配电终端箱体的结构密封设计

广东珠海许继电气有限公司 羊映山

1 引言

配电终端时常应用于沿海、山区等恶劣环境中，受潮湿、粉尘、霉菌（“三防”对象）影响较大，常出现配电终端因凝露、粉尘等有害物体侵入而影响使用，甚至出现装置失效的现象。而解决“三防”对象最有效、经济的途径是合理设计箱体结构，保证箱体的密封性能[1]，主要通过设计合理的密封结构，选择合适的密封圈材料及控制密封圈的压缩率得以实现。

2 箱体密封原理

配电终端箱体通常通过控制密封圈的压缩率来控制接触面产生的接触作用力，以实现箱体结构的密封。通过对密封圈施加作用力，在受力状态下，密封圈发生的弹性形变使得密封圈接触面产生接触作用力，当接触作用力大于被密封介质的作用力时，则不发生泄漏，反之则发生泄漏。

3 密封结构形式

图1a，b所示为配电终端箱体的一种密封结构形式，具有结构简单、便于加工组装的特点，是配电终端箱体目前使用最为广泛的结构形式。但配电终端作为一种高集成度的装置，受安装空间的制约，部分结构必须小型化设计，这就不得不用规格较小的密封圈才能满足结构组装要求。而小规格的密封圈截面面积较小，即其密封接触面积也小，当其密封接触面正好存在表面加工误差较大时，则容易出现密封失效。图1c，d所示的结构形式正好可以解决此类情况，其原理是在壳体上对应位置预留有半圆形密封槽，可增大密封圈与密封接触面的纵向接触面积，从而解决因接触面太小而出现的密封性能不足的现象。且如果门上密封圈的安装槽深度足够，可直接将密封圈镶嵌于槽内，无需胶水粘接即可实现密封圈的固定，这个仅大大提高了产品的装配效率，而且在狭小的空间内实现了箱体的密封。

图1 配电终端箱体密封结构形式图

4 密封圈压缩率及密封槽的设计

ε-压缩率；H1-密封圈在自由状态下的截面高度；H2-密封圈在压缩后的截面高度；H-密封槽的槽深；W-密封槽的槽宽度；系数110%～120%是控制槽的余量以保证密封圈能完全容纳在槽内。

以上两种结构形式都需为密封圈的固定预留密封槽，密封槽的设计原则是：槽的截面积大于密封圈的截面积，此设计的目的是密封圈压缩后能完全容纳于槽内不向外挤出。

实践证明，当密封圈压缩率ε≤20%时，配合间隙小至0.01 mm,水分子仍然能渗透；当作用力增加到一定值时，密封圈压缩率ε=20%～30%，由于密封圈的弹性及形变作用，密封圈紧贴装配面，从而形成密封，水分子及粉尘无法进入；如果进一步增大作用力，使密封圈压缩率ε＞30%，此时密封质量改善不大，反而会由于疲劳破坏导致密封圈失去弹性，造成密封失效。因此，在密封设计中，橡胶的相对形变量一般取ε=20%～30%为宜，如密封接触面粗糙度较大，则压缩率可在合理范围内取较大的值。图1的两种密封结构密封圈的压缩率都可以严格控制，当达到预定压缩率时，两个密封面就闭合接触，密封圈不会被继续压缩，从而保证密封圈不致因过压而疲劳损坏。另外一个优点是结构闭合后外观无缝隙，不会因密封而影响设备的整体美观；且结构闭合后，两个密封面可导通，这对于设备的导电性能十分有利。

5 密封材料的选择

最常用的密封材料是橡胶，主要是因为橡胶具有弹性好、不透水、不透气、电绝缘性佳、比重低、性价比高等优越性能。橡胶经过适当处理后，还具有耐高低温、耐油、耐酸碱等特点，所以它已成为配电终端箱体非用不可的密封材料。密封材料是否合适直接影响到设备密封性能和可靠性能[2]的好坏，因此选择正确的密封材料尤为重要。

常用的密封橡胶有硅橡胶、乙丙橡胶、丁晴橡胶、氯丁橡胶，其主要特点与适用范围如下：

材料 主要特点 主要适用范围硅橡胶耐热、耐寒性能优异；但机械强度低，耐磨性、抗扯裂性差，耐油性差。在激烈运动的情况下不能使用，适宜作耐寒、耐热的固定密封圈。使用温度：-93℃～+230℃乙丙橡胶 耐水性、耐极性溶剂、耐无机药品性好，但耐油性差。适用于磷酸酯类的液压油，耐高压水蒸汽。使用温度：-40℃～＋150℃丁晴橡胶 耐矿物油，耐磨性好。应用于一般性的液压和气压密封，不适宜在阳光和紫外线的照射下工作。使用温度：-25℃～+130℃氯丁橡胶耐磨性、耐风化性和耐油性能好，但在苯胺点低的矿物油中易膨胀。适用于阳光照射下的气动机械，其弯折性好，适宜制作隔膜式密封元器件。使用温度：-30℃～+120℃

相同材料的密封圈，其硬度不一样则密封性能、所适用密封环境也不一样。选择合适的硬度，才能达到最佳的密封效果，密封圈硬度的选择见下表：

硬度等级 邵氏硬度 应用对象 特点低硬度 35～45度1.结构件易形变；2.锁紧螺钉间距＞100mm；3.锁闭力较小。1.密封圈受压易形变；2.密封性差；3.压缩永久形变偏大。中等硬度 45～60度1.结构件刚度好；2.锁紧螺钉间距＜100mm；3.锁闭力中等。密封性最好高硬度 60～75度1.锁紧螺钉间距＜50mm；2.锁闭力大。硬度高、反弹力大、密封性好，需较大的锁闭力。

6 结束语

随着配电网的普及，配电终端的使用环境更为多样化与复杂化，恶劣的使用条件对终端箱体结构的密封要求越来越高。在进行密封设计时，就要求针对使用条件选用正确的密封材料并进行合理的密封设计，把终端箱体结构做到经济实用、简单可靠，以满足智能配电网日益发展的要求。

[1]生建友.小型电子设备机箱的密封设计[J].电子工艺技术,2001,22(1):214-217.

[2]季德俊,范太炳.胶接与密封材料[M].北京:机械工业出版社,1990.