盾构机

2016-09-28  来自: 西安方盛密封 浏览次数:305

大埋深隧道对盾构机主轴承密封性能提出了更高的要求。利用有限元分析软件ANSYS Workbench 研究不同材质的压紧环密封圈在不同载荷下的受力状况,研究其密封性能。分析结果表明,压紧环唇形密封圈的密封能力与预紧载荷和材质均有关系,当预紧载荷越大,密封圈硬度值越高时,密封面的接触压力就越大,密封能力就越强。因此,为提高大埋深盾构机主轴承密封圈的密封性能,可采取以下措施: 在材料方面应选择高硬度值的压紧环密封圈,必要时可增加压紧环密封圈的数量; 在结构方面应适当增加压紧环的直径,保证压紧环有足够的预紧行程施加更大的位移载荷,提高密封面接触压力。

1、盾构机主轴承外密封结构

  目前国际上的盾构机厂商对主轴承的密封均采用骨架式唇形密封圈,常见的唇形密封圈有单唇形密封圈、带压紧环唇形密封圈及多唇形密封圈,如图1 所示。

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图1 几种常见的唇形密封圈

  本文作者所要研究的压紧环密封圈安装示意图如图2 所示,这是一种常见的盾构机主轴承外密封结构,密封腔被两道压紧环密封圈和两道唇形密封圈分隔成5 个相对独立的密封腔,每道密封圈由密封隔套隔开,使其保持良好的安装位置和密封状态。在安装时,通过密封隔套和外密封压环压紧硬化橡胶环,使密封圈唇口产生一定的预压力,提高密封效果。密封圈的材质不同,这种预压力的大小也不同,通过分析这种预压力和材质的关系,结合唇形密封原理,研究了适合大埋深盾构机主轴承外密封的密封圈材质及其密封性能。

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图2 压紧环密封圈安装示意图

2、唇形密封工作原理

  唇形密封圈的工作面为唇口,在压力的作用下,唇口与密封面紧密贴合,与挤压型密封圈相比具有更强的自紧作用,压紧环的使用则进一步加强了这种自紧效果。如图3 所示,当压紧环唇形密封圈工作时,密封唇与密封衬套之间的接触压力pw来自于两个方面: 一是来自介质压力,介质压力pi直接作用在唇口上,使密封唇与密封衬套产生一定的接触压力; 另一方面来自于压紧环的作用。压紧环在介质压力、外密封压环和密封隔套的作用下,不断挤入唇形密封圈的楔形口中,对密封唇产生一定的压力。当接触压力pw的值大于介质压力pi时,密封唇就会堵塞介质泄漏的通道,起到密封的作用。

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图3 压紧环唇形密封圈工作原理

3、结论

  (1) 压紧环唇形密封圈的密封能力与预紧载荷和材质均有关系。当预紧载荷越大,密封圈硬度值越高时,密封面的接触压力就越大,密封能力就越强,就能抵抗更大的外部压力。

  (2) 对于大埋深盾构机主轴承外密封的设计,在材料方面,应选择高硬度值的压紧环密封圈,必要时可增加压紧环密封圈的数量; 在结构方面,为了提高压紧环密封圈的密封性能,应适当改进密封圈的结构尺寸,增加压紧环的直径,保证压紧环有足够的预紧行程施加更大的位移载荷,提高密封面接触压力。

 


关键词: 盾构机           

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