旋转接头使用寿命究竟有多长呢?如果粘附磨损起主导作用,并且使用条件是恒定的和已知的,那么,可以根据相似条件下取得的磨损量A比较近似地确定寿命L=a/A。当然密封的可磨损高度a不可能任意地加大,因为它受机械变形和热变形的影响。一般情况下,可磨损高度a=0.5~5mm。
近几年来旋转接头的期望寿命已比过去增长了好多倍,原因是采用了比较好的材料和先进的结构,此外,还有维护人员对这种型式的密封已经掌握得很好了。
通常旋转接头的使用寿命不仅单独取决于端面和球面的磨损,而且还决定于所用橡胶和塑料材料的老化性能。在密封50℃的乙醇胺时,P1=5.8bar和v9=5.4m/s,O形圈大约在运行40,000h之后变脆,而在这段时间里碳环的磨损量只有0.35mm。
接触压力、摩擦系数、滑动速度和温度的任何程度的增高以及断续工况都会降低使用寿命。除了粘附磨损外,还有磨料磨损、腐蚀磨损和冲刷磨损以及振动、温度和材料等因素叠加在一起影响旋转接头的寿命。所以说旋转接头的使用寿命的数据总是不大可靠。这就是说,旋转接头预计寿命的置信概率很低。近几年来通过大量实验用不同理论,从不同角度来预测磨损寿命。
不论是对于多相和多晶材料(多晶金属、合金和聚合物),还是对结构上完善的单晶体,已经查明,破坏过程的活化能大小,对于金属接近升华能,而对于聚合物则接近热破坏过程的活化能(在单轴拉伸试验中)。
六十年代在美国国际商用机器公司(IBM)的实验室里,一批科学家在Bayer的领导下,拟定了设计机械零件时预测磨损的方法。他们把磨损分为零磨损和可侧磨损两类。如果磨损量不超过表面粗糙度的高度,这就是零磨损,否则就是可测磨损。
在某些情况下,应按载荷来预测磨损。因此IBM法的作者求得了可测磨损情况下的最大允许载荷与给定使用期限内的允许磨损量的对应关系。
除了材料的腐蚀及机械破损外,寿命取决于密封面的最终磨损状态。大多数情况下摩擦副中软材料都用石墨,所以石墨环的极限磨损量将决定旋转接头的寿命。普通的机械密封设计规定石墨环的磨损量为小于0.1um/h。因此若取石墨环端面高度为2.5mm时,连续运转可使用2~8a。日本JIS标准中规定机械密封的寿命“最低使用一年,但在苛刻的条件以及使用频率、开动率高的场合不在此限。”我国对旋转接头机械密封寿命也做了严格要求,最低适用寿命不得低于一年,苛刻公工况下不在此限制内。
前面已对磨损的影响因素作了较全面的分析,它是一个复杂不可逆的过程。选择选择接头寿命的计算必须以可靠的磨损资料为依据,而可靠的磨损资料来源于大量的试验及实际使用信息反馈。生产实践经验表面,目前国产旋转接头(流体压力低于20kgf/cm²,滑动速度低于10m/s)平均使用寿命1.5~5a,有的可达10a之久。在有些使用的场合,使用寿命只有0.5~1a的时间,已被看作是很好的数值了。
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