除了机械力之外,补偿环与非补偿上的温度的不同以及温度梯度分布情况对密封缝隙的几何形状对旋转接头漏水原因也有影响。对于弹性变形来讲,起决定性作用的主要式材料的弹性模量E和环尺寸的大小,而在热变形时,摩擦副材料的热力性能(例如:导热系数λ,线膨胀系数α和散热系数)以及旋转接头摩擦副密封环的结构是主要因素。密封环的结构影响温度梯度和缝隙的形状。不仅是轴向方向的温度梯度影响密封缝隙的几何形状。就是径向方向的温度梯度也有作用。
1. 旋转接头轴向温度梯度的影响
轴向方向的温度梯度要引起摩擦副密封面的变形。在外径D处温度较低时,密封环沿着径向方向向外扩大呈锥形,而低温位于内径d处时,密封环沿着径向方向向内收缩成锥形。
对于沿内径或外径弹性固定的环,纽曼(Newman)和福瑞(Forray)提出来计算由于温度造成环端面变形的公式。假定轴向温度梯度时线性变化的。
此公式为:
式中
CF——形状系数
旋转接头摩擦副通常是在内径d或外径D处温度较低。在研究由于温度梯度造成的变形时,如果外径d处温度低,则认为环端面变形STr是负的,也就是密封面在内径d处接触;相反,如果内径d处温度低,也就是环的外缘区温度较高,则密封面在外径D处接触,认为这时的STr是正的。
2. 旋转接头径向温度梯度的影响
通常在旋转接头结构中存在几个热源,它们强烈的影响密封环沿径向方向温度的分布状态。除了摩擦副端面摩擦生热之外,还有其他一些热源,例如,被密封的流体介质是热度,空心轴旋转生热,液体涡流运动生热等等。
按温度降低到方向(有时环内径d处温度比外径D处低:有时相反),密封环上温度分布情况有相当大的差异。补偿环上距低温区最远或者最靠近热源的部位低温度最高,这些部位比其他部位膨胀得厉害,因为改变了密封面初始得平行缝隙形状。令热源和运转条件保持不变,而且假定温度梯度Cr沿径向方向是线性变化时,即
由此可以得到计算环轴向变形的近似公式
STa=albc
径向温度梯度Cr主要决定于热源(生热部位),导热系数和传热系数,其次还受液体的种类,粘度以及速度的影响。一定运转条件下Cr的精确值只能通过试验来确定。
如果低温位于位于外径D处,则认为轴向变形Sta是负的,这时两个环在内孔d处接触。而当低温区位于内孔d处时,Sra是正的,摩擦副靠近环的外缘D处接触。
旋转接头生产厂家在设计过程中,通过计算公式和试验数据得出的数据出具旋转接头图纸,有效规避旋转接头漏水影响因素。