根据介质压力在端面(或球面)上所引起的比压卸载情况,可分为平衡型与非平衡型。不卸载的称为非平衡型旋转接头;卸载的称为平衡型旋转接头(部分卸载称为部分平衡型;全部卸载称为全平衡型旋转接头)。
内装式旋转接头机械密封结构,当不计摩擦副密封接触面间液膜压力(密封缝隙中液膜推压力) 及密封圈摩擦力时,作用在端面密封上的比压由式为:
式中D1、D2、d0为几何尺寸。
那么
作用在球面上的法向比压为:
轴向流体载荷合力
作用在球面上任意一点法向力
球面摩擦副接触球台公称侧面积
写成微分式:
那么
式中P1、P2分别为进入和引出旋转接头的流体(摩擦副环接触面处)介质压力,为弹簧力。PF、D1、D12、d为旋转接头端面密封组件尺寸。K内为载荷系数,它表示介质产生的比压在摩擦面上的载荷程度。
令 β =1-K内
为平衡系数,它表示介质产生的比压在摩擦副上的载荷程度。
当K内1(β)时为非平衡型旋转接头。
0K内1(0β)时,为部分平衡型旋转接头。
K内0(β)时,为全平衡型。
从上面公式看出,β值愈大,由介质引起的端面或球面法向比压愈小,虽然磨损很小。但不易保证密封。反之β值愈小,则端面或球面法向比压愈小,使摩擦接触面磨损加快。因此β要选取适当的值,其值大小与很多因素有关,情况比较复杂,一般时根据经验及试验去定。
内装式机械密封旋转接头内部结构通常采用非平衡型。
外装式机械密封旋转接头内部结构,当不计摩擦副接触面间液膜压力PSL和密封摩擦力PR时,作用在端面上的比压为:
作用在端面B上的比压为:
式中D1、D2、D1l、D2l、dm和d为内装式密封组件尺寸,其中为波纹管的平均直径。
式中:
K外A,K内B——端面A和B的载荷系数
βA=1-K外A βB=1-K外B
式中
βA、 βB——端面A和B的平衡系数
显然当时K外≥1(β≤0),为非平衡型旋转接头。
0<K外<1(β≤1)时,为部分平衡型旋转接头。
K外≤0(β≥)时为全平衡型旋转接头。
部分平衡型的端面比压随介质压力增高而增加缓慢,与内装式一样,值的范围在0~0.35之间,值大于0.5后,介质在端面上的推开力将由弹簧力所承受,弹簧力就必须很大,否则端面将被打开。