高壓柱塞泵間隙密封
同旋轉間隙密封一樣,往復間隙密封也是間隙節流降壓-無接觸密封,其壓力降取決于收斂間隙。它的不同之處在于套筒外層也為有壓液體。這樣,由套筒內、外壓力分布及壓力合成可見,作用在套筒外表面的密封壓力p1和作用在密封間隙內的穩定衰減壓力p(x)之間的壓力差產生作用在套筒上的壓力載荷,如果柱塞和密封具有所需的自由度,那么套筒將會自動對中。通過合理設計,就可利用這種合成壓力的作用。在運行中使得套筒產生彈性變形,形成難以加工的以μm計算的所需間隙,取得間隙節流降壓效果。這種間隙可以是平行的,也可以是沿壓力降方向呈楔形,以產生對中效應(見圖-間隙密封原理).
圖-間隙密封原理所示為70MPa高壓泵的間隙密封。節流套筒的外形具有特殊的形狀,它接近于能形成直線錐形間隙所要求的壁厚形狀。與平行壁厚的套筒密封相比,它明顯地具有較好的對中作用,而且還能夠裝入一個壓縮彈簧,在泵啟動時或減壓再啟動時阻止套筒脫開。柱塞表面噴涂鎳基合金,套筒材料為高彈性的QB。2.4,介質一般要求含3%乳化液。套筒低壓端與球面支承呈鏡面搭接,泄流液體由低壓端溢流孔排出。
圖-間隙密封原理
經驗表明,套筒內徑與套筒長度比為1:4,密封間隙與柱塞直徑之比在1:1400左右,對密封100MPa以內的稀液(如水)效果較好。
圖-密封副相對位移引起的間隙變化所示為套筒和柱塞位移引起的間隙變化;圖-計算間隙內的壓力分布所示為壓力在20、40、60MPa時的間隙內壓力分布,該分布用直接迭代圖解計算。
間隙密封有許多并存的矛盾現象:對低黏度流體來說,必須用極為精密的加工方法來加工出“剛好能測量出來”的微小間隙,為了實現間隙的均勻分布,要使套筒相對柱塞“浮動”起來,因此套筒兩端均無徑向定位;由于在極限偏心(偏心量/間隙高度=1)情況下泄漏量是同心運行情況下的2.5倍,所以在泵送非潤滑介質時就出現了往復密封元件的對中問題;為了解決對中,設計中就希望套筒相對柱塞隨機調心。套筒低壓端部的鏡面搭接和球面墊與支承球的線接觸搭接就是為了解決對中與調心問題,間隙、浮動、對中、調心這一組矛盾的動態出現使得間隙密封得以實現。當然,好的間隙密封還需要從工況、介質等方面配合,像旋轉密封一樣,套筒的分段溝槽對產生浮動效應也是有意義的。
圖-超高壓間隙密封所示為一種700MPa超高壓增壓器的間隙密封,其特點是吸入與排出分別在密封段的兩端。當柱塞處于排出行程時,套筒和支承環閥的斜面接觸保證了高接觸壓力,由此形成了柱塞的密封作用,且防止了兩個密封元件間的泄漏;當柱塞處于吸入行程時,接觸斜面又相當于一個止回閥,吸入液體克服彈簧預載荷,產生初始分開壓力,使得套筒與支撐環分開,介質進入壓縮腔。
間隙密封副必須偶配研磨,不得互換。
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