有關(guān)迷宮式密封祥解[教學(xué)參考]

1、有關(guān)迷宮式密封祥解迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個(gè)依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時(shí)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。 由于迷宮密封的轉(zhuǎn)子和機(jī)殼間存在間隙，無固體接觸，毋須潤滑，并允許有熱膨脹，適應(yīng)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速頻率的場合，這種密封形式被廣泛用于汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的軸端和的級(jí)間的密封，其他的動(dòng)密封的前置密封。1 迷宮密封的密封機(jī)理流體通過迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機(jī)能稱為“迷宮效應(yīng)”。對液體，有流體力學(xué)效應(yīng)，其中包括水力磨阻效應(yīng)、流束收縮效應(yīng)；對氣體，還有熱力學(xué)效應(yīng)，即氣體在迷宮中因壓縮或者膨脹而產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換；此外，還有“

2、透氣效應(yīng)”等。而迷宮效應(yīng)則是這些效應(yīng)的綜合反應(yīng)，所以說，迷宮密封機(jī)理是很復(fù)雜的。 1.1 摩阻效應(yīng)泄露液流在迷宮中流動(dòng)時(shí)，因液體粘性而產(chǎn)生的摩擦，使流速減慢流量（泄露量）減少。簡單說來，流體沿流道的沿程摩擦和局部磨阻構(gòu)成了磨阻效應(yīng)，前者與通道的長度和截面形狀有關(guān)，后者與迷宮的彎曲數(shù)和幾何形狀有關(guān)。一般是：當(dāng)流道長、拐彎急、齒頂尖時(shí)，阻力大，壓差損失顯著，泄露量減小。 1.2 流束收縮效應(yīng)由于流體通過迷宮縫口，會(huì)因慣性的影響而產(chǎn)生收縮，流束的截面減小。設(shè)孔口面積為A，則收縮后的流束最小面積為 Cc A，此處 Cc 是收縮系數(shù)。同時(shí)，氣體通過孔口后的速度也有變化，設(shè)在理想狀態(tài)下的流速為u1，實(shí)際流

3、速比u1小，令Cd為速度系數(shù)，則實(shí)際流速u1為u1= Cd u1于是，通過孔口的流量將等于q=CcCdA u1式中CcCd=（流量系數(shù)）。迷宮縫口的流量系數(shù)，與間隙的形狀，齒頂?shù)男螤詈捅诿娴拇植诙扔嘘P(guān)。對非壓縮性流體，還與雷諾數(shù)有關(guān)；對壓縮性流體，還于壓力比和馬赫數(shù)有關(guān)。同時(shí)，對縫口前的流動(dòng)狀態(tài)也有影響。因此在復(fù)雜型式的迷宮只，不能把一個(gè)縫口的流量系數(shù)當(dāng)作所有縫口的流量系數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)，第一級(jí)的流量系數(shù)小一些，第二級(jí)以后的縫口流量系數(shù)大一些，一般流量系數(shù)常取1。但是尖齒的流量系數(shù)比1小，約在0.7左右，圓齒的流量系數(shù)接近于1，通常取=1，計(jì)算的泄露量是偏大。1.3 熱力學(xué)效應(yīng)理想的迷宮流道模型，

4、它是由一個(gè)個(gè)環(huán)形齒隙和齒間空腔串聯(lián)而成的。氣體每通過一個(gè)齒隙和齒間空腔的流動(dòng)可描述如下：在間隙入口處，氣體狀態(tài)為p0，T0和零開始，氣體越接近入口，氣流越是收縮和加速，在間隙最小處的后面不遠(yuǎn)處，氣流獲得最大的速度；當(dāng)進(jìn)入空腔，流速截面突然擴(kuò)大，并在空腔內(nèi)形成強(qiáng)烈的旋渦。從能量觀點(diǎn)來看，在間隙前后，氣流的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。同時(shí)，當(dāng)溫度下降（熱焓值h減?。?，氣體以高速進(jìn)入兩齒之間的環(huán)行腔室時(shí)，體積突然膨脹產(chǎn)生劇烈旋渦。渦流摩擦的結(jié)果，使氣流的絕大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，被腔室中的氣流所吸收而升高溫度，熱焓又恢?fù)到接近進(jìn)入間隙前的值，只有小部分動(dòng)能仍以余速進(jìn)入下一個(gè)間隙，如此逐級(jí)重復(fù)上述過程。 1.4

5、透氣效應(yīng)在理想迷宮中，認(rèn)為通過縫口的氣流在膨脹室內(nèi)動(dòng)能，全部變成熱能。也就是說，假定到下一個(gè)縫口時(shí)的漸近速度等于零，但這只是在膨脹室特別寬闊和特別長時(shí)才成立。在一般直通迷宮中，由于通過縫口后的氣流只能向一側(cè)擴(kuò)散，在膨脹室內(nèi)不能充分的進(jìn)行這種速度能(動(dòng)能)向熱能的能量轉(zhuǎn)換，而*光滑壁一側(cè)有一部分氣體速度不減小或者只略微減小，直接越過各個(gè)齒頂流向低壓側(cè)，把這種一掠而過的現(xiàn)象稱為 “透氣效應(yīng)”。2 迷宮密封的結(jié)構(gòu)型式迷宮密封按密封齒的結(jié)構(gòu)不同，分為密封片和密封環(huán)兩大類型。密封片結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)中與機(jī)殼相碰，密封片能向兩側(cè)彎曲，減少摩擦，且拆換方便。密封環(huán)由68塊扇形塊組成，裝入機(jī)殼與轉(zhuǎn)軸中，用彈簧片將

6、每塊環(huán)壓緊在機(jī)殼上，彈簧片壓緊力約60100N，當(dāng)軸與齒環(huán)相碰時(shí)，齒環(huán)自行彈開，避免摩擦。這種結(jié)構(gòu)尺寸較大，加工復(fù)雜，齒磨損后將整塊密封環(huán)調(diào)換，因此應(yīng)用不及密封圈結(jié)構(gòu)廣泛。3 理想迷宮的泄露計(jì)算給定下列幾個(gè)條件：1) 泄露氣體是理想氣體，不考慮焦?fàn)?湯姆遜效應(yīng)，即氣體的焓只與溫度有關(guān)；2) 假設(shè)迷宮是連續(xù)的多縫口組成的一個(gè)系列，兩縫口之間的膨脹室足夠大；3) 通過縫口的流動(dòng)作絕熱循環(huán)膨脹，在這里引用一個(gè)流量系數(shù)；4) 通過縫口之后的流動(dòng)速度能量在膨脹室內(nèi)因受等壓支配而完全作恒溫恢復(fù)，所以在每一個(gè)縫口之前的速度漸近為0，即不發(fā)生透氣現(xiàn)象。4 直通型迷宮的特性由于在軸表面加工溝槽或各種形狀的齒要比

7、孔內(nèi)加工容易，因此常把孔加工成光滑面，與帶槽或帶齒的軸組成迷宮，這就是直通型迷宮，因制作方便，所以直通型迷宮應(yīng)用最廣。但是，直通型迷宮存在著透氣現(xiàn)象，其泄露量大于理想迷宮的泄露量。 4.1 迷宮特性的影響因素：1) 齒的影響。根據(jù)國外所進(jìn)行的試驗(yàn)得出：齒距一定時(shí)，齒數(shù)越多，泄露量越少。齒距改變時(shí)，齒距越大，泄露量會(huì)急劇下降，同時(shí)還可以減少透氣現(xiàn)象的影響。2) 膨脹室的影響。國外對膨脹室深度的影響進(jìn)行過試驗(yàn)研究，結(jié)論是淺的膨脹室對減少泄露量有利。根據(jù)對膨脹室流動(dòng)狀態(tài)的觀察，認(rèn)為淺膨脹室中的旋渦是不穩(wěn)定的。由于旋渦能很快地把能量耗盡，所以膨脹室的漸近速度減小，起到減小泄露的效果。3) 副室的影響。

8、所謂 “副室”是指直通型迷宮光滑面上開的附屬槽，開槽后迷宮中的流動(dòng)狀態(tài)立即發(fā)生明顯的變化。試驗(yàn)證明，只要副室的位置恰當(dāng)，泄露量的減少率是相當(dāng)大的。5 迷宮式氣體密封的間隙除特殊情況外，一般氣輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等葉輪機(jī)械都采用迷宮式氣體密封。其徑向間隙應(yīng)根據(jù)以下因素選?。狠S承間隙，制造公差與裝配誤差，部件的變形（如鑄件收縮和失圓），轉(zhuǎn)子的撓度，以及通過臨界旋轉(zhuǎn)頻率時(shí)的振幅，熱膨脹以及由此引起的變形等。在多種情況下，熱膨脹的影響最突出。因此，對啟動(dòng)與停車時(shí)單個(gè)部件尺寸的變化，以及部件的相對位移必須預(yù)先估算?？捎渺o態(tài)和動(dòng)態(tài)有限元算法出隨時(shí)間變化的熱膨脹規(guī)律，由此可了解哪些是臨界條件，間隙實(shí)際上應(yīng)當(dāng)多大尺

9、寸。5.1 迷宮密封設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)總結(jié)迷宮密封設(shè)計(jì)中積累的經(jīng)驗(yàn)，歸納起來有下列要點(diǎn)：1）盡量使氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，而不使余速進(jìn)入下一個(gè)間隙。齒與齒之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，或用高-低齒強(qiáng)制改變氣流方向。齒間距一般為59mm。2）密封齒要做得盡量薄,并帶銳角 。齒尖厚度應(yīng)小于0.5mm，運(yùn)行中偶爾與軸的相碰時(shí)，齒尖先磨損而脫離接觸，不致因摩擦出現(xiàn)軸的局部過熱而造成事故。3）由于迷宮密封泄露量大，因此在密封易燃、易爆或有毒氣體時(shí)，要注意防止污染環(huán)境。采用充氣式迷宮密封，間隙內(nèi)引入惰性氣體，其壓力稍大于被密封氣體壓力；如果介質(zhì)不允許混入充氣，則可采用抽氣式迷宮密封。迷宮式密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)迷宮密封是離心式壓

10、縮機(jī)級(jí)間和軸端最基本的密封形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，可分為平滑式、曲折式、階梯式及蜂窩式等四種類型。 一、平滑式迷宮密封 平滑式迷宮密封有整體和鑲片兩種結(jié)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，但密封效果較差。 二、曲折式迷宮密封 曲折式迷宮密封也分整體和鑲片兩種結(jié)構(gòu)，這種迷宮密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是密封齒的伸出高度不一樣，而且高低齒相間排列，與之相配的軸表面，是特制的凹凸溝槽，這種高低齒與凹凸槽相配合的結(jié)構(gòu)，使平滑的密封間隙變成了曲折式，因此，增加了流動(dòng)阻力，提高了密封效能。但只能用在有水平剖分面的缸體或隔板中，并且密封體也要作成水平剖分型。 三、階梯式迷宮密封 階梯式迷宮密封從結(jié)構(gòu)上分析它類似于平滑式迷宮密封

11、，而密封效果卻與曲折式迷宮密封近似，常用于葉輪蓋板和平衡盤處。 四、蜂窩式迷宮密封 蜂窩式迷宮密封的密封齒片焊成蜂窩狀，以形成復(fù)雜形狀的膨脹室，它的密封性能優(yōu)于一般密封形式，適用于壓力差較大的場合，如離心式壓縮機(jī)的平衡盤密封。蜂窩式迷宮密封制造工藝復(fù)雜，密封片強(qiáng)度高，密封效果較好。 密封離心式制冷壓縮機(jī)中常用的密封型式有如下幾種：1)迷宮式密封又稱為梳齒密封，主要用于級(jí)間的密封，如輪蓋與軸套的內(nèi)密封及平衡盤處的密封。常見的如圖6-10所示。a)鑲嵌曲折型密封b)整體平滑型密封c)臺(tái)階型密封2)機(jī)械密封主要用于開啟式壓縮機(jī)中的轉(zhuǎn)軸穿過機(jī)器外殼部位的軸端密封。如圖6-11所示。1軸封殼體2彈簧3、

12、7O形圈4靜環(huán)座5靜環(huán)6動(dòng)環(huán)a)單片油封b)充氣油封3)油封圖6-12a為簡單的單片油封。圖6-12b為充氣密封。在空調(diào)用離心式制冷壓縮機(jī)上，主要采用充氣密封。除上述主要零部件外，離心式制冷壓縮機(jī)還有其它一些零部件。如：減少軸向推力的平衡盤；承受轉(zhuǎn)子剩余軸向推力的推力軸承以及支撐轉(zhuǎn)子的徑向軸承等。為了使壓縮機(jī)持續(xù)、安全、高效地運(yùn)行，還需設(shè)置一些輔助設(shè)備和系統(tǒng)，如增速器、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)控制和監(jiān)測及安全保護(hù)系統(tǒng)等。迷宮式密封（密封件）的工作原理 為了說明迷宮密封裝置的密封原理，我們首先對氣體在密封中的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，當(dāng)氣體流過密封齒與軸表面構(gòu)成的間隙時(shí)，氣流受到了一次節(jié)流作用，氣流的壓力和溫度下降，而流速增加。氣流經(jīng)過間隙之后，是兩密封齒形成的較大空腔。氣體在空腔內(nèi)容積突然增加，形成很強(qiáng)的旋渦，在容積比間隙容積大很多的空腔中氣流速度幾乎等于零，動(dòng)能由于旋渦全部變?yōu)闊崃?，加熱氣體本身，因此，氣體在這一空腔內(nèi)，溫度又回到了節(jié)流之前，但壓力卻回升很少，可認(rèn)為保持流經(jīng)縫隙時(shí)壓力。氣體每經(jīng)過一次間隙和隨后的較大空腔，氣流就受到一次節(jié)流和擴(kuò)容作用，由于旋渦損失了能量，氣體壓力不斷下降，比容及流速均增大。氣流經(jīng)過密封齒后，其壓力由p1降至p2，隨著壓力降低，氣體泄漏減小。由上述過程可知，迷宮密封是利用增