密封設(shè)計(jì)是為了在規(guī)定工況下實(shí)現(xiàn)可靠的密封性能,即泄漏少、摩擦力小、壽命長。絕對避免泄漏是不可能實(shí)現(xiàn)的,這不僅因?yàn)槲锢韱栴},而且因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性問題。只要存在間隙,盡管很小,都允許流體分子在兩個(gè)方向上有通道。密封不是絕對的,只是一個(gè)程度問題。 泄漏通常被認(rèn)為流體向外流過密封到被密封的機(jī)器的周圍區(qū)域。GB/T17446-2012《流體傳動(dòng)系統(tǒng)及元件詞匯》中定義泄漏為:不做有用功并引起能量損失的相對少量的流體流動(dòng);定義內(nèi)泄漏為元件內(nèi)腔間的泄漏;定義外泄漏為從元件或配管的內(nèi)部向周圍環(huán)境的泄漏。 液壓缸泄漏的原因,一是配合零件偶合面間存在間隙;二是偶合面兩側(cè)存在壓差(壓力)。內(nèi)泄漏影響液壓缸的效率、速度及輸出力等,同時(shí)使液壓工作介質(zhì)進(jìn)一步升溫,也可能引發(fā)事故;外泄漏浪費(fèi)液壓工作介質(zhì)、污染環(huán)境、易引發(fā)事故。液壓缸不管是內(nèi)泄漏或是外泄漏,都可能是很嚴(yán)重的事故。
NASA航空器挑戰(zhàn)者號的大災(zāi)難,點(diǎn)火后,管狀殼體的升壓導(dǎo)致殼體突然膨脹。0度以下的外部溫度降低了氟彈性體密封材料的彈性。7mm厚的O形圈未能快速膨脹,致使極熱的燃燒產(chǎn)物穿過中間膩?zhàn)用芊獠姵?,且局部燃燒O形圈。最后,從密封上噴出的火焰導(dǎo)致主燃料箱爆炸。通常假設(shè)密封明顯剛性結(jié)構(gòu)的O形圈是沒有問題的。挑戰(zhàn)者號災(zāi)難突出了這一錯(cuò)誤假設(shè)的潛在后果。在液壓閥門和液壓缸上的油噴出后快速升壓引起的泄漏,在某些情況下,甚至很小的結(jié)構(gòu)位移也可能導(dǎo)致彈性體密封的失效。
內(nèi)泄漏(量)和外泄漏(量)都是液壓缸出廠試驗(yàn)的必檢項(xiàng)目,具體請參見JB/T10205-2010《液壓缸》及GB/T15622-2005《液壓缸試驗(yàn)方法》。
密封的作用就是封住偶合面間隙,切斷泄漏通道或增加泄漏通道的阻力,以減少或阻止泄漏。衡量密封性能好壞的主要指標(biāo)是泄漏率(泄漏量/時(shí)間或泄漏量/累計(jì)行程等)、使用壽命和使用條件(壓力、速度、溫度等)。
當(dāng)徑向唇形密封的動(dòng)態(tài)密封能力(向內(nèi)泵送)失效時(shí),它就會泄漏;泄漏還可由老化、安裝不良或運(yùn)行因素等引起。彈性體硬化是泄漏的重要原因。硬化可能因過高接觸溫度引起,但低成本材料的過熱也可能因?qū)τ统販囟群?或摩擦加熱估計(jì)不足引起。硬化妨礙密封唇的彈性和回彈性以及使微觀粗糙組織變形、削弱動(dòng)態(tài)密封機(jī)理。最終,脆化導(dǎo)致橋接接觸環(huán)帶的小裂紋形成,從而產(chǎn)生泄漏路徑。泄漏還由于密封唇的泡皰而發(fā)生。其他主要因素:介質(zhì)劣化的沉積物,元件老化導(dǎo)致的軸磨損,軸的動(dòng)態(tài)偏心度等等。