根據(jù)介質(zhì)壓力在端面(或球面)上所引起的比壓卸載情況,可分為平衡型與非平衡型。不卸載的稱為非平衡型旋轉(zhuǎn)接頭;卸載的稱為平衡型旋轉(zhuǎn)接頭(部分卸載稱為部分平衡型;全部卸載稱為全平衡型旋轉(zhuǎn)接頭)。
內(nèi)裝式旋轉(zhuǎn)接頭機(jī)械密封結(jié)構(gòu),當(dāng)不計(jì)摩擦副密封接觸面間液膜壓力(密封縫隙中液膜推壓力) 及密封圈摩擦力時(shí),作用在端面密封上的比壓由式為:
式中D1、D2、d0為幾何尺寸。
那么
作用在球面上的法向比壓為:
軸向流體載荷合力
作用在球面上任意一點(diǎn)法向力
球面摩擦副接觸球臺(tái)公稱側(cè)面積
寫(xiě)成微分式:
那么
式中P1、P2分別為進(jìn)入和引出旋轉(zhuǎn)接頭的流體(摩擦副環(huán)接觸面處)介質(zhì)壓力,為彈簧力。PF、D1、D12、d為旋轉(zhuǎn)接頭端面密封組件尺寸。K內(nèi)為載荷系數(shù),它表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓在摩擦面上的載荷程度。
令 β =1-K內(nèi)
為平衡系數(shù),它表示介質(zhì)產(chǎn)生的比壓在摩擦副上的載荷程度。
當(dāng)K內(nèi)1(β)時(shí)為非平衡型旋轉(zhuǎn)接頭。
0K內(nèi)1(0β)時(shí),為部分平衡型旋轉(zhuǎn)接頭。
K內(nèi)0(β)時(shí),為全平衡型。
從上面公式看出,β值愈大,由介質(zhì)引起的端面或球面法向比壓愈小,雖然磨損很小。但不易保證密封。反之β值愈小,則端面或球面法向比壓愈小,使摩擦接觸面磨損加快。因此β要選取適當(dāng)?shù)闹?,其值大小與很多因素有關(guān),情況比較復(fù)雜,一般時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)去定。
內(nèi)裝式機(jī)械密封旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常采用非平衡型。
外裝式機(jī)械密封旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu),當(dāng)不計(jì)摩擦副接觸面間液膜壓力PSL和密封摩擦力PR時(shí),作用在端面上的比壓為:
作用在端面B上的比壓為:
式中D1、D2、D1l、D2l、dm和d為內(nèi)裝式密封組件尺寸,其中為波紋管的平均直徑。
式中:
K外A,K內(nèi)B——端面A和B的載荷系數(shù)
βA=1-K外A βB=1-K外B
式中
βA、 βB——端面A和B的平衡系數(shù)
顯然當(dāng)時(shí)K外≥1(β≤0),為非平衡型旋轉(zhuǎn)接頭。
0<K外<1(β≤1)時(shí),為部分平衡型旋轉(zhuǎn)接頭。
K外≤0(β≥)時(shí)為全平衡型旋轉(zhuǎn)接頭。
部分平衡型的端面比壓隨介質(zhì)壓力增高而增加緩慢,與內(nèi)裝式一樣,值的范圍在0~0.35之間,值大于0.5后,介質(zhì)在端面上的推開(kāi)力將由彈簧力所承受,彈簧力就必須很大,否則端面將被打開(kāi)。