上海沪工阀门厂(集团)有限公司

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摘要:对调节阀快速插头的密封容易失效原因进行了分析,并提出改进方法,自行设计制造的新型密封件简化了结构和制造工艺,降低了成本,提高了使用寿命,具有推广价值。

关键词调节阀快速接头密封改进设计

调节阀快速接头的关键技术是在于密封性能,在与插头对接时,要有很好的密封性,避免管内流体泄漏,同时拔出插头时,能迅速关闭接口。现在快速接头的技术已经非常成熟,市场上的种类也非常多,各有技术优点,但也存在一些不足,如结构复杂、制造成本高、密封容易损坏等缺陷。笔者根据工作中接触到的喷枪快速接头,其密封很容易损坏。经过长时间的摸索改进,自行设计了快速接头的密封结构,简化了密封结构和制作工艺,降低了制作成本,同时提高了密封的寿命。现作如下介绍,谨供同行参考。

1 调节阀快速接头的结构及工作原理

调节阀(图 1)
图 1 调节阀
快速插头(图 2)
图 2 快速插头

图 1为调节阀,图 2 为快速插头。调节阀有 3 个接头,带螺纹的 2 个接头与油漆管连接;另一个是卡口式快速接头,在生产时与固定在喷枪上快速插头连接,这样喷枪经调节阀与油漆管形成了连接。

调节阀快速接头内部密封结构示意图(图 3)
图 3 调节阀快速接头内部密封结构示意图

(1)快速接头密封结构。如图 3 为调节阀快速接头内部密封结构示意图,其密封由 4 部分组成:压缩弹簧,钢球和钢球座,弹性密封,弹性密封座。

(2)快速接头工作原理。如图 3 所示,快速接头在没有与插头连接时,压缩弹簧将钢球压到钢球座上,堵住连接孔,形成关闭状态;而当插头由下往上插人连接孔时,插头依次与弹性密封座、弹性密封、钢球座和钢球接触,最后插头将钢球顶离开钢球座,打开连接孔,流体经插头中心孔流出,就完成了快速对接。在对接时,插头与连接孔中的钢球座、弹性密封座的配合都是间隙配合,只有弹性密封与插头是紧密配合,即只有弹性密封对插头起到密封作用。在与插头连接和断开的操作中,插人时,插头在打开连接孔前,先与弹性密封接触形成密封;而拔出时,插头在脱离弹性密封前,钢球已经先堵住连接孔,这就是快速接头与插头连接和断开时,没有油漆泄漏的原因。

弹性密封的工作原理和常见的骨架油封是一样的,是靠弹簧的收缩力形成密封。

2 原密封存在的缺陷及原因分析

从生产使用中故障情况统计,所有的接头泄漏故障都是弹性密封磨损、变形等造成接头泄漏,而且使用寿命很短,平均寿命均为 1 个月;备件成本高,该产品为美国某厂家生产,采购成本为每个密封 300 元人民币。其故障原因分析如下:

钢球座和弹性密封之间有间隙和死角(图 4)
图 4 钢球座和弹性密封之间有间隙和死角

(1)油漆含有金属颗粒和油漆尾液凝结颗粒,其会加速弹性密封的磨损。现在喷涂的油漆,大都含有金属颗粒,如图 4。钢球座和弹性密封之间有间隙和死角,插头拔出时,就会有油漆尾液残留在间隙里,在残留的地方凝结变硬,当插人插头时,凝结的油漆和金属颗粒就会对密封挤压,造成弹性密封的磨损和变形;还有残留的油漆经间隙流入弹性密封圈的弹簧槽内,使沉淀凝结,使得弹簧失效,不再有收紧的作用。

(2)弹性密封的有效密封厚度约 1.5~2mm,密封面小,容易磨损失效;弹簧小收缩力有限,当密封圈的弹簧槽内有油漆凝结后,就失去作用。

因此,要改进原来密封结构,就要解决原密封存在的这两点缺陷。

3 新型密封结构及技术特点

3.1 新型密封结构

图 5 新型密封的组成(图 5)
图 5 新型密封的组成
密封件实物(图 6)
图 6 密封件实物

如图 5 所示,新型密封由压缩弹簧、钢球、密封件 3 部分组成。其中新密封将原来的钢球座、弹性密封和弹性密封座 3 个部分组合成一体,如图 6 所示的密封件实物。

3.2 新密封的技术特点

(1)利用密封自身的弹性变形形成密封,不再另外加装弹簧。如图 5 所示,新密封件整体上呈管状,在上半端管壁内加工有 U 型凹槽,形成内外两层管壁;内孔尺寸为上小下大。新密封件上端内层是密封件的关键,其管壁设计得相对较薄,是为了让它容易产生弹性变形;其内孔和快速插头的配合尺寸为过盈配合,当插头插人时,薄壁管发生弹性变形涨大,薄壁管靠自身弹性变形的收缩力,使得管壁和插头外表面紧密接触形成密封。新型密封的工作过程与原装密封一样,即在与插头连接和断开的操作中,插人时,插头在打开连接孔前先与新密封件上端内层管壁形成密封;而拔出时,插头在脱离新密封件上端内层管壁前,钢球已经先堵住连接孔,整个过程的密封都是靠密封件上端内层薄壁管自身的弹性变形来完成,达到快速断接而没有油漆泄漏。

在快速接头未与插头连接时,弹簧将钢球压在密封件上端内层管壁的出口上,对连接孔形成关闭,这时,内层管壁受到弹簧压在钢球上的压力和管内油漆的压力,这样内层管壁需要一定的刚性。

(2)利用流体自身压力形成密封。密封件上端设计有 U 型凹槽,它不但为内层管壁产生弹性变留下了空间,同时在工作时 U 型凹槽内填充满油漆,由于油漆本身就有 600000~800000Pa 的压力,给薄壁管在径向上一个很大的压力,这样使得薄壁管和插头接触捏合得更好,提高密封的可靠性,解决了原来弹性密封弹簧收缩力偏小,导致密封容易失效的问题;而当拔出快速插头后,油漆的压力有助于薄壁管涨大弹性变形的收缩,降低薄壁管弹性变形的疲劳度,提高密封件的寿命。

(3)新密封内孔平滑过度,无死角,不易结漆,密封接触面大,提高密封件寿命。新密封内孔上小下大,设计成平滑过渡,没有死角,解决了原密封内孔有死角的缺陷,这样残留的油漆不易结堆凝结在密封件内孔,减少油漆颗粒对密封件的挤压摩擦。新密封的密封面大小,取决于密封件上端 U 型槽的深度,即上端内层薄壁管的高度。薄壁管越高,密封面越大,越有利于提高密封可靠性;而薄壁管的高度,取决于制作材料的刚性和弹性综合性能。现在我们使用聚四氟乙烯棒料制作,薄壁管的高度达到 8mm,而原来的弹性密封高度为 2mm。这样,新密封件和原来弹性密封的密封面大小比,即为它们的高度比,新密封件为原来的 4 倍,大大增加了密封接触面,解决了原来弹性密封密封面小的缺陷;同时密封面增大后,也有利提高密封的耐磨性,从而提高密封寿命。

(4)制造工艺简单,大大降低了制造成本。从密封件的形状可看出,其制作工艺非常简单,既可以机加工制作,也可以注模成形制造,只靠单一的制作工艺就可以完成;而原来的弹性密封,既需要注模制造,又要制作弹簧及焊接,工艺相对复杂;新密封制造工艺简单,制作成本自然降低。

4 结束语

车间现场从当年的 5 月份开始使用新密封件代替原来的弹性密封,在替换前,弹性密封平均每 2 天损坏一个,经过 5 月份的逐步替换后,到 8 月份密封损坏只有 4 个,故障率大大降低。经试用证明,新型密封件不仅可以起到原来密封的功能,而且大大提高密封寿命,达到改进的预期效果。

新密封件的特点制作工艺简单、密封性好、寿命长,适用于类似于油漆等含有微小固体颗粒环境。在工业生产及生活中,需要使用快速接头的场合很多,如水管快速接头、压缩空气快速接头等,本文介绍的密封件有着良好的推广价值。


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