一种无填料轴承密封的研制

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1、http://www.paper.edu.cn一种无填料轴承密封的研制1234刘德民，刘小兵，李娟，王春志1、西华大学能源与环境学院，四川成都（610039）2、四川消防机械总厂，四川成都（610000）3、中国地质大学人文经管学院（100083）E-mail：xhdxyjs@sina.com摘要：本研究基于同心旋转圆柱间的定常流动特点和库塔流的性质，建立了密封腔内外流动模型，并研制出了一种无填料轴承密封。这种密封的主要原理是利用密封腔内外压差克服流体的渗透力，将流体封在轴承外面，已改善密封的使用条件，

2、减少磨损，同时也降低维修费用，达到节能的效果。关键词：泵，无填料密封，研制1引言密封技术广泛应用于工业、农业、国防和科学技术的各个技术领域。随着现代科学的迅速发展，密封装置的使用条件越来越苛刻。因此，保证密封的可靠性与寿命，则是当前密封装置的研究、设计、制造、使用等方面的重要任务。密封可分为相对静止接合面间的静密封和相对运动接合面间的动密封两大类；动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作用相对运动的零部件是否接触，可以分为接触式密封和非接触式密封。一般说来，接触式密封的密封性好，但受

3、摩擦磨损限制，适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性较差，适用于较高速度的场合。对密封的基本要求是密封性好，安全可靠，寿命长，并应力求结构紧凑，系统简单，制造维修方便，成本低廉。大多数密封件是易损件，应保证互换性，实现标准化，系列化。通常我们采用的密封形式有：如盘根、填料式密封，[1]机械密封，水泵密封等等。目前市场上采用的填料密封，该种密封成本低廉，但使用寿命较短，压缩性和回弹性不好，永久变形大；高温下易软化，易分解，低温下易硬化，易脆裂；抗腐蚀性能好，在酸，碱，油等介质中能长期工作，其体

4、积和硬度变化小，长期使用后易粘附在金属表面上；耐老化性不好；随着密封件的磨损，经常出现漏水现象，若不及时更换就会造成严重漏水，影响正常的图1机械式密封[1]工作，并且可以造成轴承的损坏。1.静止环（静环）,2.旋转环（动环）,3.弹性元件,4.弹簧座,5.紧定螺钉,6.旋转环辅助密封圈,7.防转机械密封利用数块碳精或尼龙等抗磨材销,8.静止环辅助密封圈,9.压盖料组成环形密封圈，支撑在托架上，利用弹性力使密封圈与固定在主轴上的转环形成端面密封的机械密封，如图1。由于弹簧作用力不均，不易调整，密封块容易出

5、现偏卡、偏磨，性能不够稳定，对弹簧的制造质量要求也很高，并[2]需采取一定的防锈措施。http://www.paper.edu.cn我们研制的这种无填料密封不同于填料密封和机械密封，没有使用填料和弹簧。根据同心旋转圆柱间的定常流动模型，由库塔流的性质，推导出密封件内外的压差分布。利用密封腔内外压差克服流体的渗透力，将流体封在轴承外面，以改善密封的使用条件，减少磨损，同时也降低维修费用，达到节能的效果。2无填料密封的设计及工作原理2.1无填料密封的流动分析密封与圆柱间的相对运动可以简化为两同心旋转圆柱间[

6、3]的定常流动。假设密封件与主轴之间充满着粘性不可压缩流体，主轴半径r，以常角速度ω旋转；外圆柱半径r，以常角112速度ω旋转（如图2），取柱坐标系（r，θ，z），z轴与圆柱2轴线重合。根据N-S方程柱坐标系的形式，2⎧∂VV1∂p2∂VVrθθr+ν.∇V−=F−+ν(∆V−−)⎪rrr22∂trρ∂rr∂θr⎪图2⎪∂VVV1∂p2∂VVθrθrθ+ν.∇V+=F−+ν(∆V+−)⎪θθθ22⎪∂trρr∂θr∂θr⎨⎪∂Vz1∂p+ν.∇V=F−+ν⋅∆V⎪zzz∂tρ∂z⎪⎪∂Vr1∂Vθ∂Vz

7、Vr+++=0⎪⎩∂rr∂θ∂zr（1）∂V∂∂22θ1∂∂1∂∂µ式中,∇=V++V；∆=(r)++；ν=；下标r，θ，rz222∂rr∂θ∂zr∂r∂rr∂θ∂zρz表示各坐标分量；F,F,F代表重力在r，θ，z三个方向的分量。rθz该物理模型遵循如下几个假定：（1）流动发生在与z轴垂直的平面上，每个垂面上流动是相同的，则有∂p∂Vθ=0，=0（2）∂z∂z（2）每个断面上流体作圆周运动，则有V=0，V=0（3）rz（3）每个轴垂面上流动是轴对称的，则有∂p∂Vθ=0，=0（4）∂θ∂θ（4）不计重

8、力则有F=F=F=0（5）rθz（5）根据z方向对称性易见，圆柱转动引起的流体定常运动，其所有的流线都是-2-http://www.paper.edu.cn圆形的则有∂V∂V∂Vrθz===0（6）∂t∂t∂t（6）假设密封件与主轴之间充满着粘性不可压缩流体，则有ρ=C（7）将（2），（3），（4），（5），（6）代入（1）得：2V1dpθ=（8）rρdr（8）式表明惯性离心力和径向压力梯度平衡。由流体力学基本方程组柱坐标系中的形式为⎧∂ρ