差速浮动式传输密封的泄漏分析

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Leakage Analysis on Diferential Floating Transmission SealZhang Haiyang Zhu W eibing Zhou Gang Zheng Jianke Hao Xu(School of Mechanical Engineering and Automation，Xihua University，Chengdu Sichuan 6 10039，China)Abstract：According to the fluid dynamic and static pressure lubrication theory，combining with the sealing clearancestructural characteristics of diferential floating transmission seal，the effects of parametric changes of rotation rate，pressureand sealing clearance on the leakage of transmission seal were analyzed.The resuhs show that the seal leakage of differenti-al floating transmission seal and the working medium viscosity are in inverse ratio.Thus.the seal leakage can be controlledthrough controling the working temperature to adjust the medium viscosity.The seal leakage has low correlation with mov-ing ring speed，and has high correlation with sealing clearance.Th e working load fluctuation will cause the change of leak-age，and along with the increasing of seal clearance，which wil result in more obvious fluctuation of leakage。

Keywords：transmission seal；diferential floating；seal leakage；sealing clearance传统机械密封或组合密封不能很好地解决推进式离心分离机的密封问题。差速浮动式传输密封实质上是-种非接触式机械密封，它同时具备密封和传输2个功能。虽然国内已经有传输密封的相关专利，但在产品的密封机制研究、系统失效分析、结构优化分析等方面还不够全面，缺乏系统的设计方法和理论分析 。因此有必要对差速浮动式传输密封的泄漏量进行分析，分析结果不仅对差速浮动式传输密封泄漏的控制、密封设计及优化具有指导意义，而且为其进-步研究奠定理论基矗1 结构及工作原理差速浮动式传输密封的工作原理 如图 1，2所示，密封副由两组动、静环组成，整体安装在机座空心轴与旋转油缸间。静环固定安装在机座的空心轴上，动环通过2个V型圈安装在旋转油缸上，如图2基金项目：四川侍育厅重点项 目 (12ZA168)；四川省学术和技术带头人培养资金项目 (12202462)。

收稿日期：2012-08-16作者简介：张海洋 (1987-)，男，硕士，从事机械密封技术研究.E-mail：scszhy###126.com。

所示。静环1与静环2、动环1与动环2分别用螺钉配对连接在-起。工作时，密封副上形成两组密封面，内密封平面上均布许多凶，作为高压油的通道，来自油泵的高压油从静止的输油道A流经静环 1上的通道B进入液压油缓冲室。液压油流经动环2上的通道 V型通道 C，再流经动环 1上的通道 D后进入旋转的复合油缸上的通道 E，最后流入复合油缸里的活塞内，通过换向阀驱动活塞作往复运动。

螺栓动环lf液压缸密尹面l螺栓静环1动环2/-l进油口 缓 室 封面2环 2图1 差速浮动式传输密封示意简图Fig 1 Diagrammatic ilhsation of diferentialⅡ0 ng ta'ansmission seal润滑与密封 第 38卷进密封面2 密封面l图2 差速浮动式传输密封简图Fig 2 Diagram of differential floating transmission seal密封副工作时，高压液压油不间断地流经通道ABCDE。在高压油的作用下，传输密封的密封面之问形成流体静压作用而产生很薄的油膜，减少密封面之间的摩擦；并且通过高压油的作用使传输密封与转轴之间产生浮动，形成传输密封与转轴的不同转速(差速)转动和沿轴向的微动 (浮动)。

2 密封间隙中的泄漏流量流体在密封间隙中的泄漏量撒于流体的黏度、间隙的高度和形状以及间隙两端压差大小等因素” 。

在工程流体力学中，液压油在压差作用下的密封间隙流动均按定常流动的层流规律进行研究。

差速浮动式传输密封问隙中泄漏流量可以分解为2部分，-是密封间隙两端压力差引起的泄漏流量；二是液体随动环旋转，在离心力作用下引起的泄漏流量。在差速浮动式传输密封中，引起泄漏的密封端面有密封面2和最外侧的密封面 1，其中，密封面 2是泄漏的主要源头，其泄漏的液体经密封面 1后形成二次泄漏。故主要讨论密封面1的泄漏情况。

2.1 压力差引起 的泄漏流量图3示出了差速浮动式传输密封在运行时的简化模型 。其中A盘为旋转盘，B盘为静止盘。A盘以角速度∞相对于B盘作旋转运动，液体以压力P▲入油腔，出口压力与大气压相同 。假定液体是不可压缩、稳定、轴对称的层流，其边界条件为：rr1，rr4时，P1 p2 0rr2，rr3时，P2 p3pou 0式中：，为液体轴向速度。

ABJ I Z- - ∞ ///////// ///////// 1 2.3 4 -八 y 。

r3，4图 3 间隙泄漏分析简图Fig 3 Diagrammatic ilustration of leakage analysis in the seal gap在衙封 I司隙半径为 r(rl

在密封间隙半径为r(r

图4 不同转速下密封间隙的流量曲线Fig 4 The flow curves of sea!gap in diferent speeds图5 不同压力下密封间隙的流量曲线Fig 5 The flow curves of seal gap in diferent pressures 等( )4结论 q g‰ I ，I 袷3r43r23r3) (13)由式 (13)可知，密封间隙的泄漏量与工作介质的黏度呈反比，也就是说黏度越低，泄漏量越大。

- 般情况下温度增高，黏度降低，因此，当需要控制泄漏量时，可适当地控制工作温度。

3 计算结果及分析差速浮动式传输密封的工况参数为：P。4 MPa，P800 kg/m ，602，zrn/60 rad/s， l82 mm， 286mm， 92 mm，r495 mlTI，液体的运动黏度 32/s，即 800 k In3 x32 /s25.6 mPa·s。

运用Matlab进行数值分析 ，得到不同转速和压力下密封间隙流量曲线，如图4，5所示。

图4示 出了圆盘转 速 n分别为 1 200，2 100，3 000 r/min时的间隙泄漏流量曲∩以看出，3条泄漏流量曲线几乎重合，说明密封泄漏流量变化与动环转速的相关性较校且随着密封间隙h的增大，间隙泄漏流量呈增大趋势，且间隙h越大，流量增大的趋势越明显。说明密封流量与密封间隙的相关性较大。

图5示出了转速n1 200 r/min，进口压力P 分别为3，6，9 MPa时的间隙泄漏流量曲线∩知，进口压力越高，随着密封间隙h的增加，泄漏流量变化通过对影响传输密封泄漏量的理论计算和数值分析，表明转速对传输密封泄漏流量的影响较小，而进口压力对传输密封泄漏流量的影响较大，为传输密封的研究提供了理论依据。