迷宮密封是在轉軸周?chē)O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(guò)曲折迷宮的間隙時(shí)產(chǎn)生節流效應而達到阻漏的目的。 由于迷宮密封的轉子和機殼間存在間隙,無(wú)固體接觸,毋須潤滑,并允許有熱膨脹,適應高溫、高壓、高轉速頻率的場(chǎng)合,這種密封形式被廣泛用于汽輪機、燃汽輪機、壓縮機、鼓風(fēng)機的軸端和的級間的密封,其他的動(dòng)密封的前置密封。
迷宮密封的密封機理:
流體通過(guò)迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機能稱(chēng)為“迷宮效應”。
對液體,有流體力學(xué)效應,其中包括水力磨阻效應、流束收縮效應;對氣體,還有熱力學(xué)效應,即氣體在迷宮中因壓縮或者膨脹而產(chǎn)生的熱轉換;此外,還有“透氣效應”等。而迷宮效應則是這些效應的綜合反應,所以說(shuō),迷宮密封機理是很復雜的。
迷宮密封的密封機理:
1、流束收縮效應
由于流體通過(guò)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。設孔口面積為A,則收縮后的流束最小面積為 CcA,此處 Cc 是收縮系數。同時(shí),氣體通過(guò)孔口后的速度也有變化,設在理想狀態(tài)下的流速為U,實(shí)際流速比U小,令Cd為速度系數,則實(shí)際流速U1為:U1 =Cd?U于是,通過(guò)孔口的流量Q為:Q=CcCdA U式中Cc?Cd=α(流量系數)
迷宮縫口的流量系數,與間隙的形狀,齒頂的形狀和壁面的粗糙度有關(guān)。對非壓縮性流體,還與雷諾數有關(guān);對壓縮性流體,還與壓力比和馬赫數有關(guān)。同時(shí),對縫口前的流動(dòng)狀態(tài)也有影響。因此在復雜型式的迷宮里,不能把一個(gè)縫口的流量系數當作所有縫口的流量系數。根據試驗,第一級的流量系數小一些,第二級以后的縫口流量系數大一些,一般流量系數常取1。但是尖齒的流量系數比1小,約在0.7左右,圓齒的流量系數接近于1,通常取α=1,計算的泄漏量是偏大。
2、摩阻效應
泄漏液體在迷宮中流動(dòng)時(shí),因液體粘性而產(chǎn)生的摩擦,使流速減慢流量(泄漏量)減少。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái),流體沿流道的沿程摩擦和局部磨阻構成了磨阻效應,前者與通道的長(cháng)度和截面形狀有關(guān),后者與迷宮的彎曲數和幾何形狀有關(guān)。一般是:當流道長(cháng)、拐彎急、齒頂尖時(shí),阻力大,壓差損失顯著(zhù),泄漏量減小。
3、熱力學(xué)效應
理想的迷宮流道模型,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(guò)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(kāi)始,氣體越接近入口,氣流越是收縮和加速,在間隙最 小處的后面不遠處,氣流獲得最大的速度;當進(jìn)入空腔,流速截面突然擴大,并在空腔內形成強烈的旋渦。從能量觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,在間隙前后,氣流的壓力能轉變?yōu)閯?dòng)能。同時(shí),當溫度下降(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。渦流摩擦的結果,使氣流的絕大部分動(dòng)能轉變?yōu)闊崮?,被腔室中的氣流所吸收而升高溫度,熱焓又恢復到接近進(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,如此逐級重復上述過(guò)程。
4、透氣效應
在理想迷宮中,認為通過(guò)縫口的氣流在膨脹室內動(dòng)能,全部變成熱能。也就是說(shuō),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(cháng)時(shí)才成立。在一般直通迷宮中,由于通過(guò)縫口后的氣流只能向一側擴散,在膨脹室內不能充分的進(jìn)行這種速度能(動(dòng)能)向熱能的能量轉換,而靠光滑壁一側有一部分氣體速度不減小或者只略微減小,直接越過(guò)各個(gè)齒頂流向低壓側,把這種一掠而過(guò)的現象稱(chēng)為 “透氣效應”。