大城县华博密封材料厂
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螺旋密封的密封机理
日期:2019-5-12 21:20:00    阅读:
螺旋密封的轴表面开有螺旋槽,而孔为光表面,这同迷宫密封的开槽情况是一致的,所以可以把螺旋密封看成是迷宫密封的一种特殊型式,称为螺旋迷宫。但是,螺旋迷宫的齿是连续的,不象前述的各种迷宫的齿是连续的齿。由于齿的连续性,通过齿的介质的流动状态发生变化。螺旋槽不再作为膨胀室产生旋涡来消耗流动能量,而是作为推进装置与介质发生能量交换,产生所谓的“泵送作用”,并产生泵送压头,与被密封介质的压力相平衡,即压力差p=0,从而阻止泄露。所以在密封机理上与迷宫密封略有不同。但是,介质在通过间隙时会有一部分越过齿顶留过,而不沿槽向流动,即有透气效应,这和迷宫密封中的情况是一样的。
  根据螺旋结构,螺旋密封的密封机理又稍有区别。
  图13-2为单段螺旋,它利用螺旋杆泵原理,利用螺旋的泵送作用,把沿泄露间隙的介质推赶回去,以实现密封。它适用于密封液体或气液混合物,无须外加封液,常用于轴承封油。须注意的,螺旋的赶油方向需与油的泄露方向相反,否则,不但不能实现密封,反而会导致泄露量急剧增加。
  图13-3是两段旋向相反的螺旋,将封液挤向中间,形成液封。液封的压力稍大于或等于被密封介质的压力,即能实现密封。常用于密封气体或密封真空。
  图13-4是两段旋向相反的螺旋在高旋转频率下将气体向两侧排出,使中间形成高真空陷阱以实现密封。这种密封可用作真空密封。
  从理论上讲,螺旋密封的间隙小则对确保密封越有利。如果间隙大,则液体介质不能同时附着于轴的表面上。假设液体介质仅附着于孔壁而与轴分离,则螺旋密封不起推赶介质的作用,即密封失效。但是,间隙太小,又怕轴与孔壁相碰。为避免产生密封金属偶件的摩擦与,磨损,可在孔壁表面涂上一层石墨。
  泵送效应和滞性效应
  当把一根螺旋置于同心的轴套上作旋转运动时,若间隙不大,便成为一个螺旋泵(13-5)。这时一端的流体便会泵送到另一端,同时获得一定的速度和压力。图13-5B为这种螺旋的展开图。在A点的流体获得UA的轴向速度,在A′点获得U′A的轴向速度。由于流体有粘性,靠近齿的A点比远离齿的A′点获得较大的能量,因此UA将大于U′A,这便是“粘性效应”。由于这一能量,流体被螺旋推向A方,这便是“泵送效应”。泵送流量q按下列计算.
  泄漏流动
  当把螺旋作为密封件使用时,其一端与机器内的内压相连通,另一端通常与大气相连通,设其压差为△p,在此压差作用下,流体会产生泄漏流动。泄漏的一部分将越过齿顶直接向外泄漏;而另一部分将沿螺旋槽流动。这两种泄漏均按通过间隙的一般流动公式进行计算,其中:
  密封条件
  当泵送流量和泄漏量相等时,就达到密封,即密封条件是
  由式13-7可知,当介质粘度一定、螺旋旋转频率一定、间隙一定时,螺旋的有效密封长度L将取决于密封系数ks。即要想封住一定的内压,ks越大,则L越小。这样就为设计最佳的螺旋提供了理论依据。
  最佳螺旋尺寸
  为使所设计的螺旋在单位长度上能平衡内压,即具有密封能力,密封系数ks应取最大值。为此,式13-8分母中的k12-k1应取最大值,即要求k1=1/2,槽宽是齿距的一半。此时密封系数ks写成
  以螺旋角β为变量,按此式作出不同k2值时的ks图表,如图13-6A所示。由图可以求得任意β值时最大密封系数ksmax所对应的k2值。根据此值便可以确定最佳螺旋尺寸。
  由图可以看出,在螺旋角超过13°以后,密封系数的最大值ksmax不再有明显的变化,直到β=15.8°,k2=3.5时,密封系数的最大值达到定值,为ksmax=0.55.由图还可以看出,螺旋角β与间隙比k2,可以在相当宽的范围内变化而不致显著地减小密封系数最大值ksmax,即螺旋的几何尺寸,其设计自由度是较大的,螺旋密封的密封性能的较稳定的。例如螺旋角在7°~15°之间选择,间隙比k2在6~3.5范围内变化,而密封系数最大值ksmax的变化不到10%,或者说,密封能力减低不到10%
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