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迷宫密封的间隙研究

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迷宫密封的形式及特点和用途

迷宫密封的形式及特点和用途

迷宫密封的形式及特点和用途一、密封的作用及分类离心式压缩机若要获得良好的运行效果必须在转子与定子间保留一定间隙以避免其间的摩擦磨损以及碰撞损坏等故障的发生同时由于间隙的存在自然会引起级间和轴端的泄漏现象泄漏不仅降低了压缩机的工作效率而且还将导致环境污染甚至着火爆炸等事故因此泄漏现象是不允许产生的密封就是保留转子与定子间有适当间隙的前提下避免压缩机级间和轴端泄漏的有效措施根据压缩机的工作温度压力和气体介质有无公害等条件则密封可选用不同的结构形式并通称它为密封装置.密封装置按结构特点可分为抽气式迷宫式浮环式机械式和螺旋式等5 种形式一般有毒易燃易爆气体应选用浮环式机械式螺旋式以及抽气式等密封装置如果气体无毒无害升压较低则可选用迷宫式密封装置二、迷宫密封装置的结构特点迷宫密封的型式有：直通形迷宫、复合直通形迷宫、参差形迷宫、阶梯形迷宫等四种。

图1a为直通形迷宫，结构简单，形状很像梳齿，密封有很大的直通效应。

图1b为复合直通形迷宫，是台阶和梳齿复合组成的,使密封性能有所改善，但加工复杂，直通效应减弱。

图1c为参差形迷宫，齿间有足够的距离，膨胀腔愈大，密封效果较好。

图1d为阶梯形迷宫，结构在径向尺寸上有所变化，适用于径向-轴向密封。

图1 迷宫密封的形式三迷宫密封的工作原理为说明迷宫密封装置的密封原理我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时气流受到了一次节流作用气流的压力和温度下降而流速增加经过间隙之后是两密封齿形成的较大空腔如图3-5 所示气体在这一空腔容积增加速度下降并形成旋涡流动产生一定的热能因此气体在这一空腔使温度又回到了节流之前气体每经过一次间隙和随后的较大空腔气流就受到一次节流和扩容作用随着气体流经间隙和空腔数量的增多以及间隙值的减小气体的流速和压降越来越大待压力降至近似背压时气体不再继续外流从而实现了气体的密封图2 迷宫密封的工作原理四如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。

蜂窝面迷宫密封内流动和总温升特性的研究

蜂窝面迷宫密封内流动和总温升特性的研究

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迷宫密封内部结构尺寸对密封特性的影响

迷宫密封内部结构尺寸对密封特性的影响

迷宫密封内部结构尺寸对密封特性的影响丁军;孙辉辉;王彩红;韩春晶【摘要】迷宫密封是一种通过曲折通道增大流动阻力来实现封严的非接触密封,通常用于密封气体,广泛应用于航空、能源、流体等领域的动力机械中.基于workbench ansys分别对迷宫密封内部流场进行建模、网格划分,然后利用Fluent 软件分别改变间隙宽度、空腔深度等内部结构尺寸进行数值计算,以得出结构尺寸对迷宫密封特性和密封效果的影响.结果表明:泄漏量随着间隙宽度的增加而增加;泄漏量随着空腔深度的增加而增加.【期刊名称】《华北科技学院学报》【年(卷),期】2015(012)006【总页数】5页(P89-93)【关键词】迷宫密封;密封特性;泄漏量;结构尺寸【作者】丁军;孙辉辉;王彩红;韩春晶【作者单位】华北科技学院机电工程学院,北京东燕郊101601;华北科技学院机电工程学院,北京东燕郊101601;华北科技学院机电工程学院,北京东燕郊101601;华北科技学院机电工程学院,北京东燕郊101601【正文语种】中文【中图分类】TH1170 引言迷宫密封是一种通过曲折通道增大流动阻力来实现封严的非接触密封，通常用于密封气体，广泛应用于航空、能源、流体等领域的动力机械中[1]。

由清华大学设计的立式氦风机的级间密封采用的是迷宫密封，轴端密封采用的是干气密封，同时轴端密封还有迷宫密封作为辅助密封。

迷宫密封一方面防止轴承润滑油进入干气密封而污染干气密封，另一方面在主密封失效后可以作为备用密封。

准确的确定迷宫密封的泄漏量，是完成迷宫密封设计重要参数之一。

在迷宫密封中，尺寸结构是影响泄漏量的主要因素，在许多密封特性的研究中，最终都是通过齿形和密封间隙等这些因素来讨论密封泄漏量。

早期，迷宫密封泄漏量的计算主要是依据经验公式，如Martin 公式、Stodala 公式、Egli 公式、以及Vermes 公式等等[2-5]。

这些计算式多在理想热力学模型下推出的，没有考虑实际工况条件下的一些因素。

有关迷宫式密封祥解

有关迷宫式密封祥解

有关迷宫式密封祥解迷宫密封就是在转轴周围设若干个依次排列得环行密封齿,齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔,被密封介质在通过曲折迷宫得间隙时产生节流效应而达到阻漏得目得。

由于迷宫密封得转子与机壳间存在间隙,无固体接触,毋须润滑,并允许有热膨胀,适应高温、高压、高转速频率得场合,这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机得轴端与得级间得密封,其她得动密封得前置密封。

1 迷宫密封得密封机理流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少得机能称为“迷宫效应”。

对液体,有流体力学效应,其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应;对气体,还有热力学效应,即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生得热转换;此外,还有“透气效应”等。

而迷宫效应则就是这些效应得综合反应,所以说,迷宫密封机理就是很复杂得。

1、1 摩阻效应泄露液流在迷宫中流动时,因液体粘性而产生得摩擦,使流速减慢流量(泄露量)减少。

简单说来,流体沿流道得沿程摩擦与局部磨阻构成了磨阻效应,前者与通道得长度与截面形状有关,后者与迷宫得弯曲数与几何形状有关。

一般就是:当流道长、拐弯急、齿顶尖时,阻力大,压差损失显著,泄露量减小。

1、2 流束收缩效应由于流体通过迷宫缝口,会因惯性得影响而产生收缩,流束得截面减小。

设孔口面积为A,则收缩后得流束最小面积为Cc A,此处Cc 就是收缩系数。

同时,气体通过孔口后得速度也有变化,设在理想状态下得流速为u1,实际流速比u1小,令Cd为速度系数,则实际流速u1为u1= Cd u1于就是,通过孔口得流量将等于q=CcCdA u1式中Cc·Cd=α(流量系数)。

迷宫缝口得流量系数,与间隙得形状,齿顶得形状与壁面得粗糙度有关。

对非压缩性流体,还与雷诺数有关;对压缩性流体,还于压力比与马赫数有关。

同时,对缝口前得流动状态也有影响。

因此在复杂型式得迷宫只,不能把一个缝口得流量系数当作所有缝口得流量系数。

根据试验,第一级得流量系数小一些,第二级以后得缝口流量系数大一些,一般流量系数常取1。

密封间隙对迷宫泄漏量影响的数值分析

密封间隙对迷宫泄漏量影响的数值分析

摘
要： 通过 对迷 宫密封机理 的分析 ， 利用流体力 学原理 建立数 学模型 并进行数 值计算 ， 出 了密封 间 得
隙 对迷 宫 泄 漏 量 的 影 响 规 律 ， 迷 宫压 缩 机 的设 计 提 供 了理 论依 据 。 为
关键词 ： 迷宫密封 ； 泄漏量 ； 封间隙
中 图分 类号 ：Ｈ ５ Ｔ ４７ 文献 标 识 码 ： Ａ
应用 于迷 宫密封研 究 Ｊ 。本 文对 迷宫 泄漏 流 动进
行 了模 拟 和计算 ， 讨 了密 封 间 隙对 泄 漏 的 影 响规 探 律 ， 出 了其 间隙设计 值选 取范 围 ， 提 为迷 宫密封 机构 的合理设 计 提供 了基本 依据 。
其展 开形 式为
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上 述各 方程 可 以表 示 成 以下 通用 形式 Ｊ
＋ｄｖｐ ４）： ｉ（ ｒ ａ ￣）＋ｓ ｉ（ ｕ￣ ｄｖ ｇ ｒｄｂ ｇ （） ２
随着 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ等 Ｃ Ｄ软 件 的 广 泛运 用 和 数 Ｆ 值仿 真 技 术 的进 步 ， Ｆ 和 Ｋ—ｓ湍 流 模 型 被 广 泛 ＣＤ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｒ ｕ ｈ ｔｅ ａ ａｙ ｉ ｆｌｂ ｒｎｈ ｓ ａ ｃ ａ ｉ ，ｈ ｕ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｒｎ ｉ ｌ ｓ ａ ｏ ｔ ｄ ｔ ｏ ｓｉ ｓｒ ｃ ： ｈ ｏ ｇ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｙ ｔ ｅ ｌｍｅ ｈ ｎ ｓ ｔ ｅ ｆ ｉ ｃ ａ ｉｓ ｐ ｃ ｐｅ ｉ ｄ ｐ ｅ ｏ ｃ ｎ ｔ ａ ｉ ｍ ｌ ｉ — ｔｔ ｔ ｅ ｔｃ ｌＭｏ ｅｉ ｇ ａ ｄ ｍａ ｅ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ａ ｃ ｌｔ ｎ Ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｅ ｕａ ｉｎ ｏ ｅ ｌ ｌａ ａ ｃ ｎ ｌ ｙ ｎ ｈ ｕ ｅ Ｍａｈ ｍａｉａ ｄ ｌ ｎ ｋ ｕ ｒ ａ ｌ ｕａ ｉ ． ｈ ｆ ｃ ｇ ｌｔ ｆｓ ａ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ａ ｎ ｔ ｎ ｉ ｃ ｏ ｒ ｏ ｃ ｂ ｌａ ａ ｅ ｒ ｔ ｓｃ ｍｅ ｏ ｔ ｗ ｉｈ ｐ ｏ ｉｅ ｈ ｏ ｙ ｅ ｉ ｅ ｃ ｏ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｙ ｎ ｈ ｃ ｍｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｋ ｇ ａｅ ｉ ｏ ｕ ， ｈ ｃ ｒｖ ｄ ｓ ｔｅ ｒ ｖｄ ｎ ｅ ｆｒｔ ｅ ｄ ｓ ｆ ａ ｒ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ． ｇ ｌ ｉ ｂ

CRYOMEC 低温泵迷宫密封结构原理及常见故障浅析

CRYOMEC 低温泵迷宫密封结构原理及常见故障浅析

CRYOMEC 低温泵迷宫密封结构原理及常见故障浅析摘要：本文主要概述我厂所用CRYOMEC 公司低温泵结构及密封气系统的调整方法。

根据其结构特点，对密封系统部件的常见损坏故障做了初步分析，能带给我们在实际的设备维护操作工作过程中起到一定的参考作用。

关键词：离心泵迷宫密封密封间隙偏磨同轴度一、迷宫密封结构及特点a) 迷宫密封系统是由迷宫密封套、自润滑衬套，密封气通气道，自动压力调节阀，压力表及相关连接管路组成。

其中注入密封气压力A, 泵的入口压力参考值为C，密封混合气的出口压力为B。

为了达到良好的密封效果，三者之间要有不同的压力差，它们的关系如下：通常密封气入口压力A要大于参考压力C： 0.4巴参考压力C要大于混合气B： 0.1巴b)密封间隙小, 密封套与衬套之间只有0.08mm的密封间隙供气流通过，泵内的液体向欲外泄露时，要通过此间隙中的很多迷宫槽，使其压力逐级衰减，当与外部的充入密封气相遇时形成密封混合气，以少量气态形式排出，产生密封作用。

推荐的密封气源是干净干燥的气态氮，干燥的仪表风也是可以的，但露点均要达到-60℃以下。

c) 迷宫气密封的优点：1）正常情况下，充气密封不存在材料的磨损问题，使用寿命长并适于长期运转，运行成本低。

2）一般都装有密封温度探头，通过观察其温度的变化可以及时了解到密封状况的好坏。

3）可用于高转速技术，由于是无接触式密封，所以在良好的维护保养情况下，可以适应设备的更高转速运行。

二、密封的安装与间隙调整1. 拆除：要使用专用工具将内衬套及通气环垂直从壳体中取出，检查清洗衬套外壳干净无损。

2. 冷装：将新的内套放入液氮中冷却，待其完全冷却收缩后，再使用专用工具迅速压入到衬套外壳中。

在此外壳的回装过程中，要注意调整衬套与泵轴同心度小于0.03mm。

迷宫套与衬套属标准配件，通过正确的安装与调整后，其间的间隙应符合设备的装配要求。

三、常见损坏故障及避免措施1.由于密封套与其衬套之间间隙较小，如若有杂物进入到密封套与迷宫密封之间时，会造成密封件的磨损，随着设备的继续运转，磨损会逐步增大导致损坏。

节流间隙宽度对直通式迷宫密封泄漏量的影响


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关 键词 ： 子 Ｂ ｈ ｍａ ｎ方 法 ； 宫 密封 ； 漏 量 格 ｏｚ ｎ 迷 泄
中图分 类号 ： ９ ４ ＴＥ ６
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ６ ７ ８ （０ Ｏ １ 一 Ｏ ６ — ０ １０— ９ １２ １ ）２ Ｏ４ ３
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６ ４

涡旋压缩机的径向迷宫密封研究 (1)

本文另辟蹊径，提出一种径向பைடு நூலகம்宫密封，推导 出径向光滑间隙密封和径向迷宫密封泄漏量的算 法，通过理论计算和试验测定，证明了两种密封泄 漏量的算法正确，同时证明了径向迷宫密封的性能 比径向光滑间隙密封的性能良好。
宫槽相互错开排列，涡旋齿壁厚为 δ，如图 1 所示。 沿涡旋齿壁厚方向两相邻迷宫槽之间未去除材料的 部分就构成了迷宫齿，这样，沿涡旋齿壁厚方向的 任意截面上就形成了具有迷宫齿和迷宫槽的迷宫密 封，如图 2 所示，图 2 中 Ca 为轴向间隙。泄漏气体 流经涡旋齿顶的轴向间隙时，迷宫密封使泄漏气体 产生热力学效应，每个迷宫齿前气体的一部分压能 先转化为通过迷宫齿缝口的动能，这部分动能因在 迷宫槽中产生强烈的旋涡而转化为热能耗散掉，这 样，最后一个迷宫齿前后的压差就减小，进而减小 气体的泄漏量，如图 3 所示。
对径向泄漏的研究一直比较活跃。一些研究工 作者分析了影响泄漏量的因素，讨论了径向泄漏和 切向泄漏对涡旋压缩机性能的影响[2-3]。用有限元分 析法和计算流体力学计算泄漏量的研究近年来也有 较快的发展[4-5]。ZHOU 等[6]对迷宫密封动力特性系 数影响因素进行了分析，指出了径向间隙对迷宫密 封的影响。一些学者通过建立压缩过程的数学模型， 利用能量方程分析了压缩介质沿径向和切向的泄 漏[7]。刘兴旺等[8-9]分析了影响径向泄漏量的因素， 确立了泄漏损耗与涡旋盘几何参数的关系，提出了 基于涡旋盘上产生摩擦损耗与泄漏损耗之和最小的 涡旋盘几何参数的优化设计方法。樊灵等[10-11]分析 了涡旋型线的误差灵敏度及机构误差对密封间隙的 影响，提出了严格控制型线加工误差对减小密封间 隙的重要性。上述研究均未从涡旋齿结构上进行有 效的改进，在涡旋齿端面加密封条的方法是探索通 过改变涡旋齿结构来增强密封效果的良好开端[12]， 但这种方法在增强了径向密封效果的同时，增大了 动静涡旋盘间的摩擦损耗，而且从密封条上磨损下 来的碎屑容易使密封条卡死在密封条槽中而失去自 紧密封能力。可见，研发具有良好密封性能的径向 密封仍然非常必要。

迷宫密封的间隙研究

机、燃气轮机, 其工作时的内腔温度与设备组装时 的环境温度肯定不一样。 除冷冻压缩机外, 透平机 械工作时内腔温度一般都比设备组装时的环境温 度高, 有的进气介质本身就是高温。
与环境温差引起的转子热胀量和定子热胀量是 决定迷宫密封间隙的最直接因素。 密封部位直径越 大, 影响越甚。热胀量影响的计算是一个复杂的三维 热力场问题, 作为必要的简化, 给以下 4 点假定:
除此之外, 迷宫密封设计尚有以下几个方面值 得注意。
1. 密封齿节距 t 与腔深 h 之比。 文献〔1〕介绍 的泄漏试验研究证明, h 与 t 之比最佳为
h∶t= 1∶4。
t= L
Β Β=
L
∆C
c
tg
Η
式中 L ——密封总长
∆—— 密封间隙
C c ——缩流系数 (～ 0. 70)
Η—— 气流通过密封齿隙后的膨胀角
图 2 转子静挠度曲线
y 0 值伴随机器临界转速的计算可同时得到。
作为简化成集中圆盘的转子, 其 y 0 的最大值 y 0max
发生在跨距中部, 可用下式来简略计算:
y 0m ax =
GL 48E
3
I
(
I
=
6Π4d
4 m
)
式中 G ——转子重量
E ——材料弹性横量
L ——转子跨距
dm ——转子主轴计算直径
2. 转子的径向机械跳动 y 1
转子零部件的密封部位, 以轴颈为基准打表检
图 3 转子轴颈与轴承位置
hm in= f (R , C , l D , n, p , Λ) 上式表示 hm in 与轴承半径、直径间隙、长径比、 转速、比压及油粘度等均有关系。 对于高速转子而 言, hm in ν C 2, 在计算转子密封半径间隙时可忽略 油膜使转子抬高而近似认为 y 2≈ C 0= C 2。 密封理论间隙计算, y 2 也必须计及。不过在某 些特殊介质的高转速透平机械中, 理论间隙给值时 需把运行态油膜使转子的抬高考虑进去。 4. 转子的热变形 y 3 和定子的热变形 y 4 透平机械, 无论是鼓风机、压缩机, 还是汽轮

高速列车齿轮箱迷宫密封间隙的计算与分析

高速列车齿轮箱迷宫密封间隙的计算与分析高旺【摘要】针对高速列车齿轮箱在试验过程中输入轴电机侧润滑油渗漏的情况,在产品设计过程中提出改进高速列车齿轮箱迷宫密封间隙的方法.对迷宫密封进行模型简化,从轴的挠度、离心力变形、轴心偏差、过盈配合变形、热变形、形位公差与尺寸公差等方面计算和分析了迷宫密封间隙的影响因素.以高速列车齿轮箱甩油环和端盖形成的迷宫密封为例,确定了这一迷宫密封的间隙值,根据计算结果对端盖尺寸进行优化.所做研究可以为确定高速列车齿轮箱迷宫密封间隙提供理论基础和技术支持.【期刊名称】《机械制造》【年(卷),期】2018(056)011【总页数】4页(P29-32)【关键词】动车组;齿轮箱;迷宫密封;间隙;计算【作者】高旺【作者单位】中车北京南口机械有限公司北京 102202【正文语种】中文【中图分类】TH1321 研究背景迷宫密封的工作原理是在旋转零件与静止零件之间设计迷宫间隙，利用流体经过动环与静环之间形成的一系列节流间隙与膨胀空腔，以达到节流防漏的目的［1］。

迷宫密封因其结构简单、无需密封填料、无摩擦、易维护等优点被广泛应用于高速列车齿轮箱，迷宫密封的密封效果制约着高速列车齿轮箱的设计与应用，迷宫密封的性能主要取决于密封结构形状、流道的曲折程度、密封空腔的数量及流道的间隙值。

目前，已有大量学者对前三种迷宫密封性能影响因素进行了研究，但对流道间隙的研究不多［2-5］。

针对电机侧输入轴渗油现象，笔者公司在齿轮箱的升级过程中，对回油槽、观察油标及迷宫密封间隙尺寸进行了改进，而笔者主要针对齿轮箱齿轮轴甩油环（转子）与端盖（定子）形成的迷宫密封，探讨影响其流道间隙值的相关因素，建立相应的简化计算模型，并以某高速列车齿轮箱为例进行分析与计算。

2 理论分析流道的理论间隙是指综合考虑各种因素，计算求解得到的在工作时转子与定子之间不发生刮擦且泄漏量最小的常温静态间隙［6］。

影响高速列车齿轮箱迷宫间隙的因素主要有轴的挠度、转子离心力变形、转子轴心与轴承轴心的偏心值、转子与轴的过盈配合、转子与定子的热变形、转子的形位公差与尺寸公差等。

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密封腔深 h 最佳值 h0≈ 2. 5。 所以齿节距 t 的
最佳值 t0≈ 10。 以此可以看出图 1 中只有 d、e 较
佳。 节距过小会严重影响密封效果。
2. 是否采用旋转齿密封不可一概而论。试验证 实, 旋转齿部位周速> 25m s, 它比固定密封齿的 优越性明显; 此外, 重介质的风机和制冷压缩机使 用旋转齿密封效果也不甚好。
迷宫密封的间隙研究
之所以提出这一问题, 是几十年来按我国传统 经验设定间隙的离心鼓风机和压缩机迷宫密封在 试车和运行中经常刷齿, 甚至把转子抱死, 密封更 换频繁, 气体泄漏严重, 尤其是叶轮轮盖密封。这里 就以轮盖密封为例来分析密封间隙的确定应考虑 哪些因素。
二、迷宫密封的理论间隙
所谓的理论间隙, 指保证风机运行时转子与定 子在热态不发生摩擦且漏气量又最小的冷态静间 隙。
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迷宫密封的间隙研究
差甚远。 采用上述的计算方法, 核算引进技术的轴流压
缩机叶顶间隙, 如 AV 50210, 计算 2 y i= 0. 70, 给定 ∃ r= 0. 90, 是比较吻合的。
即 y
3≈
Α3 ∃
t3
D0 2
=
1 2
Α3 ∃
t3D
0
(1)
y 4≈
1 2
Α4 ∃

D 2
=
1 4
Α4 ∃
t4D
(2)
Α3、Α4 分别为转子材质、定子材质热胀系数。
为 便于计算, ∃ t3、∃ t4 均以级叶轮出口处 (D 2
处) 介质温度的计算值 t2m 与设备安装环境温度 ta
之差来近似计算, 即
而传统经验所定冷态间隙仅 0. 35～ 0. 55。 如 此之小的冷态间隙无法克服第二节所分析的热态
运行下各种因素的综合影响, 故而经常导致密封严 重刷损或者抱轴。
用同样的计算方法, 对以瑞士 Suzer 公司进口 的富气压缩机 R Z45- 7 第 3 级轴盖密封进行核 算, 其 2 y ≈i 0. 42。 其产品证明书所给静态间隙 ∃ r 见图 5 所示。
(1) 鉴于透平机械壳体设计特点和运行状况, 假定壳体不向内腔膨胀;
(2) 轴流压缩机的轴承缸和离心压缩机的隔板 根据其结构特点, 均设定其热胀向内外两个方面进 行;
(3) 离心压缩机级间隔板, 其截面温度场很不 均匀, 其计算温度可近似按截面温度均布计, 叶轮
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(4) 按尺寸大小, 温度高低, 加工精度, 振动幅度 值, 密封齿材质和可靠度要求, 热态间隙 ∃ 取值范 围在 0. 05～ 0. 40 之间。 当然, (4) 式忽略了定子元件与轴承的同轴度 误差。
三、与传统间隙的比较
根据上节的分析和计算方法, 现以流量较大的 离心鼓风机 D 120022. 5 0. 924 (D 1200232) 的叶轮 轮盖密封间隙为例, 将其按本文的计算方法所得值
冷态静间隙的确定应从透平压缩机械的转子 动力学、气体热力学和运行的转子、定子的热态状 况多方面进行分析。
1. 转子静挠度 y 0 水平主轴在转子重量作用下要产生一定挠度,
查, 多少都会存在一定的机械圆跳动。制造、安装的 这种误差是不可避免的, 在确定密封间隙时是必须 计入的。
3. 运行时转子轴颈轴心与轴承轴心偏心值 y 2 如图 3 所示, 运行状态的转子轴颈也不与轴承 轴心一致。理想状态是转子轴颈与轴承运行态半径 间隙各点均为 C 0= C 2。 实际上, 轴颈半径最小间 隙为 hm in, 即最小油膜厚度:
机、燃气轮机, 其工作时的内腔温度与设备组装时 的环境温度肯定不一样。 除冷冻压缩机外, 透平机 械工作时内腔温度一般都比设备组装时的环境温 度高, 有的进气介质本身就是高温。
与环境温差引起的转子热胀量和定子热胀量是 决定迷宫密封间隙的最直接因素。 密封部位直径越 大, 影响越甚。热胀量影响的计算是一个复杂的三维 热力场问题, 作为必要的简化, 给以下 4 点假定:
四、迷宫密封设计的注意事项
迷宫密封作为透平机械的常用密封, 因为“常 用”而误认其理论与实践无深入研讨之必要, 以致 产品实际设计存在不少盲目和随意性。本文讨论的
间隙大小取值的盲目性是其主要表现之一。透平机
械运行需要的最小冷态安装间隙是不以人的意志
为转移的, 间隙过大过小, 都对运行安全、风机效率 和维护成本不利。
一、前言 迷宫密封是透平压缩机最常用的密封型式。
气流通过密封齿间隙发生节流膨胀和膨胀腔中强 烈的旋涡损失, 使气体压力逐齿降低而达到减少 泄漏的目的。气体在齿间隙中能否充分节流, 把压 力能尽可能转化为动能; 动能在膨胀腔中能否充 分损耗—— 这是迷宫密封设计是否合理的两大关 键。
图 1 列举了在透平压缩机械中常用的几种迷 宫密封的结构设计。结构不同效果不同。决定密封 效果的主要因素是: 密封流道形状、密封单元结构 尺寸、密封齿数及密封间隙。很多作者对前三个因 素对密封效果的影响都作了详细论述, 本文仅就 与密封效果和运行易损件的更换有直接影响的密 封间隙问题作一探讨。
形成一静弹性线, 即静挠度曲线, 见图 2 的A O ′B 。 风机运行时, 主轴绕静挠度曲线转动, 而不绕水平 轴线A OB 转动。 风机设计的理论位置都是转子轴 线与定子轴线 (即A OB ) 重合。这样, 转子与定子间 的迷宫密封间隙必须考虑转子静挠度和离心力产 生的动挠度 y 的影响。
相对 y 0 而言, y 相对很小, 可以不予计及。
3. 图 1 中 a、b、c 型固定密封齿齿片较厚, 牙尖 一定要正对高压测, 否则无法形成足够的缩流膨胀 角; 此外, 曲折型和台阶型密封的槽深和台阶高度 应分别为密封间隙的 3～ 4 倍和 2～ 3 倍。因直吹效 应使密封效果很差的平滑型密封, 不宜用在透平机 械轴端密封中, 见图 6。
图 6 平密封的直吹效应
除此之外, 迷宫密封设计尚有以下几个方面值 得注意。
1. 密封齿节距 t 与腔深 h 之比。 文献〔1〕介绍 的泄漏试验研究证明, h 与 t 之比最佳为
h∶t= 1∶4。
t= L
Β Β=
L
∆C
c
tg
Η
式中 L ——密封总长
∆—— 密封间隙
C c ——缩流系数 (～ 0. 70)
Η—— 气流通过密封齿隙后的膨胀角
0. 11 (取中值)
y 3=
1 2
Α3 ∃
t3D
0=
1 2
Α3
(
t2m
-
ta)D 0=
1 2
×11.
8
×10- 6× (120. 5- 20) ×605= 0. 35
y 4=
1 4
Α4 ∃
t4D
=
1 4
×10×10-
6× (120.
5-
20)
×1755= 0. 44
∃ r= 2 y i+ ∃ = 1. 085+ 0. 10= 1. 185 转子材质热胀系数按铬钢在 20～ 200℃取值, 定子材质按铸铁在 20～ 200℃的热胀系数的平均 值。
∃ t3≈ ∃ t4≈ t2m - ta
(3)
作为离心式压缩机, t2m 等于叶轮进口介质温
度 t0 与叶轮出口介质温度 t2 的平均值; 作为轴流
式压缩机, 应为轴流段内最高温度。
综上所述, 透平机械迷宫密封半径冷态静间隙
考虑以上 5 个因素, 另加热态运行必要间隙 ∃:
4
∑ ∃ r= y i+ ∃ = (y 0+ y 1+ y 2+ y 3+ y 4) + ∃ i= 0
图 5 R Z4527 轮盖密封间隙
图 5 最下点给值是考虑运行状态下, 轴承油膜 作用转子有一定上浮量。
与 R Z4527 气动结构、叶轮直径、转速十分相 近的国产 3EP 28029 0. 816 (相当 2M CL 507) 压缩 机第 3 级轮盖密封, 计算 2 y i= 0. 75, 按传统标准 ∃ r 给值为 0. 25～ 0. 33。与实际需要的静态间隙相
与传统经验值作一比较。 风机有关参数如下:
D 2 D 0 D d (2R ) L
t2m ax
t0m ax
1075 605 1755 100 1910 133℃ 108℃
D 0 处允许跳动 转子计算静挠度 轴承直径间隙
≤0. 15
0. 11
0. 20～ 0. 25
可得: y 0 = 0. 11 y 1 = 0. 075 (取中值) y 2 = C 2=
图 2 转子静挠度曲线
y 0 值伴随机器临界转速的计算可同时得到。
作为简化成集中圆盘的转子, 其 y 0 的最大值 y 0max
发生在跨距中部, 可用下式来简略计算:
y 0m ax =
GL 48E
3
I
(
I
=
6Π4d
4 m
)
式中 G ——转子重量
E ——材料弹性横量
L ——转子跨距
dm ——转子主轴计算直径
4. 对于在热态运行下轴向伸胀大于 1 的转子, 曲折型密封齿冷态安装位置应考虑此影响。
参 考 文 献
1 华中理工大学. 黄振华等编. 压缩机与风机密封. 机械工业出版 社, 1988.
(上接第 15 页) 的主要原因, 由此提出结构设想: (一) 轴盘保护罩 结构, 如图示, 该结构利用保护罩与轴盘间的密闭 空气的导热取代了原有结构中热介质与轴盘间的 对流换热, 因前一结构的热阻远大于原有结构的热 阻, 使传导到轴承的热量大大减少, 轴承工作条件 因此得以改善。该结构与散热盘配合使用首次应用 于本溪北台铸管厂 12 号德制高温废气风机的国产 化改型设计中, 在介质温度 350℃条件下获得圆满 成功, 该项设计的成功表明: 在传热环节的始端着 手, 应该成为高温风机传动保护设计的有效途径之 一。在此基础上, 提出结构设想。(二) 如图示, 与结 构 (一) 相比, 该结构的主要改动如下: