時(shí)間:2021-03-13 來(lái)源:液壓旋轉(zhuǎn)接頭 作者:德威邇 點(diǎn)擊:1537次
旋轉(zhuǎn)接頭是完成旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下供氣、供油或供水等功能的主要部件,廣泛應(yīng)用于電力、機(jī)制造、地質(zhì)、軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前旋轉(zhuǎn)接頭大都采用接觸式密封設(shè)計(jì),普遍存在摩擦阻力大、壽命短以及容易產(chǎn)生密封件磨損顆粒進(jìn)而污染設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的問(wèn)題。
非接觸式間隙密封技術(shù)是指由于流體靜壓或動(dòng)壓作用,在密封端面間充滿一層流體膜迫使密封端面彼此分離,而不存在硬性固相接觸的密封方式。采用間隙密封技術(shù)則能在理論上減少金屬之間的黏著磨損,顯著提高旋轉(zhuǎn)接頭的使用壽命。
由于非接觸式間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭傳輸?shù)慕橘|(zhì)本身具有一定的壓力,并且能持續(xù)傳輸,因此可利用傳輸介質(zhì)在密封界面形成的靜壓和動(dòng)壓效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸介質(zhì)本身的非接觸式密封,密封油膜一方面提供一定的承載力,另一方面阻止或減小流體泄露。非接觸式間隙密封技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)、流體、傳熱、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等多個(gè)環(huán)節(jié)和因素,同時(shí)結(jié)構(gòu)尺度和油膜尺度相差幾個(gè)數(shù)量級(jí),多場(chǎng)耦合和跨尺度問(wèn)題給研究和設(shè)計(jì)工作帶來(lái)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。
德威邇旋轉(zhuǎn)接頭技術(shù)考慮非線性油膜力、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和浮環(huán)振動(dòng),建立了非接觸式間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并進(jìn)行了仿真分析。
1 間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭原理和結(jié)構(gòu)
一種
非接觸式間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭的具體形式如圖 1 所示,其工作原理是:油介質(zhì)進(jìn)入通道內(nèi),同時(shí)充 滿浮環(huán)與外殼之間的間隙,從而形成對(duì)浮環(huán)外環(huán)面的 指向圓心的徑向壓力,同時(shí)油被密封圈封住不往外泄露;在浮環(huán)與轉(zhuǎn)子之間設(shè)計(jì)能產(chǎn)生密封油膜的小間 隙,油介質(zhì)在旋轉(zhuǎn)接頭運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)滲入間隙內(nèi)并產(chǎn) 生承載油膜,從而形成對(duì)浮環(huán)內(nèi)環(huán)面的背離圓心的徑向壓力。浮環(huán)在內(nèi)外環(huán)面油膜壓力和密封圈彈性支撐作用下受力平衡,轉(zhuǎn)子在油膜力和不平衡力作用下 受力平衡,浮環(huán)通過(guò)油膜壓力和密封圈支撐力的動(dòng)態(tài) 調(diào)整與轉(zhuǎn)子保持同心,而介質(zhì)則被油膜封住不外泄, 如圖 2 所示。
圖 1 間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)
2動(dòng)力學(xué)建模
建立包含轉(zhuǎn)子、浮環(huán)、密封圈和油膜在內(nèi)的非接 觸式間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭物理模型,如圖 3 所示。
圖 3 旋轉(zhuǎn)接頭物理模型
假設(shè)轉(zhuǎn)子為剛體,且受到自身重力、不平衡力和油膜力的共同作用。假設(shè)浮環(huán)為剛體,且受到自身重力、油膜力和密封圈支撐力的作用,浮環(huán)與殼體之間的密封圈等效為彈簧阻尼器。
3結(jié)論
德威邇旋轉(zhuǎn)接頭建立了考慮非線性油膜力、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和浮環(huán)振動(dòng)在內(nèi)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并通過(guò)數(shù)值仿真分 析了油膜間隙、轉(zhuǎn)速、密封圈剛度等因素對(duì)轉(zhuǎn)子和浮 環(huán)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響規(guī)律,獲得了對(duì)旋轉(zhuǎn)接頭設(shè)計(jì)和關(guān) 鍵參數(shù)確定具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。
1)不同間隙下轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)形態(tài)和幅值不同,間隙越大轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)幅值越大,轉(zhuǎn)子與浮環(huán)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移也越大,應(yīng)選擇較小的間隙以控制轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)幅值和介質(zhì)泄漏量。
2)轉(zhuǎn)子和浮環(huán)的運(yùn)動(dòng)幅值隨著轉(zhuǎn)速的升高先增大后減小,這一規(guī)律為旋轉(zhuǎn)接頭工作轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
3)轉(zhuǎn)子和浮環(huán)的運(yùn)動(dòng)幅值隨著密封圈剛度的增大先增大后減小,旋轉(zhuǎn)接頭設(shè)計(jì)上應(yīng)選擇合適的密封圈剛度以減小轉(zhuǎn)子和浮環(huán)的運(yùn)動(dòng)幅值
間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,密封間隙大小容易受到外界干擾而變化,從而引起接頭體和芯軸的磨損以及泄漏量加劇.
通過(guò)采用CFD技術(shù)對(duì)內(nèi)部環(huán)形間隙進(jìn)行仿真,分析了均壓槽分布在芯軸表面和接頭體內(nèi)壁面兩種不同形式以及芯軸轉(zhuǎn)速對(duì)泄漏量的影響,
得出了間隙流場(chǎng)內(nèi)流體壓力、速度分布和泄油口的流量.
結(jié)果顯示:間隙流場(chǎng)的壓力呈線性分布;均壓槽兩種不同分布形式對(duì)旋轉(zhuǎn)接頭的泄漏量無(wú)影響
,均壓槽分布在芯軸表面具有更好的抗磨損作用;
旋轉(zhuǎn)接頭的泄漏量隨著轉(zhuǎn)速的提高而減小