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水泵浮动环密封的原理及特点 水泵断裂位置以及端面的分析

  浮动环密封是靠轴(或轴套)一与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水力阻力而实现密封。图22-34所示为浮动环密封结构示意图,‘它由多个浮动环组成,在浮动环与轴之间留有一定的间隙。浮动环在弹簧力作用下,端面与密封腔壁面贴紧。浮动环上有防转销,以防止浮动环随轴一起旋转,但能在径向土滑移浮动。浮动环密封原理是靠高压密封液体在浮动环和轴之间形成液膜,产生节流降压,阻止高压介质向低压泄漏。

  浮动环密封的原理

  浮动环密封是靠轴(或轴套)一与浮动环之间的狭窄间隙产生很大的水力阻力而实现密封。图22-34所示为浮动环密封结构示意图,‘它由多个浮动环组成,在浮动环与轴之间留有一定的间隙。浮动环在弹簧力作用下,端面与密封腔壁面贴紧。浮动环上有防转销,以防止浮动环随轴一起旋转,但能在径向土滑移浮动。

  图22一34浮动环密封

  浮动环密封原理是靠高压密封液体在浮动环和轴之间形成液膜,产生节流降压,阻止高压介质向低压泄漏。浮升性是浮动环的重要特点,液体通过环与轴间的楔形间隙时,如同轴承那样产生流体动压效应而获得浮升力。轴不转动时,由于环自身的重力作用,环上面的内壁会贴在轴丘,并形成一个偏心间隙。当轴转动时,轴衣面将密封液体带入偏心的间隙内,在间隙内产生流体动压效应,使浮动环浮起来,环内壁脱离轴表面而变成非接触状态。

  浮升性具有使浮动环自动对中的功能,能适应轴的偏摆等,避免轴与浮动环的摩擦。浮升性环可以使环与轴的局部比较大的间隙变成均匀小的环形间隙,以增强节流产生的阻力.改善密封性能。

  浮动密封的特点

  浮动密封具有以下特点:

  (I)密封参数的范围厂‘,线速度可达到40~90m/s、压力达32 MPa, pv值在2 500~3 200 MPa·m/s

  (2)适合利用自身系统,将气相变为液相,用于干气密封。

  (3)寿命高

  (4)泄漏量大,需要外部压力液体辅助密封。

  结构要求、尺寸、技术要求及材料

  (1)浮动密封环的结构要求

  1)在向密封腔通人封液的密封中,尽可能减少密封液体通过高压侧浮动环的内泄漏量(减少漏向机内封液的泄漏量)。为此,在允许的条件下,高压侧浮动环的密封间隙及压差应尽量小些口高压侧浮动环还可以采用螺旋槽或锥形轴套等措施。

  2)有效地排除封液在高压、高速下产生的摩擦热及节流热,主要是散除高压侧浮动环的热量。为改善高压侧浮动环的工作条件,可以采取在浮动环开孔、冷却液先通过高压侧浮动环等措施。

  3)在刚度、强度允许的条件下,尽量取薄的环截面,即环的内、外径之比不宜太小。

  4)浮动环材料的膨胀系数要比轴大,以免高温下产生抱轴的危险性。

  (2)浮动环的尺寸要求

  1)浮动环的各个间隙值

  高压侧:d/D=1一(0.5~0. 8) X 10-3

  低压侧:d/D=1一(2~3) X 10-3

  D1/D=1.02~1. 03

  D2/D=1. 14~1. 20

  2)浮动环的各长度

  宽环取值:L/D=0. 3时0. 5

  窄环取值:L/D=0. 3时0.5

  浮动环的节流长度不宜太长,否则,间隙内的封液温升剧烈,使工作条件恶劣。对高压条件,可采用多级浮动环,逐级降压.

  3)浮动环的技术要求

  ①浮动环内孔

  尺寸精度1~2级,表面粗糙度0. 8~0. 2 um,圆柱度及圆度允差0. 01 mm,表面硬度50~60 HRC或850~1 150 HV

  ②浮动环外圆

  尺寸精度1~2级;圆柱度及圆度允差0. 01 mm

  ③伴动环端面

  表面粗糙度0. 08~0. 16 um;端面对内孔的垂直度允差0.01 mm

  4)浮动环的材料要求

  浮动环和轴的材料应具有相近的线膨胀系数,良好的抗刮伤性能,很高的耐磨性,高温下的稳定性,耐腐蚀性和抗冲击性。

  下面介绍两种浮动环选择的材料:

  ①油浮动环常采用碳钢或黄铜,内孔壁面浇注巴氏合金(chSnSbl l-6),也可采压锡青铜,内孔壁面镀银,或者采用有白润汾特性的浸树脂石墨。

  浮功环的轴或轴套用38CrMOA1表面氮化,碳钢镀硬铬,蒙乃尔合金轴套喷硼化铬,2Cr13轴套辉光离子氮化。

  ②水浮动环采用青铜( SnPb5一25 ) , 38CrMo A1表面氮化,沉淀硬化不锈钢17一4pH.不锈钢堆焊钻铬钨。

  浮动环的轴或轴套采用碳钢镀铬或不锈钢。

  水断裂位置以及端面的分析 根据流体力学原理,当泵运行时,有压力水在管路系统中以一定的速度运动,当速度方向和大小发生变化时,对管路系统将产生动反力,产生动反力的主要管路是出水管转弯处,止回阀出口管即出水管转弯处。泵离支点较近,泵附近的管路断面承受的弯矩作用较大,由于泵出口段抗弯截面模量最小,当泵处于停机进,管路系统中仅有静力存在...

  根据流体力学原理,当泵运行时,有压力水在管路系统中以一定的速度运动,当速度方向和大小发生变化时,对管路系统将产生动反力,产生动反力的主要管路是出水管转弯处,止回阀出口管即出水管转弯处。

  根据理论力学和材料力学原理,水泵由管路系统所受各力通过管路传递到支点上,但支点承受的力将不尽相等,与泵连接的管路相当一根梁件,下料阀即各断面将受到弯矩作用,特别是当支点承力很小甚至悬空情况下,整个管路自支点向右成了一根悬臂梁,泵进出口附近将承受巨大的弯矩作用。

  水泵断裂的位置在泵出口段,断裂面裂纹形状为倾斜方向,与水平线有夹角。根据断口位置及断口裂纹形状,并据受力分析,基本上可以断定是由于安装时,支点之间的支撑预紧力不够或没有支撑力(悬空),而在泵出水管转弯处没有设支点,致使管路成为一根准悬臂梁(悬空时为完全悬臂梁)。

  泵离支点较近,泵附近的管路断面承受的弯矩作用较大,由于泵出口段抗弯截面模量最小,当泵处于停机进,管路系统中仅有静力存在,此时泵断面能承受静力产生的弯矩,但当泵运行后一段时间,一方面将产生动反力,另一方面不断振动等外力(包括停泵时产生水击压力)因素,致使断面所受弯矩加大而产生断裂。

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