密封设计规范

密封设计规范目录目录------------------------------------------1参考资料--------------------------------------21.目的----------------------------------------32.适用范围------------------------------------33.密封概述------------------------------------33.1垫片静密封-------------------------------33.1.1.垫片密封结构及原理-----------------33.1.2.垫片的密封机理及选型---------------33.1.3.法兰面垫片密封的压紧型式-----------43.2密封胶静密封-----------------------------53.2.1密封胶密封结构及原理----------------53.2.2密封胶密封的压紧型式----------------63.3成型填料密封-----------------------------63.3.1非金属O型圈的密封结构机理----------63.3.2非金属O型圈失效模式----------------203.3.3其他型式的密封圈-------------------253.3.4金属空心O型环密封------------------254密封试验-------------------------------------25参考资料：1）机械设计手册第五版.化学工业出版社2）机械设计图册北京.化学工业出版社.20003)国标GB700–86，GB4208等密封标准4）1.目的：统一规范电池组箱体密封设计标准，方便开发人员进行密封结构设计。2.适用范围：标准适用于天津市捷威动力有限公司动力电池开发部开发的电池组系统。3.密封概述：电池组箱体密封主要采用垫片静密封，密封胶静密封，成型填料（动静）密封三大类。3.1.垫片静密封。垫片密封主要是橡胶平垫结构，具体橡胶平垫的规格要根据箱体的机构定型。3.1.1.垫片密封结构及原理利用平垫式不亲油，不亲水，承受压力情况下变形小的泡棉材料，硅胶材料及橡胶材料布置于上下电池组箱体配合面上，靠上下箱体压紧密封。3.1.2.垫片的密封机理及选型密封垫是靠外力压紧而产生弹性或塑性变形,从而填满金属表面上微小的凹凸不平来实现密封的。如果压力太小,垫片沒有压紧就不能止漏,但压紧力太大往往又会使垫片产生过大的压缩变形甚至破坏.因此,为了正确地使用密封垫,必須采用恰好保证密封的最小压紧力，一般垫片的变形量要控制在小于20%，以保持密封材料的弹性，达到密封效果。在设计电池组箱体时要综合考虑最小压紧力（目前还没有密封材料对应最小压紧力的数据）及垫片变形量。表1,，螺钉扭矩与螺钉最小压紧力间的关系目前公司已使用过的材料有东日，圣戈班，长濑公司生产的EVA(发泡塑胶)，密封泡棉，高弹性泡棉材料。具体的材料特性可参照本文3.3.1的9)~16)。3.1.3.法兰面垫片密封的压紧型式图2，法兰连接垫片密封图2所示为法兰连接垫片密封，图a~d的垫片型式为非金属软垫片，在设备及管道连接的密封应用较成熟，图a密封垫片为满铺式，即整个法兰面上用垫片铺满。因密封垫片接触面积大，在同样密封压力条件下，螺栓受力大，法兰受力比较均匀，适用于密封介质压力不高，铸铁法兰的连接。图b垫片接触面比图a小，螺栓受力有所改善。图c是最常见的法兰连接，在同样螺栓受力条件下，密封压紧力大，但法兰根部需承受螺栓螺栓力引起的较大弯矩，适用于压力较高，钢制法兰的连接。图d为榫槽面法兰连接，垫片宽度较窄，并位于槽内，榫面法兰在螺栓力作用下压紧垫片，垫片的变形量堆积在榫槽内，外圆的间隙，使密封更加严密，适用于压力较高，毒性较大，密封要求严格的法兰连接。3.2.密封胶静密封。密封胶主要用于较成熟的电池组系统，以免造成拆装电池组不便，但是密封胶因为是液体涂抹到电池组箱体密封法兰上时可以很好地填充上下壳体间的间隙，待胶凝固后密封效果更能够达到IP67。目前使用的液态密封胶有HT901。3.2.1.密封胶密封结构与机理1)对结合面间隙的估计.结合面在涂胶前先用量具测量间隙距离.当间隙小于0.1mm时,可单独使用液态密封胶；如果间隙在0.1~0.3mm之间.液态密封胶必须与固体垫片并用才能达到良好的密封效果；当间隙超过0.3mm,如果实验条件不苛刻,使用温度和工作压力都不高时,采用液态密封胶与固体垫片共用也能达到满意的密封效果,否则二者并用后仍将会产生泄漏或渗透。2)结合面间隙较大的部位，应选用可干可剥型，不干粘接型或半干粘弹型密封胶加固体垫片并用。3)电池组液冷管管接头等螺纹密封,优先考虑选用聚四氟乙烯生料带和厌氧性液态密封胶。在螺纹管道间隙较小,使用工作压力和温度要求不高的情况下,也可选用不干粘接型和半干粘弹型液态密封,但不能选用干粘着型和干可剥型密封胶。因为干型液态密封胶含有大量溶剂,溶剂挥发后形成的皮膜残留在螺纹管道上,易堵塞管道面影响工作。4）密封胶分类3.2.2密封胶密封的压紧型式1)预处理：将封面上的油污、水、灰尘或金属屑除去。单独使用时,两密封面间间隙应不大于0.1mm。2)涂敷：涂敷厚度视密封的加工精度、平整度、间隙大小等具体情况而定,一般在电池包下箱体的配合法兰面上涂敷0.12~0.2mm厚度即可。3)干燥：溶剂型液态密封胶需干燥,干燥时间时所用溶剂种类和涂敷厚度而定,一般为3~7mm。4)紧固、紧固方法与使用垫片相同,不可错动密封面。3.3.成形填料密封。它是靠填料本身在机械压紧力或介质压力的自紧作用下产生弹塑性变形而堵塞流体泄漏通道的。成形填料密封按工作原理分为挤压密封圈（O-Ring密封结构即O型密封圈）及唇型密封圈两类，材料主要是橡胶。3.3.1．非金属O型圈的密封结构机理1）O型圈概述O型圈是一种界面形状为圆形的橡胶圈，是液压气动中应用最广泛的密封件。2）O型圈特点1：安装前2：安装后3：箱体内部有压力情况特点：1尺寸小装拆方便，2动静密封均可用，3静密封几乎没有泄漏，4单件使用双向密封，5动摩擦力小，6价格低。3）O型圈密封原理O型圈密封是一种挤压型密封。当密封件产生初始形变和应力Pseal，PwPseal时，将不会泄漏。Pm=P0+Pp，Pp=K×P。Pm=P0+K×PK为介质压力传递给O型圈压力的系数（对橡胶，K=1；对无缝钢管？复合密封圈？）因此，只要O型圈存在初始压力，就可实现无泄漏的绝对密封。O型圈密封是一种自密封结构4）O型圈密封压缩变形率选择偏心理论上0压缩也可实现密封，实际是不可能的。偏心工作载荷下，O型圈拉伸，变细，就可能泄漏低温橡胶收缩，变细，可能泄漏（低温会造成橡胶加速老化，失去补偿能力）一般断面有7%-30%的压缩变形率，静密封取大的压缩率（15%-30%），动密封取小的压缩率（9-25%）5）O型圈受内压、外压选择受内压受外压受内压O型圈外径与沟槽外径相同受外压O型圈内径与沟槽内径相同防止出现在工作压力下出现O型圈直径变小。将O形圈安装在沟槽内时，要受到拉伸或压缩。若拉伸和压缩的数值过大，将导致O形圈截面过度增大或减小，因为拉伸1%相应地使截面直径W减小约0.5%。对于孔用（内压）密封，O形圈最好处于拉伸状态，最大允许拉伸量为6%；对于轴用（内压）密封，O形圈最好延其周长方向受压缩，最大允许周长压缩量为3%。6）O型圈挤出原理7）O型圈允许挤出间隙最大允许挤出间隙gmax和系统压力，O形圈截面直径以及材料硬度有关。通常，工作压力越高，最大允许挤出间隙gmax取值越小。如果间隙g超过允许范围，就会导致O形圈挤出甚至损坏,当压力超过5MPa时，建议使用挡圈表一，材料硬度，压力及O型圈截面直径间关系材料硬度压力MPaO形圈截面直径W1.782.623.535.337.00邵氏硬度A70≤3.500.080.090.100.130.15≤7.000.050.070.080.090.10≤10.500.030.040.050.070.08邵氏硬度A80≤3.500.100.130.150.180.20≤7.000.080.090.100.130.15≤10.500.050.070.080.090.10≤14.000.030.040.050.070.08≤17.500.020.020.030.030.04邵氏硬度A90≤3.500.130.150.200.230.25≤7.000.100.130.150.180.20≤10.500.070.090.100.130.15≤14.000.050.070.080.090.10≤17.500.040.050.070.080.09≤21.000.030.040.050.070.08≤35.000.020.030.030.040.04由上图可知正确选择电池组上下箱体间预留间隙是O-Ring密封圈密封作用的关键参数，但是前提要已知电池包内部预压，O型圈材料。8）O型圈压缩量选择液压-气动-静密封液压-动密封气动-动密封和材料有关的O形圈圆周方向的压缩力9）O型圈材料特性10）O型圈材料特性比较图11）O型圈材料特性排序12）O型圈材料硬度13）O型圈材料特性14）O型圈材料耐化学性15）O型圈材料耐温性16）O型圈材料选择原则外界因素：1，工作状态：动密封，静密封；连续工作，间断工作等2，工作介质：液体、气体还是两相流，及介质的物理化学性能，与介质相容性3，工作压力：介质工作压力高低，压力波幅，瞬时最大压力4，工作温度：瞬时温度和冷热交变温度5，成本来源：成本低，来源广O型圈的硬度硬度：一般为70-90邵氏硬度，静密封选低值70，旋转密封取高值80，极少采用90。17）O型圈设计原则通则：O型圈密封是挤压式密封，设计主要内容为O型圈的压缩和拉伸。O型圈直径压缩和拉伸。a，压缩量过小：泄漏b，压缩量过大：应力松弛引起泄漏c，拉伸量过大：界面直径减少太大而引起泄漏压缩率设计：W%=(d0-h)/d0。a，有足够的密封接触面积b，避免永久变形c，摩擦力尽量小圆柱静密封：10%-15%，平面静密封：15%-30%。往复运动密封：10%-15%。旋转动密封：内径比轴大3%-5%，外径压缩率为3%-8%。低摩擦用密封：一般为5%-8%，考虑介质和温度引起的膨胀，如超过15%，重新选材。拉伸率设计：W%=(d0+d)/(d0+d1)。O型圈装入轴中后，一般会有拉伸，如果无拉伸，装配时容易脱出，如拉伸过大，会导致O型圈截面积减少太多，出现泄漏。一般其拉伸量为1%-5%。18)O型圈沟槽设计槽体积比O型圈体积大15%左右。设计参数：形状，尺寸，精度，粗糙度，对于动密封，需要计算相对运动间隙。原则：容易加工，尺寸合理，精度容易保证，拆装方便。a，有压缩3%-30%的压缩。b，在介质中膨胀，温升膨胀。c，太窄磨损，太宽滚动磨损。O型圈沟槽深度设计：槽深的设计决定O型圈的设计压缩量，沟槽深度加上间隙小于O型圈自由状态下O型圈的线径。O型圈的压缩量由内径压缩量δ’和外径压缩量δ”构成。δ’δ”,O型圈安装时受压缩；拆卸时O型圈有弹跳；常用于旋转密封。δ’=δ”,O型圈安装时未受压缩；最为常用。δ’δ”,O型圈安装时受拉伸；用于滑动密封，如活塞密封。O型圈沟槽槽口和槽底圆角设计：槽口圆角：防止O型圈装配时出现割伤和刮伤。R=0.1～0.2mm过大，过小会出现什么情况？（挤出和割伤）槽底圆角：防止出现应力集中，动：R=0.1～1.0mm，静:R=d0/2mm，O型圈沟槽表面粗糙度设计：静密封：Ra=6.3～3.2，动密封：Ra=1.6，旋转密封：轴凹槽：Ra=0.4或更小。A，采用什么样的工艺来加工沟槽比较好。B，沟槽的粗糙度过大或过小会出现什么问题。目的：防止O型圈在工作时出现间隙咬伤和挤出实效。使用：单向受压，一个挡圈；双向受压，两个挡圈。O型圈沟槽型式和公差：详见