應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的新型軸面密封方式的研究

遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院 李強(qiáng)

應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的新型軸面密封方式的研究

遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院 李強(qiáng)

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的端面機(jī)械密封存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拆卸和裝配不方便等缺陷，本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的新型軸面密封裝置。該新型軸面密封裝置包括靜環(huán)、彈性密封體和殼體。其中，靜環(huán)套接在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸外圓周面上，相關(guān)彈性密封體套接在相應(yīng)靜環(huán)的外圓周面上，相應(yīng)彈性密封體置于殼體內(nèi)，彈性密封體的外圓周面、殼體的徑向端部的內(nèi)表面及兩個(gè)側(cè)壁的內(nèi)表面圍成密封的備壓腔，此備壓腔在安裝后使用前用施壓裝置施壓規(guī)定要求的壓力，使靜環(huán)和動(dòng)環(huán)間均勻形成一層介子膜，以達(dá)到密封效果。

密封裝置；靜環(huán)；動(dòng)環(huán)；彈性密封體；備壓腔

目前，帶有旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械通常采用端面機(jī)械密封。端面機(jī)械密封是一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸封裝置，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械包括普通機(jī)械設(shè)備主軸、離心泵、離心機(jī)和壓縮機(jī)等設(shè)備。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，由于傳動(dòng)軸通常貫穿在設(shè)備內(nèi)外，傳動(dòng)軸與設(shè)備之間存在一個(gè)圓周間隙，設(shè)備中的介質(zhì)可能會(huì)通過該間隙向外泄漏，如果設(shè)備內(nèi)壓力低于大氣壓時(shí)，則空氣很可能向設(shè)備內(nèi)滲入，因此必須有一個(gè)阻止泄漏或滲入的軸封裝置。遺憾的是，目前端面機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拆卸不方便。有時(shí)必須將相關(guān)附件拆卸后，才能拆卸端面機(jī)械密封。并且，端面機(jī)械密封的裝配精度要求高，摩擦面之間的速度梯度值為變值，摩擦力隨著速度梯度值的變化而變化，另外，端面機(jī)械密封在使用過程中存在軸向力不平衡的現(xiàn)象，發(fā)生故障時(shí)處理較困難。因此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷進(jìn)行改進(jìn)。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的新型軸面密封方式的結(jié)構(gòu)

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的新型軸面密封裝置，此軸面機(jī)械密封包括靜環(huán)20、彈性密封體30和殼體40，具體見圖1，其中，靜環(huán)套接在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸的外圓周面上，彈性密封體30套接在靜環(huán)20的外圓周面上，彈性密封體30置于殼體40內(nèi)，彈性密封體30的外圓周面、殼體40的徑向端部的內(nèi)表面及2個(gè)側(cè)壁的內(nèi)表面圍成密封的備壓腔，備壓腔有專門的結(jié)構(gòu)可以連接施壓裝置，靜環(huán)20的位于徑向上的一部分置于殼體40內(nèi)。其中，靜環(huán)20和主軸之間設(shè)置有動(dòng)環(huán)10，動(dòng)環(huán)10用于套接在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸的外圓周面上，并且動(dòng)環(huán)10會(huì)隨著所述主軸旋轉(zhuǎn)。靜環(huán)20套接在動(dòng)環(huán)10的外圓周面上，彈性密封體30套接在靜環(huán)20的外圓周面上。

2 新型軸面密封方式的密封原理

殼體40套接在彈性密封體30的外圓周面上，彈性密封體30置于殼體40內(nèi)，彈性密封體30的外圓周面、殼體40的徑向端部的內(nèi)表面及2個(gè)側(cè)壁的內(nèi)表面圍成密封的備壓腔，備壓腔上有用于連接施壓裝置的結(jié)構(gòu)，靜環(huán)20的位于徑向上的一部分置于殼體40內(nèi)。由此，當(dāng)此新型軸面密封裝置備壓腔施以要求的壓力后，通過彈性密封體對(duì)靜環(huán)的外圓周面均勻施壓，從而實(shí)現(xiàn)靜環(huán)和動(dòng)環(huán)之間的密封。

圖1 新型軸面密封方式的結(jié)構(gòu)

在圖1所示結(jié)構(gòu)中，動(dòng)環(huán)10緊密結(jié)合在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主軸的外圓周面上，并且動(dòng)環(huán)10與主軸一起旋轉(zhuǎn)，與之對(duì)應(yīng)的是，靜環(huán)20（如圖2所示）、彈性密封體30和殼體40依次套接并且它們作為一個(gè)整體相對(duì)于動(dòng)環(huán)10處于靜止?fàn)顟B(tài)，從而在靜環(huán)20的內(nèi)圓周面和動(dòng)環(huán)10的外圓周面之間形成動(dòng)密封。并且，當(dāng)動(dòng)環(huán)10隨著主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，套接在靜環(huán)20的外圓周面上的彈性密封體30能夠?yàn)殪o環(huán)20提供徑向向內(nèi)的力，從而使得靜環(huán)20的內(nèi)圓周面和動(dòng)環(huán)10的外圓周面緊密貼合，進(jìn)而達(dá)到很好的密封效果。

圖2 新型軸面密封方式的靜環(huán)

3 應(yīng)用效果分析

表1.1 表面粗糙度值為Ra3.2時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

備壓腔的壓力（0.05MPa）、備壓腔的壓力（0.1MPa）、備壓腔的壓力（0.2MPa）；靜環(huán)的層數(shù)（一層）：嚴(yán)重泄漏、泄漏、輕微泄漏；靜環(huán)的層數(shù)（二層）：泄漏、輕微泄漏、有泄漏痕跡；靜環(huán)的層數(shù)（三層）：輕微泄漏、有泄漏、痕跡無泄漏。

表1.2 表面粗糙度值為Ra1.6時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

備壓腔的壓力（0.05MPa）、備壓腔的壓力（0.1MPa）、備壓腔的壓力（0.2MPa）；靜環(huán)的層數(shù)（一層）：泄漏輕微、泄漏、無泄漏；靜環(huán)的層數(shù)（二層）：輕微泄漏、無泄漏、無泄漏；靜環(huán)的層數(shù)（三層）：無泄漏、無泄漏、無泄漏。

表1.3 表面粗糙度值為Ra0.8時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

備壓腔的壓力（0.05MPa）、備壓腔的壓力（0.1MPa）、備壓腔的壓力（0.2MPa）；靜環(huán)的層數(shù)（一層）：輕微泄漏、無泄漏、無泄漏；靜環(huán)的層數(shù)（二層）：無泄漏、無泄漏、無泄漏；靜環(huán)的層數(shù)（三層）：無泄漏、無泄漏、無泄漏。

4 結(jié)論

（1）密封的效果與動(dòng)環(huán)表面的粗糙度值、靜環(huán)的層數(shù)以及備壓腔的壓力都有關(guān)系，且隨著動(dòng)環(huán)表面粗糙度值的減小、靜環(huán)的層數(shù)的增加，備壓腔壓力的增加，密封效果有提高的趨勢(shì)。

（2）密封的效果與動(dòng)環(huán)的材料關(guān)聯(lián)不顯著，但動(dòng)環(huán)的材料要有一定的硬度要求，這樣可以提高此密封結(jié)構(gòu)的使用壽命。

（3）密封的效果與軸徑的大小關(guān)系不大，因?yàn)榇嗣芊饨Y(jié)構(gòu)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸壓力一直保持定值，并且此壓力可以用備壓腔的壓力來進(jìn)行調(diào)整。

[1]陳家慶，徐林林，許宏奇.流體動(dòng)壓密封技術(shù)及其在石油礦場(chǎng)機(jī)械中的應(yīng)用.石油機(jī)械，2002，30（3）：53 ～ 55.

[2]Cress L A，Rick Stone，MikeTangedahl.History and development of a rotating blowout preventer.IADC/SPE 23931.

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2017-11-03）