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机械密封件环座结构

       为了解决机械密封件镶嵌应力分布不均衡的问题,曾出现一种如图1所示的波纹管环头结构。环座分为两段,即底部与裙部为两体,群部与密封环镶嵌,符合理想镶嵌条件,应力分布均衡,如图2所示。镶嵌完毕后,再把底部与裙部焊接起来成为一个整体。这时裙部与密封环之间应力分布依旧是均衡的。

分体环座

图1  分体环座

  机械密封件环座裙部应力均衡
常温                                          使用温度
图2  环座裙部应力均衡

       当温度上升时,裙部紧箍在密封环上,由于结构单薄和弹性模量低只能随密封环线胀系数膨胀,而底部当然按自己的线胀系数来膨胀。
       当环座底部材料不是膨胀合金时,在温度升高过程中底部与裙部的膨胀作用仍然是不同步的,底部明显比裙部膨胀得快,达到使用温度时,底部对于裙部将产生一个很大的径向向外的扩张作用,裙部产生一个顺时针方向的翻转,导致镶嵌面的应力分布产生另一种不均衡现象,靠近端面那端应力较高,而环座那端较小,是一种倒过来的喇叭状,如图2所示。
       镶嵌后在常温状态下,实际过盈量达到最小,裙部几乎处于屈服状态,这时镶嵌应力也最大;随着温度升高,过盈量减小,最高使用温度时过盈量理论上最小,刚好满足传动与密封要求加一定量的安全裕度。这时,如果底部对裙部若再有一个大力的径向外拉作用,会进一步降低已经很小的过盈量,容易使镶嵌满足不了传动和密封的作用,导致密封失效。显然,非膨胀合金材料的分体环座性能不好。
       当环座底部材料是4J43时,在温度升高过程中底部与群部的膨胀作用是同步的,显然这时达到使用温度后环座底部与裙部不会产生相互作用力,镶嵌环头高温使用时与镶嵌时一样始终保持应力均衡的状态。可见,这种分体结构的环座在采用膨胀合金材料时是很有效的。
       实际上,前面的两体环座,如果没有再阻焊底部的话,裙部与密封环的镶嵌组合,在镶嵌过程以及使用时的升温过程中,小环座与密封环之间的应力始终都将保持均衡分布状态,这本身就是一种比较理想的镶嵌结构,只要解决环头与波纹管的连接,问题似乎就得到解决了。


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