由于作用在每个窄环上的压力差比宽环小,所以环作用在隔离环端面上的压力也就小,即窄环容易浮动。
11.2.2 光滑环和开口环
光滑环的内孔是光滑的;开槽环的内孔全长开槽或部分开槽。由于光滑环与轴表面的间隙中水力摩擦较小,使用中回出现较大的泄露量。开槽环的内孔加工有许多道环形槽,与轴的 间隙中水力摩擦较大,在同样的压差和同样的宽度下,泄露量要比光滑环小,特别是在高转速下可以作到完全不漏,液膜形成也很稳定,能有效的起到密封作用。所以,对于高速转轴,开槽环比光滑环好,如将光滑浮环密封与机械密封作比较,在低速时机械密封的泄露量少些,高速下则光滑环少些,因此,高速转动密封宜用光滑环。但是,当旋转频率太高时,由于密封油的粘性阻滞作用,密封油会发热。为了散热,常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除与环的形式有关外,还与运动速度、油的特性、入口油温和大气温度等有关。
11.2.3 液膜和干式浮动环
浮动密封既可密封液体,也可密封气体。用以阻止液体泄露的称为液膜浮环密封;用于阻止气体泄露的称为干式浮环密封,因为浮环通常石墨等固体自润滑材料制造,故又称石墨浮环密封。
石墨浮环密封:波形片弹簧的弹力及气体压力使各浮动环的一个端面分别与各隔离环的一个端面紧密贴合,组阻止气体沿径向泄露,并靠端面的摩擦力防止环转动通过浮动环密封沿轴向漏出的少量气体由排漏空排出,或引至主机的气体进口。石墨浮环密封的工作间隙不是定值,而是随摩擦发热状况而自行调整,故有“热自调间隙密封”之称。
石墨既耐腐蚀又耐热,但它太脆,在径向载荷作用下易断裂。在离心压气机中,采用了石墨作浮环,为了防止断裂,常在石墨环的外周镶有金属环。石墨环用冷缩方法套用金属环内,然后再加工石墨环的内孔,使之达到规定的尺寸。当轴封的温度上升时,如镶环与轴的材料相同或相似,他们的膨胀量就会相同或相差不大。而不致影响密封性能。这种结构已成功应用于温度高达400℃的气体密封。
12、迷宫密封
迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿,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的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。
由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙,无固体接触,毋须润滑,并允许有热膨胀,适应高温、高压、高转速频率的场合,这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封,其他的动密封的前置密封。
12.1 迷宫密封的密封机理
流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“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的热转换;此外,还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应,所以说,迷宫密封机理是很复杂的。
12.1.1 摩阻效应
泄露液流在迷宫中流动时,因液体粘性而产生的摩擦,使流速减慢流量(泄露量)减少。简单说来,流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应,前者与通道的长度和截面形状有关,后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是: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。
12.1.2 流束收缩效应
由于流体通过迷宫缝口,会因惯性的影响而产生收缩,流束的截面减小。设孔口面积为A,则收缩后的流束最小面积为 Cc A,此处 Cc 是收缩系数。同时,气体通过孔口后的速度也有变化,设在理想状态下的流速为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于是,通过孔口的流量将等于q=CcCdA u1式中Cc•Cd=α(流量系数)。
迷宫缝口的流量系数,与间隙的形状,齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体,还与雷诺数有关;对压缩性流体,还于压力比和马赫数有关。同时,对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫只,不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验,第一级的流量系数小一些,第二级以后的缝口流量系数大一些,一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小,约在0.7左右,圆齿的流量系数接近于1,通常取α=1,计算的泄露量是偏大。
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