高速旋转接头中液压控制密封间隙原理分析

　　目前国内生产的高速旋转接头,一般采用间隙密封,而密封间隙会由于外界干扰而发生变化,导致磨损加剧或泄漏增加。尤其是大直径的高速旋转接头,这个问题更为突出,为保证整机质量,该元件往往依赖进口,而进口件价格昂贵,在轧钢机械上购置一个旋转接头需要花费18万元,对于解决这个问题,国内现在无成熟的解决办法。作者针对上述问题,在旋转接头动密封处采用间隙密封[1],并引入液压反馈控制密封间隙系统,改善了高速旋转接头的性能。

　　1　结构分析

　　作者所设计的高速旋转接头结构如图1所示,旋转接头的两端由滚动轴承支承[2],有2个进出油口,3个外泄油口。其中关键部件是衬套,它由1a、1b、2a、2b 4个零件组成, 1a、1b由螺钉连在一起,经密封圈3与转动轴4相连,随轴一起回转。2a、2b由螺钉连在一起,经密封圈5与固定壳体相连,固定不动。压力油从壳体孔P1通入,经零件2a、2b上的孔道进入密封平面上的长槽,再通过1a上的孔道流入轴中心孔8,最后由孔8流入液压缸或者其他部件。间隙6、7间的压力环带形成了液压控制机构。使固定件与旋转件保持一定的间隙,如果由于外界的干扰使间隙发生变化,由液压反馈控制会使其间隙恢复原来的大小。因此固定件与旋转件在工作时互不接触,只产生黏性的液体摩擦。

　　2　液压控制密封间隙原理

　　衬套结构如图2所示。

　　压力为p的油液经间隙7进入环形腔9,压力降为ps,然后从间隙6流出。

　　流体产生的作用在组件1a/1b上的向右的力为Fc:

　　Fc=F1+F2

　　式中:F1为作用在密封带6处的力;

　　F2为作用在环形腔上的力。

　　根据流体力学知识[3]可推导出

　　式中:p为供油压力;

　　k为结构系数;

　　h为密封带6处间隙。

　　压力为p的油液流入环形槽10,再经密封带流出产生的作用在组件1a/1b上向左的力为F:

　　F=F3+F4+F5

　　式中:F3为作用在环形槽10上的力;

　　F4为作用在外密封带上的力;

　　F5为作用在内密封带上的力。

　　根据流体力学知识[4]可推导出

　　3　讨论

　　当无附加外力作用在1a/1b上时,F=Fc,h保持原设计大小。

　　当由于外界影响,有向左附加外力F′作用在1a/1b上,则间隙h减小,由表达式(1)可知ps增大,由表达式(2)、(4)可知Fc增大,F减小直至Fc=F+F′,间隙h重新恢复到原来大小。当有向右的附加外力F′作用在1a/1b上,则间隙h增大,由表达式(1)可知ps减小,由表达式(2)、(4)可知Fc减小,F增大直至Fc=F-F′,间隙h重新恢复至原来大小。