高壓旋轉(zhuǎn)接頭的摩擦副除了由于粘附磨損、磨粒磨損和磨削磨損以及氧化磨損等原因引起端面或球面磨損外,由于介質(zhì)很高的流速也可以出現(xiàn)沖刷磨損(侵蝕磨損)。在磨粒磨損范圍中固體物質(zhì)對磨損有很大的影響,可是隨著泄漏量的逐漸增大,在較軟的碳材料上會顯現(xiàn)侵蝕的作用。
此外,當(dāng)流體的速度很高并且直接沖向旋轉(zhuǎn)接頭摩擦副時,則在密封零件上可能造成強(qiáng)烈的沖刷作用。沖刷磨損的大小決定材料的抗磨強(qiáng)度,流體的流動速度u、沖擊角度和介質(zhì)中固體物的含量在垂直方向的沖刷下,一般u=5~10m/s為安全數(shù)值。
摩擦熱會在密封縫隙中造成高溫,這種高溫對機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的性能有很大的影響。其后果可能使磨損加劇和增大熱變形。當(dāng)密封縫隙中的溫度超過其允許最高值時,潤滑膜汽化,這樣就加劇了摩擦和磨損。此外,密封縫隙中的溫度還可能大大地超過材料的使用溫度,因而密封會產(chǎn)生斷裂,熔融或者熱應(yīng)力裂紋等故障。
首先,密封縫隙中產(chǎn)生的摩擦熱通過導(dǎo)熱傳到環(huán)中去,這樣,在密封環(huán)內(nèi)熱量逐漸向外移動(有時向內(nèi)移動),然后通過對流放出來,通過溫度較低的流體所吸收,并且作為熱源隨著物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動。熱量也可能通過輻射向四周圍散出,這時熱量變成輻射能。
在常用的高壓旋轉(zhuǎn)接頭上,泄漏量非常小,所以,由它形成的冷卻作用小得可以忽略不計。
在摩擦副上,軸向方向和徑向方向的溫度分布可能由很大的類別,主要是結(jié)構(gòu)、材料的選擇,溫度低處的位置,散出的熱量、傳熱系數(shù)和冷卻介質(zhì)等因素對溫度分布的影響最大。精確的數(shù)值只能在工作狀態(tài)下進(jìn)行測量來取得。
但是肯定地說:導(dǎo)熱系數(shù)大,則相應(yīng)的溫度梯度就低,所以,如果密封環(huán)的溫度高,那么它相應(yīng)地應(yīng)該具有較好的散熱性能,反過來也是對的。
如果旋轉(zhuǎn)環(huán)與不旋轉(zhuǎn)環(huán)都和流體介質(zhì)相接觸,當(dāng)液體介質(zhì)溫度低于密封環(huán)接觸面上的溫度,而且它們的導(dǎo)熱系數(shù)相等,那么旋轉(zhuǎn)環(huán)的溫度梯度要比不旋轉(zhuǎn)環(huán)中來得高。此外,溫度梯度愈高,則從環(huán)到介質(zhì)得傳熱系數(shù)就愈大。
不可能把摩擦熱直接從密封環(huán)傳給液體,必須先將密封環(huán)的溫度升高。根據(jù)這種原因,由于散熱,所有計算出來的縫隙溫度往往比實(shí)際要低。對大多數(shù)旋轉(zhuǎn)接頭摩擦副來講,密封環(huán)中的摩擦熱是呈徑向方向傳遞的,這是因?yàn)榈蜏貐^(qū)通常位于d或D處。由于高壓旋轉(zhuǎn)接頭密封環(huán)的結(jié)構(gòu)形狀和布置的不同,散熱情況是十分復(fù)雜的。