真空正壓轉軸密封結構設計與分析

　　本文重點(diǎn)介紹了作者在實(shí)際應用過(guò)程中設計的兩種真空正壓轉軸密封結構、性能及特點(diǎn)。利用膠芯彈性盤(pán)根作為密封材料設計的新型填料轉軸密封結構，在1.3×10- 4 Pa~2.5 MPa 較寬的壓力范圍內具有極佳的密封性能，結構具有低摩擦、低漏率、無(wú)污染的特性，自潤滑性能良好，密封效果持久可靠。

　　真空氣氛熱處理、真空高壓氣淬等真空熱處理設備中用到將運動(dòng)引入真空室的轉軸密封結構。這種密封結構要求具有雙向密封性能，即設備抽真空時(shí)，轉軸密封結構要求按真空容器承受0.1 MPa 的外壓，有較低的漏氣率，保證設備達到所需要的真空度。同時(shí)，在抽空結束向真空室體內充入保護氣體或淬火氣體時(shí)，轉軸密封結構要求按壓力容器承受一定的內壓，保證設備內的氣體不發(fā)生泄漏。

　　這種雙向密封結構是真空轉軸密封結構與壓力轉軸密封結構的技術(shù)結合，是一種綜合性轉軸密封技術(shù)，作者在實(shí)際應用中對這種密封技術(shù)及結構進(jìn)行了一些研究，本文作以分析介紹。

1、真空轉軸密封介紹

　　真空轉軸密封具有代表性的結構是真空橡膠密封和磁流體密封。其性能特點(diǎn)如表1 所示。從表1 可以看出，對于軸徑在200 mm 以上，耐壓1.0 MPa 以上的真空正壓雙向轉軸密封結構介紹較少。

表1 常用真空轉軸密封結構的性能特點(diǎn)

2、成型填料密封

　　作者在設計主軸直徑大于200 mm，轉速在0 r/min ~3 r/min 之間柔性可調的轉軸密封結構時(shí)，采用成型填料密封結構來(lái)滿(mǎn)足1.3×10^{- 3} Pa~1.0 MPa 范圍內的轉軸的密封性能。其結構見(jiàn)圖1 所示。

(1) 密封圈的的選用

　　該結構的密封圈選用U 形聚四氟乙烯，聚四氟乙烯有很低的摩擦系數， 良好的自潤滑性、耐水性、抗老化性以及加工性能好的特點(diǎn)。由于存在耐磨性不高、剛性差、彈性小、唇口容易翻轉等缺點(diǎn)， 采用銅壓環(huán)來(lái)克服聚四氟乙烯不足之處， 且使U 形密封圈的彈性分布趨于均勻。

(2) 密封圈的受力分析

　　該結構采用填料壓蓋自緊式， 是利用氣體壓力Pi 直接作用于填料壓蓋前端上，以提高在介質(zhì)端部的U 型密封圈受的壓緊力，也使壓緊力Pg 沿軸向分布更趨于合理，當介質(zhì)壓力Pi 增高時(shí)，這種作用將更強。采用正反3 組密封圈， 即能降低每只圈的負荷又能提高其耐壓能力。即使一組圈壞了， 另一組還可以工作， 從而提高了密封的可靠性， 延長(cháng)了壽命。

　　經(jīng)試驗檢測，該結構滿(mǎn)足了1.3×10^{- 3} Pa~1.0MPa范圍內轉軸的密封要求。由于聚四氟乙烯自身的缺點(diǎn)，彈性和壓縮性不如橡膠，當壓力低于1.3×10^{- 3} Pa 時(shí)，該結構的密封效果明顯降低。

結論

　　通過(guò)對填料密封裝置進(jìn)行改進(jìn)，滿(mǎn)足了大型主軸旋轉真空正壓的雙向密封性能和要求。采用膠芯彈性盤(pán)根作為密封材料的新型填料轉軸密封結構，在1.3×10^{- 4} Pa 至2.5 MPa 較寬的壓力范圍內具有極佳的密封性能，結構具有低摩擦、低漏率、無(wú)污染的特性，自潤滑性能良好，密封效果持久可靠。跟磁流體轉軸密封結構相比，降低了真空熱處理設備的使用和維護成本。

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