彈性金屬密封當初是由宇航工業(yè)的需要而發(fā)展起來的， 在非常特殊的環(huán)境和重量輕的法蘭上需要這種密封，這種密封目前正在一般工商業(yè)上得到應(yīng)用。如今，彈性金屬密封的種類越來越多，生產(chǎn)加工工藝更加精湛，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴大。

1、分類及特點

　　按照密封的橫斷面形狀可以將彈性金屬密封分為O形、E形、C形、U形、Ω形、V形等， 并分別稱為空心金屬O形環(huán)、E密封、C密封等。同時，彈性金屬密封的外形除可以加工成傳統(tǒng)的圓形外，還可以加工成方形、三角形、橢圓形、跑道形等多種形狀，以適應(yīng)不同密封腔的需要。

1.1、空心金屬O形密封環(huán)

　　空心金屬O形密封環(huán)由空心圓管做成，有普通型、充氣型、開孔型三種類型。普通型由空心圓管彎成圓環(huán)， 焊上接口加工而成。充氣型外觀與普通型并無區(qū)別，但內(nèi)部充滿惰性氣體，如氮氣、氦氣等。充氣壓力40~50kg/cm2。這種O形環(huán)可以補償金屬在高溫下回彈能力降低的缺陷。因為高溫能使氣體膨脹，從而產(chǎn)生一種外加回彈力， 于是金屬O形環(huán)可以在高溫下繼續(xù)保持良好的密封效果。充氣型金屬O形環(huán)適用于400~800℃的高溫。開孔型與普通型外觀上也很相似，不同的是與介質(zhì)接觸的內(nèi)圓上鉆有許多小孔， 這樣介質(zhì)壓力就能達到空心管內(nèi)，產(chǎn)生明顯的自緊作用。空心金屬O形密封環(huán)作為靜密封件特別有效，可用于極高的壓力，如3500kg/cm2，乃至7000kg/cm2 以上；也可以用于超真空密封， 解決橡膠密封圈材料本身的透氣性和材料本身蒸發(fā)或升華成氣體的問題。

1.2、C密封

　　C密封斷面形狀如C形，如圖1 所示，好像是O形環(huán)移去一部分，有內(nèi)壓式、外壓式、軸向式3 種形式。該密封具有和開孔型O形環(huán)同樣的自緊作用， 并且允許較大的變形。C 密封具有比較低的泄漏率（10~11scc/sec ofHelium），一般的壓縮載荷為100~1000PCI。

圖1 C密封（內(nèi)壓式）

　　C密封的應(yīng)用非常廣泛：應(yīng)用于注水閥，可以在壓力1000psi、溫度600°F 條件下密封水；應(yīng)用于低壓設(shè)備，在壓力1500psi 下無泄漏密封液氮；應(yīng)用于燃料注射器，在壓力350psi、溫度1000°F 條件下密封燃料；應(yīng)用于真空低溫條件下密封氦氣等。

　　在合理的密封腔設(shè)計方案及使用方法下，C密封具有耐受高壓的能力。一般情況下，C密封在安裝時比較寬松，裝配后比較緊密。受壓后，密封的封閉端緊緊倚靠在密封腔堅硬的表面， 隨著壓力的升高密封環(huán)的應(yīng)力基本保持不變，因此提高了耐壓能力。有試驗證明，C密封可以在200 000psi 下成功使用。盡管最初為高壓設(shè)計，但因為自身具有彈性特性，所以在比較低的壓力下使用效果也非常好。在真空環(huán)境，由于有比較軟的涂鍍層材料的幫助， 氦氣泄漏率可以達到10~11scc/sec，并可以在高真空（10-10Torr）條件下工作。C 密封受到少量壓擠之后就會發(fā)生塑性變形。對于任何橫斷面的產(chǎn)品，推薦的壓縮量均是20%。一旦受到壓縮，C密封就發(fā)生塑性變形，回彈量很小。C 密封產(chǎn)品可以重復(fù)使用， 但能否重復(fù)使用依賴于重新安裝的具體情況。一般可以在原始腔或者與原始腔具有幾乎完全相同深度的密封腔內(nèi)重復(fù)使用。具有涂鍍層的密封應(yīng)用于粗糙的腔體（＞63RMS）時不可以重復(fù)使用。典型的載荷、變形或者回彈能力，在載荷-變形圖（見圖2）中可見。通常情況下，C密封可以回彈它原始高度的2%。C密封產(chǎn)品不建議應(yīng)用于那些在工作過程中持續(xù)波動達到這個量的腔體。超過這個數(shù)值反復(fù)裝配或者腔體持續(xù)波動，將造成密封因疲勞破壞而失效。

圖2 C密封載荷-變形曲線

1.3、E密封

　　E密封斷面形狀如E形，如圖3 所示。該產(chǎn)品主要用于高壓震動及大體積腔室形變補償， 由于負載較低不能像C 密封那樣適于電鍍。一般有內(nèi)壓型和外壓型兩種基本形式。同時，根據(jù)大位移補償量的需要及耐受高壓的需要可以設(shè)計成多波及多層的結(jié)構(gòu)。E 密封屬于半靜密封， 即處于靜密封與動密封之間的一種密封形式， 允許有一定的泄漏率。E 密封的泄漏量高于C密封，并且由于E 密封的壓縮載荷比較�。ㄒ话愕膲嚎s載荷為10~50PCI）， 因此對于E 密封依靠電鍍或涂覆層來降低泄漏率是無效的。然而，標準的E 密封仍然有相對來說比較低的泄漏量， 通常工作條件下的泄漏率為0.010SCFM（密封腔表面粗糙度值為32RMS）。

圖3 E密封（內(nèi)壓式）圖4 背支撐

　　E密封的應(yīng)用場合： 氣體渦輪發(fā)動機機架密封，在壓力400psi、溫度1 100°F，0.06″軸向熱變形工況下密封空氣；高溫水壓元件，在3 000psi 壓力波動，500°F 溫度變化，0.03″軸向腔體位移工況下工作； 燃料噴嘴，壓力50psi，溫度700°F 工況下密封空氣；渦輪發(fā)動機，直徑60″，單波結(jié)構(gòu)，在壓力50psi，溫度900°F 下密封空氣，0.03″軸向腔體變形，兩個180°圓弧段，Tribaloy 涂覆。

　　E密封的耐壓能力是斷面形狀、材料種類、密封直徑的綜合因素。像C密封一樣，在耐受高壓時需要加強環(huán)或者背支撐（Back Support）結(jié)構(gòu)的輔助。如圖4 所示為E密封在高壓下有背支撐的工作狀態(tài)。

　　E密封設(shè)計為彈性范圍內(nèi)使用，盡管有時候表現(xiàn)出少量的永久變形。典型的軸向變形能力如圖5 載荷-變形曲線所示。該值可用于估計產(chǎn)品的重復(fù)使用能力。E密封的通用規(guī)則為產(chǎn)品在軸向自由高度至少大于腔體運行時高度0.005″時可以重復(fù)使用。

圖5 密封載荷-變形曲線

　　應(yīng)用顯示： 在腔體和密封面間有明顯的徑向熱膨脹（一般大于0.025″），或者在運行過程中過多的徑向位移時可以涂覆耐磨材料Tribaloy T-800。涂層材料可以避免密封因徑向滑動、粗糙的腔體表面（例如區(qū)段密封）、粗糙的表面光潔度或者堅硬的腔體材料而造成磨損。圖6 所示為涂層的典型應(yīng)用。涂覆層不作為標準選擇， 如果預(yù)先知道工況有較大的徑向熱位移或者腔體表面形狀需要使用涂覆層時，應(yīng)與生產(chǎn)廠家聯(lián)系確定。