迷宫密封的间隙研究

《风机技术》2000年第3期　□设计试验　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

迷宫密封的间隙研究

ResearchonClearanceofLabrinthSeal

陈越峰　陈金杰

【摘要】从转子静挠度、经向跳动、素。指关键词:透平压缩机　迷宫密封

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。

Abstract:Calcultingproblemofradiusclearanceoflabrinthsealaremainlystudiedinthispaper.Pointsforattentiononsealdesignarepointedout.

Keywords:Turbocompressor　Labrinthsea

l

一、前言

迷宫密封是透平压缩机最常用的密封型式。

图1　透平压缩机械最常用的迷宫密封

2000年2月13日收到　西安市　710611

—6—

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。

动力学、况多方面进行分析。

1.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y2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C0=C 2。,轴颈半径最小间隙为hmin,:

,形成一静弹性线,即静挠度曲线,见图2的AO′B。风机运行时,主轴绕静挠度曲线转动

,而不绕水平轴线AOB转动。风机设计的理论位置都是转子轴线与定子轴线(即AOB)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y0而言,y相对很小,可以不予计及。

图3　转子轴颈与轴承位置

hmin=f(R,C,l D,n,p,Λ)

上式表示hmin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,hminνC 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y2≈C0=C 2。

密封理论间隙计算,y2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y3和定子的热变形y4透平机械,无论是鼓风机、压缩机,还是汽轮机、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

图2　转子静挠度曲线

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:(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

y0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y0的最大值y0max发生在跨距中部,可用下式来简略计算:

4)

　(I=y0max=dm

48EI64

3

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y1

转子零部件的密封部位,以轴颈为基准打表检均匀,其计算温度可近似按截面温度均布计,叶轮

—7—

《风机技术》2000年第3期　□设计试验　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　轮盖温度也视为均布;

(4)离心压缩机叶轮轮盖密封处的热胀,在巨大离心应力作用下,可视为仅向外胀。

以离心压缩机轮盖密封为例,图4示意表示上述假定对密封间隙设计的影响

。

与传统经验值作一比较。

风机有关参数如下:

D2

D0

D

d(2R)L

t2max

t0max

107560517551001910133℃108℃

D0处允许跳动转子计算静挠度轴承直径间隙

≤0.150.110.20～0.25

　　可得:

2=y0=.11　1()　y2=C

3×11.83 t3D0=Α3(t2m-ta)D0=

222×10-6×(120.5-20)×605=0.35×10×10-6×(120.5-20)4 t4D=Α

44×1755=0.44

y4=

图4　轮盖密封处热胀计算示意图

即　　　y3≈Α3 t3

Α3 t3D

22≈Α=y44 t4Α4 t4D

224

=(1)(2)

、定子材质热胀系数。3、4分别为转子材质ΑΑ

为便于计算, t3、 t4均以级叶轮出口处(D2

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

(3) t3≈ t4≈t2m-ta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 :

r=

r=2yi+ =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。

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RZ45-7第3级轴盖密封进行核算,其2y≈0.42。其产品证明书所给静态间隙 ri见图5所示。

∑y+ =

i=0

i

4

(y0+y1+y2+y3+y4)+

(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D120022.5 0.924(D1200232)的叶轮轮盖密封间隙为例,将其按本文的计算方法所得值

—8—

图5　RZ4527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RZ4527气动结构、叶轮直径、转速十分相近的国产3EP28029 0.816(相当2MCL507)压缩机第3级轮盖密封,计算2yi=0.75,按传统标准

～0.33。与实际需要的静态间隙相 r给值为0.25

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AV50210,计算2yi=0.70,给定 r=0.90,是比较吻合的。

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 …… 此处隐藏：2975字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……