密封设计是为了在规定工况下实现可靠的密封性能,即泄漏少、摩擦力小、寿命长。绝对避免泄漏是不可能实现的,这不仅因为物理问题,而且因为经济性问题。只要存在间隙,尽管很小,都允许流体分子在两个方向上有通道。密封不是绝对的,只是一个程度问题。 泄漏通常被认为流体向外流过密封到被密封的机器的周围区域。GB/T17446-2012《流体传动系统及元件词汇》中定义泄漏为:不做有用功并引起能量损失的相对少量的流体流动;定义内泄漏为元件内腔间的泄漏;定义外泄漏为从元件或配管的内部向周围环境的泄漏。 液压缸泄漏的原因,一是配合零件偶合面间存在间隙;二是偶合面两侧存在压差(压力)。内泄漏影响液压缸的效率、速度及输出力等,同时使液压工作介质进一步升温,也可能引发事故;外泄漏浪费液压工作介质、污染环境、易引发事故。液压缸不管是内泄漏或是外泄漏,都可能是很严重的事故。
NASA航空器挑战者号的大灾难,点火后,管状壳体的升压导致壳体突然膨胀。0度以下的外部温度降低了氟弹性体密封材料的弹性。7mm厚的O形圈未能快速膨胀,致使极热的燃烧产物穿过中间腻子密封并喷出,且局部燃烧O形圈。最后,从密封上喷出的火焰导致主燃料箱爆炸。通常假设密封明显刚性结构的O形圈是没有问题的。挑战者号灾难突出了这一错误假设的潜在后果。在液压阀门和液压缸上的油喷出后快速升压引起的泄漏,在某些情况下,甚至很小的结构位移也可能导致弹性体密封的失效。
内泄漏(量)和外泄漏(量)都是液压缸出厂试验的必检项目,具体请参见JB/T10205-2010《液压缸》及GB/T15622-2005《液压缸试验方法》。
密封的作用就是封住偶合面间隙,切断泄漏通道或增加泄漏通道的阻力,以减少或阻止泄漏。衡量密封性能好坏的主要指标是泄漏率(泄漏量/时间或泄漏量/累计行程等)、使用寿命和使用条件(压力、速度、温度等)。
当径向唇形密封的动态密封能力(向内泵送)失效时,它就会泄漏;泄漏还可由老化、安装不良或运行因素等引起。弹性体硬化是泄漏的重要原因。硬化可能因过高接触温度引起,但低成本材料的过热也可能因对油池温度和/或摩擦加热估计不足引起。硬化妨碍密封唇的弹性和回弹性以及使微观粗糙组织变形、削弱动态密封机理。最终,脆化导致桥接接触环带的小裂纹形成,从而产生泄漏路径。泄漏还由于密封唇的泡疱而发生。其他主要因素:介质劣化的沉积物,元件老化导致的轴磨损,轴的动态偏心度等等。