金属密封圈
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金属密封圈
4.1 金属空心O形圈
金属空心O形圈，是用薄壁铜管、不锈钢管、镍合金管或蒙乃尔合金管焊成的高精度环形圈。根据不同要求，O形圈表面可以镀金、银、铂、铜、镍等或涂氟塑料等。空心的目的在于调节管内的压力来改善密封性能。其密封特点是：① 使用温度范围广（-270～1000℃）；② 使用压力范围广从1.33×10-16MPa的超真空到300MPa以上的高压（甚至可达2000MPa）；③可在橡胶O形圈不能使用的气体和液体（例如有机溶剂）中使用。金属空心O形圈的应用范围很广，例如用作高温发动机、高压成型机、真空容器、原子能反应堆等设备上的静密封。
4.1.1金属空心O形圈的分类
金属空心O形圈有基本型、开孔型和充气型三种：
1）基本型金属空心O形圈（图29.6-19a）这种圈的空心腔内为常压，是靠空心来保持较大的弹性，压紧力不能过大，适用于真空到7MPa的范围内使用。
2）开孔型金属空心O形圈（图29.6-19b）它是在基本型金属空心O形圈的内侧或外侧钻一些小孔，使管内腔与介质相通。当流体的压力升高时，管内腔的压力亦随之增大，从而使密封面上的压紧力随流体压力的变化而变化。这种自紧作用，大大提高了密封效果，这种密封圈可用于7MPa以上的压力部位的密封。
3）充气型金属空心O型圈（图29.6-19c）在金属圈的内部封入惰性气体，封压的大小常由管壁厚度来决定，其气体压力有3.5MPa，7MPa，10.5MPa几种。这种金属圈适用于高温密封，因其材料不同，耐温性能亦有高低。就镀软镍的金属空心O形圈而言，其最高使用温度可超过815℃。
金属空心圈除常用O形截面外，还有棱形和双棱形，如图29.6-20所示。图29.6-20a是椭圆形空心圈，其密封作用是靠圈的强力弹性与槽壁紧密接触来实现。图29.6-20b是棱形空心圈，它是靠上下两条棱边进行密封，其压扁度比标准空心圈要小，以10%为宜。图29.6-20c是双棱形空心圈，也是靠上下两条棱边进行密封，其安装槽较宽，压扁度小于10%。金属空心O形圈常用的密封结构见图29.6-21。 
图29.6-19金属空心O形圈的标准型式
a）基本型金属空心O形圈；b）开孔型金属空心O形圈；c）充气型金属空心O形圈
图29.6-20 金属空心圈的截面形状
a）椭圆形空心圈；b）菱形空心圈；c）双菱形空心圈
图29.6-21金属空心O形圈的常用密封结构 4.1.2 金属空心O形圈的选用
金属空心O形圈是靠空心圈的变形（压扁）所产生的回弹力，使密封面上产生一定的应力，此应力使空心圈的材料屈服，吻合密封槽上的凹凸之处，使圈和槽的密封面严密贴合实现密封。
如果金属空心O形圈的密封表面粗糙，存在裂纹、划伤、碰伤等缺陷，其材料的屈服变形量很小，不足以填补所有缝隙和凹凸不平之处时，必然会发生泄漏。要做到有效地密封，必须保证圈和槽的密封表面的粗糙度。密封液体时，槽表面的粗糙度要求Ra在1.6～1.8μm，以下，密封气体和挥发性液体时，Ra不应高于0.4μm。而对于密封那些贵重、稀有、剧毒气体和轻质液体时，其密封表面的粗糙度应当更低一些。
此外，空心圈的壁厚也是影响密封性的重要因素之一。用于密封气体及易挥发液体，可选用较厚的管子。安装时，空心圈的压缩量一般为20%～30%。
选择金属空心O形圈通常是根据介质的工作温度、工作压力和物理、化学性质（腐蚀性、放射性、易燃性、挥发性、毒性、粘度、密度和渗透性等）。选择的内容有：环的材料，是否有镀层或涂层，所采用的形式等。
4.2 椭圆形密封圈
图29.6-22所示为椭圆形密封圈，由塑性金属（例如紫铜）制成，该类密封圈适应各种介质，具有生产成本低、密封可靠及适用性广等优点。
椭圆形密封圈受压后的密封作用是靠密封材料屈服后填满法兰密封面的微观不平度来实现的。密封圈开始与法兰接触的是一条圆线，由于密封圈材料相对法兰来说是塑性的，螺栓上紧后该圆线部分即产生屈服。随着螺栓预紧力的增加，屈服的圆线逐渐变宽而成为一个环面，只要达到某个临界值就能够密封介质压力，此时密封圈的整体仍处于弹性状态。
今以DN100的紫铜密封圈作为标准试样，其尺寸为d=129mm；D=134mm，h=2.3mm，（见图29.6-22）进行密封性能试验：在预紧力下介质不泄漏时密封单位压力为81MPa，其相应的临界密封面宽度（接触面宽度）为3.5mm。 
图29.6-22试样尺寸
表29.6-48金属空心O形圈的选择
使用条件圈型材料镀层和涂层温度/℃压力/MPa-250～10010-6～3.0基本型不锈钢、铝、深冷工况下，圈与法兰螺栓同材料一般气体、挥发性液体介质时，圈表面镀银或包聚四氟乙烯开孔型100～30010-6～3.0基本型不锈钢一般气体、挥发性液体介质时，圈表面镀银或包聚四氟乙烯开孔型300～400≤4.0基本型因科镍合金一般气体、挥发性液体时，圈的表面镀银＞4.0开孔型＞400～540充气型＞540～700
≤4.0
充气型
因科镍X合金镀银＞4.0开孔型椭圆截面密封圈已在蒸汽和燃油锅炉的人孔、手孔以及管道，输水和输油管线，空气压缩机和空气设备中使用。
密封圈的椭圆截面其长轴应大于密封面宽度的2倍，椭圆长轴与短轴之比为3，这些数据可在设计中参考。