汽缸試水壓工裝中封板密封槽的優化設計論文
摘要:汽輪機工作時,汽缸內部長期處於高溫高壓的環境中,因其工作環境的特殊性,對汽缸毛坯鑄造品質和製造工藝都有極高要求,針對此,對汽缸試水壓工裝中的封板密封槽進行了優化設計。文章介紹了汽輪機汽缸試水壓試驗原理,分析了傳統密封槽的優缺點,介紹了此優化設計的密封原理,密封圈的選配及主要設計參數的計算。
關鍵詞:汽缸試水壓;形密封圈;封板密封槽
我廠生產的汽輪機產品爲輸出功率3-30MW的衝動級汽輪機。汽缸部套包括高壓前汽缸及後汽缸,汽缸缸體水平中分。汽輪機在電廠投入執行後,汽缸缸體長期處於高溫高壓的工作環境,爲保證汽輪機效率及工作人員的安全,須保證缸體不能出現漏氣現象。在加工完畢後總裝前需對汽缸體進行試水壓試驗,檢驗缸體承壓能力,以保證產品滿足出廠要求。試壓試驗使用水作爲供壓介質,使用壓力泵給腔室加壓,模擬汽缸各段在工作時的壓力,透過水壓試驗來檢驗汽缸壁承壓能力及汽缸各個加工面的密封性,一般封閉腔室水壓試驗壓力取該段最高工作壓力的1.5倍,較高的實驗水壓對封板的厚度及密封性有極高要求。封板密封槽設計不合理,選配的密封圈搭配不合適,因不當使用導致密封圈在使用期內變型都會影響試驗結果,故對試水壓工裝中的封板密封槽進行了優化設計,以達到加強密封效果、延長密封圈使用壽命的目的。設計採用O形橡膠密封圈作爲封板的密封材料。其具有結構緊湊、易拆卸、密封性可靠、成本低廉等特點,是最常用的一種靜密封形式,廣泛應用於機械領域。O形密封圈爲擠壓型密封,安裝在密封槽內,擠壓面對密封圈施壓,密封圈變形對擠壓面產生回彈壓力,從而達到密封目的。
1密封槽形狀
密封槽與密封圈尺寸的匹配直接影響到試水壓封板的.密封性能及密封圈的使用壽命。目前,常用的密封槽有矩形、半圓形、V形、三角形及燕尾形等形狀。本優化設計密封槽結構如圖1中(a)所示,θ取45°,綜合了矩形密封槽及V形密封槽的優點,結構簡單、加工方便且能夠保證密封圈的壓縮量。
2密封槽密封原理
封板在裝入汽缸隔板槽後,密封槽處的O形密封圈受到汽缸內壁擠壓,密封圈變形,如圖1中(b)所示。汽缸內壁對其施加壓力Pb0,此時,汽缸內部未施加水壓,O形密封圈透過與汽缸壁的接觸變形起到密封作用。透過壓力泵對密封腔室加壓,O形密封圈受壓力作用向壓力小的一方移動,本設計中45°斜面側爲承壓側,密封圈向斜面側移動,變形量增加,如圖1中(c)所示,由於變形量的加大,密封圈彈力加大,因而作用在汽缸壁上的壓力增大至Pb。Pb=Pb0+△Pb式中,Pb爲水壓試驗加壓後汽缸壁承受密封圈的總壓力,Pb0爲密封圈變形產生的初始壓力,△Pb爲因水壓作用而傳遞給密封圈的變形壓力。其中△Pb=kPl,Pl爲施加的水壓,k爲測壓係數,對於O形密封圈k取0.9~0.985。在試水壓試驗中,須保證封板的密封性,密封槽處不得有水滲漏,故Pb必須大於Pl,而△Pc小於Pl,故密封圈應保證有足夠的初始壓力Pb0。但較大的初始壓力意味着O形密封圈有過大的變形量,會縮短O形密封圈的使用壽命,因此密封槽尺寸參數的選配及密封圈壓縮率、拉伸量的選擇是設計的關鍵。
3主要設計參數的計算及選擇
3.1密封圈壓縮率
εO形密封圈的壓縮率爲ε=(d0-H)/d0,d0爲O形密封圈自由狀態下的直徑,H爲密封槽深度,如圖1(a)所示。壓縮率直接影響到兩者配合後的密封性,爲設計中的重要參數,對於靜密封來說,密封面爲平面則ε取15%~30%,密封面爲曲面則ε取10%~15%。壓縮率取值過小,則封板與汽缸壁間密封性能不好,在試水壓過程中容易導致泄漏;壓縮率取值過大,導致O形密封圈變形過大,會減少密封圈的使用壽命。故在保證密封性的前提下,壓縮率儘量取小值。
3.2密封圈拉伸量
α值是指由於密封圈內圈直徑小於封板密封槽內徑,當密封圈裝入密封槽後產生的一定的拉伸量,α=(D1-d1)/(D0-d0)。其中,D1爲密封槽內徑,d1爲裝入密封槽內的密封圈截面直徑,D0爲密封圈自由狀態下的內徑。通常α取值範圍爲1.02~1.05,在這個範圍內密封圈能夠穩固的裝置在封板上,且安裝方便,α取值過大鉗工安裝不便並且密封圈截面直徑減小,即影響使用壽命又會影響設定的密封圈壓縮量,導致泄漏。
3.3密封槽寬度
L密封槽寬度L需保證密封圈安裝後留有一定的壓縮變形空間及位移距離。槽寬L不宜太窄,如果O形圈截面填滿了槽的截面,則其摩擦阻力會加大,由於試水壓封板與汽缸隔板槽間存在軸向縫隙,當試水壓時會有位移,會對密封圈造成嚴重磨損。同樣,槽也不宜過寬,槽過寬時O形圈的遊離範圍很大,也容易磨損。本設計中槽寬取O形密封圈截面直徑的1.7倍。
3.4密封槽深度
H爲保證試水壓時,各腔室不滲漏,密封槽深度H加上封板距汽缸內壁間隙小於O形密封圈截面直徑,才能保證封板裝入後密封圈有一定的壓縮率,密封槽深度H由預設的密封圈壓縮率確定。
3.5密封槽圓角
密封槽內側設計有R1、R2兩個圓角,在試水壓過程中,隨着水泵加壓,密封圈沿着圓角R1移動,故該處圓角半徑取值需大於密封圈半徑,通常取密封圈截面半徑的1.5倍。圓角R2可避免該處產生集中應力,通常取O形密封圈半徑的一半。密封槽邊口初需設計0.2mm導角以防止密封圈在安裝時被銳變刮傷。
4使用說明
(1)密封槽加工完成後,需去毛刺、清洗、塗潤滑劑後裝入O形密封圈。(2)需定期對密封圈進行檢查,透過觀察O形密封圈是否錯位,是否有凹凸變形,表面是否有裂紋等現象來判斷是否需要更換密封圈。作爲汽輪機汽缸工藝的檢測環節,試水壓試驗的效率影響整個產品生產週期,對試水壓工裝密封槽的優化設計能夠保證檢測更加順利有效的進行。本文對密封槽進行了優化設計,該優化設計提高了密封圈的密封效果及使用壽命,降低了材料成本及人工成本,提高了汽機產品整體生產效率。
參考文獻
[1]成大先.機械設計手冊(第1卷)第4版[M].北京:化學工業出版社,2002.
[2]毛俐麗,黃爐平.O型密封圈和密封槽的選配與應用[J].水雷與艦船防護,2012(1):69-71+75.
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