機械密封旋密封結構的轉接頭和回轉接頭的內部主要零部件有:密封摩擦副、輔助密封、彈性元件、傳動件、和緊固件。
一、密封摩擦副
機械密封的密封摩擦副主要是由動、靜環組成,有時還有中間浮動環(浮動摩擦副)。密封摩擦副是機械密封中最主要的零部件,其性能好壞直接關系到密封的效果和壽命,因此,對摩擦副的材料、結構、形狀、尺寸及表面加工質量等都有較高的要求。
根據機械密封結構的工作特點和要求,對密封摩擦副密封環的設計應考慮下列問題:
1.密封摩擦副的材料應選用該條件下摩擦和磨損量最少且耐腐蝕的并允許干摩擦(只少允許能在短時間內干摩擦)的材料。
2.選材時若比壓或pv值超過允許值,則可采用見效面積比(采用平衡型密封)的辦法。但必須注意隨著面積比的減小,密封的可靠性也會下降,因為在縫隙內流膜壓作用密封面有開啟失效的可能性。
3.結構設計時應盡可能減小密封面平均直徑,以降低周速和密封摩擦副溫度。
4.摩擦副中軟材料環的密封面寬度應比硬材料環窄,以免硬環對磨時陷入軟環引起密封面剝落或強烈的磨損。軟、硬環密封面寬對差對軸徑為5~150mm的密封,其值為1~4mm。硬對硬對密封摩擦副的環寬可以相同,也可以不同,因為摩擦系數極微,不至于互相嵌入。
5.隨著密封寬度的減小,密封摩擦副內摩擦熱減少密封面寬度比較合理,但是太窄的密封的磨損也比較均勻,縫隙有效高度也會隨之減小。這樣減小密封面寬度比較合理,但是太窄的密封面損壞的危險型增大(進入磨粒、出現擦傷、沖蝕磨損),局部強度下降和承磨凸臺的剛度下降。塑料的導熱性差,寬度對溫度有影響,因為塑料環對寬度應小于一般石墨環。氣體端密面密封由于磨粒對密封面損傷的可能性較小,因此其寬度可以比液體端面密封寬度取得小些。但當氣體端面密封承載能力較小時,其寬度宜取大值。流體動壓密封因為開槽,其寬度比普通機械密封大,流體靜壓密封的寬度比前兩種密封更大,因為它是由力平衡和允許泄漏量來確定的。
6.密封環的端面形狀和定位方式應確保密封面變形量最小,形狀盡可能趨向矩形或方形斷面。脆性材料環要注意過渡斷面處應是均緩過渡。
7.密封摩擦副組裝時起定位和固裝方式都有所不同,取決于密封的工作參數和結構,可以采用鑲嵌、粘接、箍裝等方式。
8.選擇靜、動環時,考慮動環的給熱系數比靜環大,因此考慮動環用熱導率較高的材料制作。改變摩擦副環的形狀也有利于改善密封摩擦副的給熱情況并降低密封摩擦副的溫度,例如:在密封面附近開環形槽。熱導率高的材料做成厚環,其散熱效果將會改善。
9.密封摩擦副密封面不垂直對其工作有不良影響(如安裝、制造、振幅和其他不良因素對工作有影響),因此必須采用結構和工藝措施保證最小的誤差。動環誤差一般比靜環大,因此高速下采用靜止式。
10.密封摩擦副環上徑向作用力取決于對中精度、軸和軸套同心度與密封面不垂直度,應盡量可能減小此力。
二、輔助密封
機械密封結構的旋轉接頭和密封摩擦副的靜、動環的結構形式往往取決于所采用的輔助密封元件的形式。輔助密封元件有兩類:徑向接觸式密封與波紋管密封。徑向接觸式密封中有O形圈、V形圈、楔形圈、矩形圈和平墊圈等,前兩種最常用。波紋管密封中有金屬波紋管、橡膠波紋管、塑料波紋管和蛇形套等,前兩種最常用。輔助密封載復雜的角振動和軸向振動條件下保證撓性安裝動、靜環的密封性,不僅如此,還起到彈性支座的補償和吸振的作用,波紋管還起到彈性元件和傳動元件的作用。
三、彈性元件
機械密封旋轉接頭和回轉接頭中的彈性元件,如彈簧、金屬波紋管等,主要為摩擦副提供和預緊彈簧比壓(工作是還有液壓作用力),保證動、靜環良好的貼合,并且起到彈性安裝靜環的軸向位移和角位移的彈性補償和靜環磨損時自動補償的作用。
彈簧的形式有圓柱形螺旋彈簧、波紋片彈簧、蝶形彈簧和錐形螺旋彈簧等。波紋片彈簧和蝶形彈簧的共同特點是結構緊湊、軸向尺寸短、剛度大,但軸向位移小、彈力小,適用于軸向尺寸小的場合。普遍采用的是集中大彈簧和多點分布小彈簧(圓柱螺旋彈簧)。
在設計圓柱彈簧時應注意下列問題:
1.彈簧壓力應根據具體工作條件和用途正確選擇彈簧比壓來確定。
2.選擇彈簧材料時不僅要考慮到強度和彈性,還應考慮耐腐蝕性和疲勞性。
3.在軸徑小于70mm時可采用集中大彈簧(為了縮短軸向距離,一般只用圈數少、節距大的彈簧);為了使彈簧壓力均勻和不受離心力影響,軸徑大的機械密封采用多點分布小彈簧。
4.彈簧兩端必須與軸線垂直,因為端部歪斜會造成密封環磨。為了保證支承面與中心線垂直,使彈簧壓力均勻和不受離心力影響,軸徑大的機械密封采用多點分布小彈簧。
5.彈簧的工作壓縮量應為極限壓縮量的2/3~3/4。
6.當軟環承磨凸臺全部磨損時,彈簧產生的比壓應變化不大。經驗法則是彈簧產生的比壓此時的降低不應該超過18%~20%。
7.為了保證軟環磨損時彈簧降低不多,單彈簧采用圈數比較少、節距大的螺旋彈簧。
8.當采用并圈彈簧傳動時,應注意彈簧的旋轉和軸的轉向配合。從靜環側看彈簧,軸向右面轉時應使用右旋彈簧;軸向左轉時應使用左旋彈簧。
9.采用彈簧加載的推環式密封時,應注意隨著介質壓力的升高,密封的面積比也是下降的。
10.當圓柱形小螺旋彈簧徑長比太小時,為防止由于彈簧柔度超過極限值而喪失穩定性,以使每支小彈簧套在導向銷釘上。
四、傳動元件及其他金屬構件
傳動元件用來將密封摩擦副力距傳給軸或傳給壓蓋。傳動件有兩種,彈性安裝密封環-彈性元件和彈簧元件-軸的連接。前一種要求彈性安裝密封環的軸向和角度方向在傳動摩擦力矩時保持活動性。
旋轉接頭、回轉接頭、液壓滑環、液壓旋轉接頭傳動件有:彈簧、傳動銷、軸承等。