水刀動(dòng)密封有兩大類,分別是旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封。旋轉(zhuǎn)密封是旋轉(zhuǎn)噴頭和旋轉(zhuǎn)接頭的關(guān)鍵技術(shù),旋轉(zhuǎn)密封的成功可以說是設(shè)計(jì)與制造的密切配合,因?yàn)樗性S多不可知因素。高壓旋轉(zhuǎn)密封首先要解決關(guān)鍵問題就是高壓與旋轉(zhuǎn)這一對(duì)矛盾。因?yàn)樵教岣邏毫?,密封越是旋轉(zhuǎn)的阻力,這對(duì)矛盾處理不好,或者旋轉(zhuǎn)飛速,壓力上不去,或者轉(zhuǎn)不起來,密封抱軸。水射流的介質(zhì)是黏性很低的清水,這對(duì)矛盾尤為突出。
旋轉(zhuǎn)密封的設(shè)計(jì)原則是:旋轉(zhuǎn)力矩要能克服摩擦阻力使噴頭轉(zhuǎn)起來;密封要能保證噴嘴的額定排出壓力;密封不因壓力與轉(zhuǎn)速的提高而抱軸。
為此,旋轉(zhuǎn)密封大都采用套筒間隙節(jié)流密封。密封的目的是保證在泵與噴嘴匹配前提條件下的額定排出壓力和流量(流量偏低,壓力也就自然上不去),而不是沒有泄漏量。保證了前者,泄漏量也就穩(wěn)定控制了,這就是好的旋轉(zhuǎn)密封。上述方程是同一性質(zhì)的不同表達(dá)式,適用于不同的計(jì)算場(chǎng)合。但其前提是嚴(yán)行間隙不產(chǎn)生相對(duì)位移。
對(duì)于液壓間隙密封,理論認(rèn)為間隙內(nèi)部形成了油膜,油膜的存在使套筒浮動(dòng)。將這一油膜理論引申到“水膜”,事實(shí)上因?yàn)樗酿ば蕴。y以成膜。但當(dāng)將套筒內(nèi)壁以溝槽分隔,在密封高壓水的同時(shí),無需任何外加條件就能解決間隙潤滑和冷卻問題。這樣,水膜的假設(shè)就不無道理??梢韵胂螅指魞?nèi)壁溝槽蓄水,是有利于形成水膜的。套簡易采用高彈性材料,如QBe2.4等。
填料也可以用于旋轉(zhuǎn)密封,只是高壓下填料易變形,出現(xiàn)抱軸現(xiàn)象,所以旋轉(zhuǎn)密封慎用填料。填料密封多用于低速、強(qiáng)制情況下的旋轉(zhuǎn)密封,如某些旋轉(zhuǎn)接頭、絞盤、旋轉(zhuǎn)推進(jìn)器等。
往復(fù)密封是保證高壓水發(fā)生設(shè)備工況的關(guān)鍵,也是衡量成套設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要標(biāo)志。因密封工況(如壓力、流量、介質(zhì)、柱塞線速度)的差異,往復(fù)密封在材料和結(jié)構(gòu)上多有變化,這樣就有了填料密封、間隙密封、組合密封。泄漏,也是密封段潤滑與冷卻的需要,有利于提高往復(fù)密封壽命。密封壽命不只是簡單的時(shí)間長度,而是與其判據(jù)即壓力或流量下降變化互為因果關(guān)系,亦即當(dāng)壓力或流量下降到某一限度,此時(shí)密封的時(shí)間即為其壽命。據(jù)此理論和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)總結(jié)的壽命指標(biāo)也就因高壓水發(fā)生設(shè)備的壓力級(jí)而異了。這就是說,相同工況的密封有著相同的壽命判據(jù),以此區(qū)別出不同密封的壽命??梢?,性能指標(biāo)和壽命判據(jù)也就是密封工況的變化過程,也就是密封壽命的始終記錄。密封壽命是制造商和用戶都共同關(guān)注的敏感問題,標(biāo)準(zhǔn)給出了比較科學(xué)的規(guī)定。
填料通常是纏裹在軸或桿件上受壓后達(dá)到密封作用的密封件。填料有編織成型呈開口狀的,也有模壓成型呈環(huán)狀的。當(dāng)它軸向受壓縮后,就會(huì)徑向延展實(shí)現(xiàn)密封。
通常要求的填料密封并非是無泄漏密封,它們相當(dāng)緊裹卻產(chǎn)生了很小的泄漏,大多數(shù)情況下這種泄漏恰恰是填料材料的潤滑劑。甚至還有這種說法:如果在這種泄漏比預(yù)期的還要更小的情況下,填料密封要另行潤滑。也就是說,適度的泄漏量減少了摩擦和磨損,高壓泵往往對(duì)密封段采用回水方式或油杯強(qiáng)制滴油方式冷卻和潤滑。換言之,密封的實(shí)質(zhì)是不密封,只是控制穩(wěn)定的泄漏量。 填料可以做成多種形狀:有將浸漬纖維壓成方形斷面的,也有各種型式相互組合的填料.v型填料是最常用的一種型式,其填料密封圈相互結(jié)合部位往往留有空腔,當(dāng)密封時(shí)這兒就是一個(gè)潤滑劑蓄區(qū)。
隨著密封工況的不同,填料材料多種多樣,常見的有鋁.銅、鉛箔、鉛、銅絲編織物等金屬填料;合成橡膠、皮革、亞麻、紗纖、柔性石墨、塑料和石棉等非金屬填料。早期的高壓,超高壓密封材料為牛皮,由于該材料缺乏自潤滑和彈性,在壓力下很容易抱軸或刮傷柱塞,而且不適應(yīng)水介質(zhì)。后來,密封材料向高分子材料發(fā)展,如填充PTFE(通常填充石墨、玻璃纖維、金屬氧化物、青銅和二硫化鉬)、彈性聚氯乙烯樹脂以及軟金屬成型填料的發(fā)展,為填料密封向高壓化發(fā)展開辟了一條新路。
天然苧(青)麻纖維填料,通過浸漬PTFE乳液,經(jīng)特殊工藝編織成繩狀.其強(qiáng)度高,耐磨性和抗腐蝕性好。這種填料具有體積穩(wěn)定、自潤滑和不磨傷軸的特點(diǎn),工作壽命長。該填料的pH值為5-11,適應(yīng)溫度-30℃- 120℃,密度約為1.25g/cm。,適應(yīng)線速度2m/s,用于100MPa高壓往復(fù)密封效果良好,但需輔以支撐環(huán)和彈簧等。另外,凡使用填料一定要在裝配前以模具壓型,其方法是把填料纏繞在與機(jī)器軸相同直徑的木棒上,以鋒利的刀按45℃進(jìn)行切割,把切斷的填料裝入與填料函尺寸相同的模具內(nèi)(為了便于裝配,模具的內(nèi)外徑分別比填料函大和小0.2mm),置于壓機(jī)上,以30-50MPa的壓力壓成環(huán)狀,安裝前還需表面涂潤滑脂。若用于更高壓力,則需組合間隙密封。
高壓密封采用芳綸1414(密度為1. 40-1. 45g/cm3)也獲得良好效果。芳綸纖維與其他纖維的材料力學(xué)性能見表 芳綸纖維編織填料主要使用聚四氟乙烯乳液和甲基硅油作為填料性能處理的浸漬材料。
一超高壓填料密封結(jié)構(gòu)。它使密封主休活塞式,這樣就簡化了缸體內(nèi)腔形狀和尺寸。密封主體為在金屬墊圈4前端將金屬填料5與氟塑料填料6間置,這兩種密封圈的結(jié)合面角度一般相差2°-5°,以利螺母2的預(yù)緊。液體壓力作用在杠件3上,這個(gè)壓力由填料5和6承受,它們的面積比桿件小,所以這種情況下密封表面是無補(bǔ)償?shù)?,填料?nèi)的應(yīng)力大于液體的工作壓力。
具有無補(bǔ)償面積的另一種密封。在這種情況下,由于填料的面積比密封環(huán)的面積小,呈無補(bǔ)償性,整個(gè)結(jié)構(gòu)由螺母壓緊并保證初始密封。這種密封雖然簡單,但經(jīng)歷第一次負(fù)荷后很容易失效,只適應(yīng)于線速度很低的個(gè)別工況。
柱塞的高壓填料密封結(jié)構(gòu),其工作表面為平面或錐面的壓環(huán)7。的填料做成V形;則將填料做成雙層帶錐面的筒形,分別密封內(nèi)、外層高壓液體,還有一個(gè)共同點(diǎn)是在填料和壓環(huán)之間都留有自由空隙。各環(huán)間直徑存在以下關(guān)系。因?yàn)樘盍蠎?yīng)力與工作壓力比值n較大,易破壞壓環(huán)7,需在壓環(huán)圓周鉆4個(gè)I-l. Smm小孔以平衡內(nèi)外側(cè)壁的壓力,水刀改進(jìn)壓環(huán)的工作條件。彈簧預(yù)壓填料密封,方形填料以隔環(huán)間置。