旋转接头漏水的原因是有多种原因造成的,在正常情况下,通过摩擦副的构成径向间隙产生泄漏。然而辅助密封元件的损坏,例如:O型圈的破损、不同断面形状的弹性密封圈的收缩或变形以及与它们相接触的表明粗糙等原因也会形成另外新的泄漏缝隙。此外密封环的安装和热装工艺有缺陷,或者摩擦副与辅助密封圈的材料孔隙过大同样会产生泄漏。这里着重阐述通过两个密封环端面的密封缝隙产生的泄漏问题。
试验研究证明,旋转接头摩擦副主要出在混合摩擦和边界摩擦状况下工作,干摩擦状态下使用的情况是有的,只有在特殊情况下才在流体动力区域内运转。
通常旋转接头摩擦副都采用经过研磨的平端面,球形密封面(球台侧面),在运转使用过程中,由于力、热和磨损原因,初始表明可能改变形状。平密封面具有加工和检查简单等优点,下面只把平面平行密封缝隙作为初始缝隙。
制造和使用旋转接头的经验表明,对构成两个表面的质量要求,如果表面粗糙度和平直度,球面的球面度必须切实地达到。目前旋转接头生产厂家的技术规范上规格抛光表面的粗糙度Ra=0.015~0.5μm,平均值2~3个光干涉带(圈)。不同材料利用金刚石工具进行特殊加工能达到的表面粗糙度(微观表面不平整)的算术平均值也各有不相同,例如:
旋转接头碳化钨密封组件 Ra=0.015~0.03μm
旋转接头密封组件耐磨的金属材料 Ra=0.2~0.3μm
旋转接头硬碳材质密封组件 Ra=0.3~0.4μm
旋转接头陶瓷材质密封组件 Ra=0.5~0.5μm
具有经过研磨的摩擦副旋转接头一经投入运转使用,它的密封缝隙形状立即就要发生变化。这是由于作用在密封环上的初始力(例如弹簧末圈造成的力)。轴向力和径向力以及温度梯度造成的。这时密封环出现变形,它们的表面可能凸起和凹进(缝隙可能变成X形或凸透镜形),并且在内径d或者外径D处相接触面儿呈现倾斜状。如果将其运转条件保持不变,也就是说P1,Vg和t等项不发生多大变化,而且摩擦副材料使用恰当,当给予足够长的时间和适宜的接触压力,则由于磨损会使摩擦副的密封缝隙逐渐变成平行。所需要的磨合时间主要取决于变形量的大小,施加的接触压力以及摩擦副材料的抗磨性等因素。对于旋转接头来讲,这种过程可以从几分钟到几天之间,这就是为什么把耐磨材料的磨合时间作为运转工况来计算的另一个原因。
但是如果在起动时密封面就已遭到严重损坏,例如热应力破裂、粘咬、超过材料使用的温度界限(浸渍石墨中的金属熔化)或者摩擦面脱开。那么机械密封结构的旋转接头便丧失了工作能力。它的变形特别是断续运转工况下所发声的变形,将给精确计算泄漏量带来很大困难。影响密封缝隙变形的主要因素有四个,它们是轴向力、径向力和温度梯度(包括轴向温度梯度和径向温度梯度)。