井下橡胶杂件密封的应用及要求

美国工业静密封标准和美国军用标准MIL2G25514F都采用等密封能力设计原则。国家标准GB3452.3―1988、美国工业静密封标准和美国军用标准MIL2G25514F均符合文献  <2>中对于邵氏硬度为90的O型密封圈在70MPa工作压差下的最大间隙要求。在井下工具常用的直径尺寸范围(30～200mm)内，对于获得同样的密封能力，选择美国军用标准MIL2G25514F可以降低设计制造的精度要求。
美国军用标准MIL2G25514F以截面尺寸为5.33mm、规格22325～22348的O形圈为例，设计轴沟槽的密封尺寸。由查表所得数据可知，它们之间的最小密封间隙为0.038mm，最大密封间隙为0.088mm，各种规格O形圈的密封间隙的变化范围是一定的。所以，美国军用标准MIL2G25514F采用了等密封能力的设计原则。美国工业静密封标准同样以截面尺寸为5.33mm、规格为22325～22348的O形圈为例，设计轴沟槽的密封尺寸。  
由查表所得数据可知，各种规格O形圈的密封间隙的变化范围也是一定的  <3>。同样，其设计也采用了等密封能力的设计原则。采用美国军用标准MIL2G25514F以截面尺寸为3.55mm、d=30～200mm的O形圈为例，O形圈的选取规格范围从22119～22442.查标准得到其密封间隙T′f的数学期望EX=0.16mm.美国工业静密封标准和美国军用标准MIL2G25514F一样。
迫使密封材料流向密封间隙的力为F=ps=p12DΔdπ(2)O形圈的摩擦力为  <1>Ff=2πfDl0p(3)式中，f为摩擦系数;l0为接触面宽度;p为密封压差。那么，使密封圈发生挤出破坏的剪应力为τ=F-FfDπl0=p(Δdl0-2fl0)(4)由式(4)可见，当l0为定值，在p和f一定的情况下，密封间隙Δd越小，迫使密封材料流向密封间隙的变形破坏力也就越小。
所以，减小Δd可以在一定程度上降低F，也就是说，密封材料相同，减小Δd可以提高其密封能力。因此，当O形圈材料和密封面加工质量相同时，在被密封材料和工况都相同的情况下，密封间隙越小，则密封能力就越强，能承受的压力就越高。  
当密封承受高压差作用时，密封材料在压力下流动变形，一部份嵌入密封面之间的间隙，同时在O型圈内部形成了一个剪切应力，随着橡胶密封件所承受的压差增高，一旦材料的变形超过了其线性形变的弹性极限，在剪切应力的作用下，O型圈将被撕裂一部份，这时，O型圈将因为挤出破坏而丧失密封能力。
以22340为例，缸直径分别为DG=95.174mm(3.747英寸)，DJ=94.996mm(3.74英寸)，沟槽直径分别为FG=86.614mm(3.410英寸)，FJ=85.623mm(3.371英寸)。美国军用标准要求的密封材料压缩量比美国工业静密封标准要小。对于井下工具，在保证密封性能的情况下，较小的压缩量有利于减小摩擦力，便于井下工具的装卸和使用。国家标准GB3452.3―1988的密封能力设计采用了等加工精度设计原则。