王文东^1，2薛春^1，2张全成^1，2杜鸣杰¹周隐玉¹
（1.上海材料研究所, 上海200437;2.上海市工程材料应用评价重点实验室，上海200437）

摘要 介绍了海工装备用不锈钢弹簧蓄能密封结构形式和几何形状，并介绍了用于弹簧蓄能密封的几种聚四氟乙烯复合材料及其摩擦磨损性能。不锈钢弹簧蓄能密封可以应用于往复运动、旋转运动、端面静态等工况条件。
不锈钢弹簧蓄能密封是由PTFE等复合材料密封和耐腐蚀的不锈钢金属弹簧组成。密封圈安装在沟槽内，弹簧受压，形成相应的的应力，促使密封唇紧贴密封沟槽及工作面，由于弹簧永久给密封唇提供弹力，能弥补密封磨损和配合零件的偏心，由此形成从真空到高压范围内的密封。另外流体压力对密封唇口施加应力，压力越大，密封应力升高，密封唇与沟槽及工作面贴合的越充分，由此形成高压密封。
密封是由PTFE、PEEK、PVDF、UHMWPE、PI等及其复合材料经机械加工制成，材料决定了弹簧蓄能密封圈的性能，适用于-260℃到+300℃温度范围，密封几乎所有的液体、化学制品和气体。其中聚四氟乙烯（PTFE）及其复合材料用途极其广泛。
不锈钢弹簧蓄材料：301、304、316、Elgiloy、Inconel、Hastelloy等，蓄能密封用不锈钢弹簧蓄的形状有：V型、钢丝倾斜螺旋型、扁平簧片螺旋型。V型不锈钢弹簧等弹性应力集中于密封唇口的前缘，对PTFE复合材料密封唇口的弹性补偿力可形成合理的压应力分布曲线和密封峰值应力，高低压密封性能良好，摩擦阻力小。钢丝倾斜螺旋型不锈钢弹簧具有恒定的载荷，摩擦阻力稳定。扁平簧片螺旋型不锈钢弹簧单位载荷大，可以用于真空、气体和低温密封，静态密封效果最佳。
提高不锈钢弹簧蓄能密封的耐压性能，一方面取决于密封材料和密封的几何形状，另一方面取决于不同材料的组合形式，承压环材料对于PTFE弹簧蓄能密封高压性能起着至关重要的作用。承压环材料采用硬质材料，硬质塑料为：聚醚醚酮、聚酰亚胺，金属材料：铜合金-锡青铜、铝青铜、铍青铜，其他耐腐蚀合金。
    不锈钢弹簧蓄能密封性能与机械零部件配合间隙密切相关，高温、高压、高速运动、低硬度密封材料采用较小配合间隙，常温、低压、低速运动、高硬度密封材料采用略大配合间隙，超低温密封应采用较小间隙。
   不锈钢弹簧蓄能密封性能与机械零部件硬度、表面粗糙度密切相关。密封对应的机械零部件硬度大于HRC40，适宜的硬度HRC60～70。密封对磨的机械零部件表面粗糙度和表面质量影响密封的可靠性及其寿命，控制机械零部件表面粗糙度Ra、Rz、Rmax，充分考虑材料的接触区域Mr；对于旋转运动，密封低温低分子气体，机械零部件表面粗糙度Ra≤0.1，密封其他流体，机械零部件表面粗糙度Ra≤0.2；对于往复运动，密封低温低分子气体，机械零部件表面粗糙度Ra≤0.2，密封其他流体，根据流体粘度，机械零部件表面粗糙度Ra≤0.3～0.4；对于静密封，密封低温低分子气体，机械零部件沟槽表面粗糙度Ra≤0.3，密封其他流体，根据流体粘度，机械零部件沟槽表面粗糙度Ra≤0.4～0.8。
不锈钢弹簧蓄能密封采用PTFE复合材料，充分发挥PTFE摩擦系数低和自润滑的性能，采用不同的填充剂制备各种配方的PTFE复合材料，其摩擦磨损性能和机械性能优异，设计合理PTFE复合材料密封几何形状，匹配各种金属弹簧、承压环，组合形成PTFE弹簧蓄能密封，确保稳定可靠的密封性能，广泛应用于各类苛刻工况条件，满足核电、冶金、石油化工、航空航天、船舶、海工装备、汽车等行业特殊工况的需要，为深水海洋工程装备提供安全运行保障。
关键词： 聚四氟乙烯，弹簧蓄能密封，复合材料,海洋工程装