机械密封所以能成为一种先进的密封结构,最主要的是因为该种密封具有长久的使用寿命和良好的密封性能两个特点,而机械密封要保持长久的使用寿命,就必须在密封端面间维持一个极薄的液膜以避免端面间的干摩擦,因为干摩擦的结果势必会使密封端面造成严重磨损,从而使机械密封的使用寿命变短。而机械密封要保持良好的密封性能就要求密封端面间形成的压力分布的合力大于密封端面两侧的压力差,从而才能完成密封端面间的密封作用。那么,密封端面间的密封作用是如何形成的呢?围绕着这个人们所关心的问题出现过许多关于密封机理的学说。
其中最早提出的是A.Brkich的表面张力理论,该理论认为密封端面间稳定而可靠的密封作用主要是由于表面张力作用的结果。该理论所假定的密封端面实际上并不是理想的平直平行平面,密封端面由于加工制造还会带来粗糙不平的突起,从而造成突起部分的直接接触。另外,由于旋转轴回'转精度的关系还会引起密封端面对倾斜和振动;特别是密封环的变化影响更为显著。因此,密封端面见到密封作用是受多种因素影响到复杂问题,这样国风的简化模型只认为是表面张力作用的结果显然是不完全使用的。
其次提出的理论是假设密封端碰间的边界润滑膜会发生吸附作用。这种认为由于边界润滑作用是构成密封的主要作用的理论就是边界润滑理论。E.Mayer考虑了密封端面粗糙度hum的影响,根据密封端面的平均接触压力Pb和密封介质的压力P1的比k =Pb/ P1及间隙内液膜平均压力PSP的关系,得出先值在边界润滑范围内为:
K≈0.25+0.175h
(h>5)
K≈0.25 +0.5h0.42 (h<5)
同时得出漏泄量Q为:
Q=πd1(P1 – P2)h2﹒s/
P2b
式中 Q —— 漏泄。量,ml/min;
d1 —— 密封流体进口直径,cm;
P1 —— 密封流体压力,
kgf/cm2
P2 —— 外部流体压力,
kgf/cm2
h —— 密封端面间隙,um,
s —— 间隙系数,kgf/cm2﹒s,(间隙系数随滑动速度的增大而增大。);
Pb—— 密封端面平均接触压力,
kgf/cm2 。
但是,该理论由于没有考虑端面间的磨损以及端面摩擦热给密封环所带来的变形影响,因此,边界润滑理论也不能构成稳定的密封端面密封作用的机理。
为了保证稳定的密封作用,由流体液膜使密封端面分开并产生承载能力是必要条件,因此,关于密封机理近来的许多研究报告都立足于流体润滑理论。
除此之外,近来还有根据向心流控制漏泄徽为密封机理研究的对象。向心流由于与密封作用有关而引人注目,向心流可以根据维森伯格效应给予解释,即具有粘弹性的液体在一间回转,另一件静止的平行同心环状平面之间受剪切作用会产生一种阻拉离心力作用的向心作用力。Reiner 研究了具有非牛顿流性质的空气的向心泵作用,在Tanner引进了粘弹性流体的缓冲时间
λ1=η0/G
以后,根据Reiner效应可求出产生的压力差ΔP为:
ΔP=--η0λ1(R2ω/h)2
{1一(ph2/6λη0)}{1-(R1/R2)2}
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