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。
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(duì)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(duì)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“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。
迷宮密封的密封機(jī)理:
1、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 CcA,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U,實(shí)際流速比U小,令Cd為速度系數(shù),則實(shí)際流速U1為:U1 =Cd?U于是,通過孔口的流量Q為:Q=CcCdA U式中Cc?Cd=α(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(duì)非壓縮性流體,還與雷諾數(shù)有關(guān);對(duì)壓縮性流體,還與壓力比和馬赫數(shù)有關(guān)。同時(shí),對(duì)縫口前的流動(dòng)狀態(tài)也有影響。因此在復(fù)雜型式的迷宮里,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α=1,計(jì)算的泄漏量是偏大。
2、摩阻效應(yīng)
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,泄漏量減小。
3、熱力學(xué)效應(yīng)
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減小),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)闊崮埽磺皇抑械臍饬魉斩邷囟龋瑹犰视只謴?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。
4、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,而靠光滑壁一側(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)”。
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