司生產(chǎn)的精壓機(jī)壓力為250MPa；南京某液壓成套廠的超高壓清洗車，其介質(zhì)工作壓力為200~250MPa；江蘇某公司的水壓試驗機(jī)，壓力在100MPa 以上。充分說明車氏超高壓組合密封對解決超高壓液壓產(chǎn)品上的密封技術(shù)難題，提升我國機(jī)電產(chǎn)品起了積極作用。

4、液壓管路系統(tǒng)超高壓密封

　　液壓管路系統(tǒng)是由金屬管、軟管及各種管接頭組成。主要考慮各種接頭的密封結(jié)構(gòu)，下面介紹幾種超高壓密封接頭。

　　4.1、擴(kuò)口接頭超高壓密封

　　當(dāng)壓力p=0~10MPa 可采用紫銅管，用工具擴(kuò)成喇叭口與相應(yīng)錐體用螺紋緊固連接而成。但此處是超高壓，其接頭密封形式相似而實(shí)質(zhì)完全不一樣[5]。它是用10 或15 優(yōu)質(zhì)冷撥無縫鋼厚壁鋼管。管端部加熱用專用模具沖壓而成，其喇叭口與接頭體公錐部分相似，在兩者之間加上錐形銅墊。在鋼管喇叭口上套一個與之相似的銅喇叭接管或謂之護(hù)套，然后將螺紋擰緊，其密封壓力可達(dá)到80~100MPa，如圖3 所示。

　　4.2、墊片孔口超高壓密封接頭

　　同樣選用10 或15 優(yōu)質(zhì)冷撥無縫碳鋼厚壁管子。管子端部加熱用專門工具打成端部平臺。必要時再精車加工，后平臺與孔口之間加銅墊圈，用螺紋擰緊，可密封壓力80~100MPa，如圖4 所示。

圖3 錐形銅墊圈超高壓密封擴(kuò)口接頭

圖4 金屬平墊超高壓密封接頭

　　4.3、O 形圈超高壓密封接頭

　　如圖5 所示O 形圈加擋圈超高壓密封焊接接頭。件1 加工O 形圈，擋圈溝槽，件4 外圓及凸臺均應(yīng)精加工。溝槽應(yīng)符合O 形圈加擋圈的要求。件4 外表面應(yīng)與凸臺平面垂直。尤其件4 與O 形圈接觸面應(yīng)有較低的表面粗糙度。件4 及管子壁厚應(yīng)符合超高壓要求。該超高壓密封接頭優(yōu)點(diǎn)是裝拆方便。它可密封液體的壓力為80~100MPa，甚至可達(dá)100MPa 以上。

1-錐螺紋接頭體　2-O 形圈　3-擋圈　4-臺階接管

圖5 O 形圈超高壓密封接頭

5、閥塊工藝孔口超高壓密封

　　在液壓系統(tǒng)中常見有不少工藝孔尤其以自行設(shè)計制造整體箱式閥塊工藝孔最多，制造完成后必須封堵。封堵時有兩種情況：一種是永久性不需要再拆開，另一種是封堵之后又常需要拆開。對于前者采取焊接封堵。若工藝孔徑d<10mm，則將工藝口擴(kuò)大，填充小圓柱頭，再焊死，如圖6a，直接焊易將夾物掉入工藝孔。若工藝孔徑d≥10mm，則將孔口適當(dāng)擴(kuò)大些，做帶有臺階小圓柱(比工藝孔徑小0.5mm)插入工藝孔，如圖6b 所示。若經(jīng)常拆開工藝孔可采用螺紋、金屬墊堵、螺紋球堵、錐堵等，如圖6c、6d 所示。

圖6 工藝孔的堵塞

6、結(jié)論

　　超高壓液壓技術(shù)的使用，已給人們的生活與工作帶來很多的方便與福音。如利用超高壓技術(shù)切割堅硬的實(shí)物，液壓成形生產(chǎn)金剛石，也可生產(chǎn)寶石。不但如此，超高壓技術(shù)日益擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，使用超高壓液壓設(shè)備日益增多，而且超高壓液壓試驗裝備也隨之增多。但影響該項技術(shù)的重要因素之一就是超高壓液壓密封需要盡快努力，不斷完善。超高壓密封，無論是靜密封還是動密封及其密封件，至今并無標(biāo)準(zhǔn)可參照。目前只是人們在超高壓密封實(shí)踐中探索，求其完善。若超高壓液壓密封可靠，則安全性也就大大提高了。