迷宮密封、浮環(huán)密封機(jī)理與維修

迷宮密封、浮環(huán)密封機(jī)理與維修摘要：關(guān)鍵詞：迷宮密封、浮環(huán)密封、維修我公司水煤漿裝置中……，迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周?chē)O(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(guò)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(wú)固體接觸，毋須潤(rùn)滑，并允許有熱膨脹，適應(yīng)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速頻率的場(chǎng)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。一、迷宮密封的密封機(jī)理

流體通過(guò)迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機(jī)能稱(chēng)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(shuō)，迷宮密封機(jī)理是很復(fù)雜的。二、迷宮密封的結(jié)構(gòu)型式

迷宮密封按密封齒的結(jié)構(gòu)不同，分為密封片和密封環(huán)兩大類(lèi)型。

密封片結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)中與機(jī)殼相碰，密封片能向兩側(cè)彎曲，減少摩擦，且拆換方便。

密封環(huán)由6～8塊扇形塊組成，裝入機(jī)殼與轉(zhuǎn)軸中，用彈簧片將每塊環(huán)壓緊在機(jī)殼上，彈簧片壓緊力約60～100N，當(dāng)軸與齒環(huán)相碰時(shí)，齒環(huán)自行彈開(kāi)，避免摩擦。這種結(jié)構(gòu)尺寸較大，加工復(fù)雜，齒磨損后將整塊密封環(huán)調(diào)換，因此應(yīng)用不及密封圈結(jié)構(gòu)廣泛。

三、直通型迷宮的特性

由于在軸表面加工溝槽或各種形狀的齒要比孔內(nèi)加工容易，因此常把孔加工成光滑面，與帶槽或帶齒的軸組成迷宮，這就是直通型迷宮，因制作方便，所以直通型迷宮應(yīng)用最廣。但是，直通型迷宮存在著透氣現(xiàn)象，其泄露量大于理想迷宮的泄露量。3.1迷宮特性的影響因素：

1)齒的影響。齒距一定時(shí)，齒數(shù)越多，泄露量越少。齒距改變時(shí)，齒距越大，泄露量會(huì)急劇下降，同時(shí)還可以減少透氣現(xiàn)象的影響。

2)膨脹室的影響。國(guó)外對(duì)膨脹室深度的影響進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究，結(jié)論是淺的膨脹室對(duì)減少泄露量有利。根據(jù)對(duì)膨脹室流動(dòng)狀態(tài)的觀察，認(rèn)為淺膨脹室中的旋渦是不穩(wěn)定的。由于旋渦能很快地把能量耗盡，所以膨脹室的漸近速度減小，起到減小泄露的效果。

3)副室的影響。所謂“副室”是指直通型迷宮光滑面上開(kāi)的附屬槽，開(kāi)槽后迷宮中的流動(dòng)狀態(tài)立即發(fā)生明顯的變化。試驗(yàn)證明，只要副室的位置恰當(dāng)，泄露量的減少率是相當(dāng)大的。

四迷宮式氣體密封的間隙

除特殊情況外，一般氣輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等葉輪機(jī)械都采用迷宮式氣體密封。其徑向間隙應(yīng)根據(jù)以下因素選?。狠S承間隙，制造公差與裝配誤差，部件的變形（如鑄件收縮和失圓），轉(zhuǎn)子的撓度，以及通過(guò)臨界旋轉(zhuǎn)頻率時(shí)的振幅，熱膨脹以及由此引起的變形等。在多種情況下，熱膨脹的影響最突出。因此，對(duì)啟動(dòng)與停車(chē)時(shí)單個(gè)部件尺寸的變化，以及部件的相對(duì)位移必須預(yù)先估算?？捎渺o態(tài)和動(dòng)態(tài)有限元算法出隨時(shí)間變化的熱膨脹規(guī)律，由此可了解哪些是臨界條件，間隙實(shí)際上應(yīng)當(dāng)多大尺寸。五、迷宮密封是離心式壓縮機(jī)級(jí)間和軸端最基本的密封形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，可分為平滑式、曲折式、階梯式等幾種類(lèi)型。

a、平滑式迷宮密封

平滑式迷宮密封有整體和鑲片兩種結(jié)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，但密封效果較差。

b、曲折式迷宮密封

曲折式迷宮密封也分整體和鑲片兩種結(jié)構(gòu)，這種迷宮密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是密封齒的伸出高度不一樣，而且高低齒相間排列，與之相配的軸表面，是特制的凹凸溝槽，這種高低齒與凹凸槽相配合的結(jié)構(gòu)，使平滑的密封間隙變成了曲折式，因此，增加了流動(dòng)阻力，提高了密封效能。但只能用在有水平剖分面的缸體或隔板中，并且密封體也要作成水平剖分型。

c、階梯式迷宮密封

階梯式迷宮密封從結(jié)構(gòu)上分析它類(lèi)似于平滑式迷宮密封，而密封效果卻與曲折式迷宮密1、寬環(huán)的寬度相對(duì)其直徑來(lái)說(shuō)較大，其比例l/D=0.4～0.6。這種環(huán)的特點(diǎn)在于工作時(shí)作用在此環(huán)上的流體動(dòng)力要比窄環(huán)大，并且不需用對(duì)正中心的附件。在一定的壓差和泄露量之下，其數(shù)目可以比窄環(huán)少些，這樣，密封裝置的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化，并便于裝拆和檢修。寬環(huán)的缺點(diǎn)在于環(huán)的兩側(cè)會(huì)有較大的壓差，這樣，作用在環(huán)端面上的壓力也就較大，在自由浮動(dòng)時(shí)所須克服的端面摩擦力較大，即浮動(dòng)較為困難。

2、窄環(huán)的寬度相對(duì)其直徑較小，其比例l/D=0.1～0.2。窄環(huán)與軸的間隙較小，工作時(shí)，間隙中形成的流體動(dòng)力較小，因此其自動(dòng)同心的能力較差，大多用橡膠O型圈來(lái)幫助對(duì)正中心。由于采用這種輔助措施，偏心度較小，停車(chē)時(shí)間也較少，這樣，雖然環(huán)窄，泄露量卻不大。窄環(huán)也可以不用O形圈定位，而改用彈簧。環(huán)在彈簧力的作用下，壓在隔離環(huán)端面上。當(dāng)密封液的壓力降低時(shí)，環(huán)仍可以保持它的對(duì)正中心位置。由于作用在每個(gè)窄環(huán)上的壓力差比寬環(huán)小，所以環(huán)作用在隔離環(huán)端面上的壓力也就小，即窄環(huán)容易浮動(dòng)。

(2)光滑環(huán)和開(kāi)口環(huán)

光滑環(huán)的內(nèi)孔是光滑的；開(kāi)槽環(huán)的內(nèi)孔全長(zhǎng)開(kāi)槽或部分開(kāi)槽。由于光滑環(huán)與軸表面的間隙中水力摩擦較小，使用中回出現(xiàn)較大的泄露量。開(kāi)槽環(huán)的內(nèi)孔加工有許多道環(huán)形槽，與軸的間隙中水力摩擦較大，在同樣的壓差和同樣的寬度下，泄露量要比光滑環(huán)小，特別是在高轉(zhuǎn)速下可以作到完全不漏，液膜形成也很穩(wěn)定，能有效的起到密封作用。所以，對(duì)于高速轉(zhuǎn)軸，開(kāi)槽環(huán)比光滑環(huán)好，如將光滑浮環(huán)密封與機(jī)械密封作比較，在低速時(shí)機(jī)械密封的泄露量少些，高速下則光滑環(huán)少些，因此，高速轉(zhuǎn)動(dòng)密封宜用光滑環(huán)。但是，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率太高時(shí)，由于密封油的粘性阻滯作用，密封油會(huì)發(fā)熱。為了散熱，常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除與環(huán)的形式有關(guān)外，還與運(yùn)動(dòng)速度、油的特性、入口油溫和大氣溫度等有關(guān)。

(3)液膜和干式浮動(dòng)環(huán)

浮動(dòng)密封既可密封液體，也可密封氣體。用以阻止液體泄露的稱(chēng)為液膜浮環(huán)密封；用于阻止氣體泄露的稱(chēng)為干式浮環(huán)密封，因?yàn)楦…h(huán)通常石墨等固體自潤(rùn)滑材料制造，故又稱(chēng)石墨浮環(huán)密封。

石墨浮環(huán)密封：波形片彈簧的彈力及氣體壓力使各浮動(dòng)環(huán)的一個(gè)端面分別與各隔離環(huán)的一個(gè)端面緊密貼合，組阻止氣體沿徑向泄露，并靠端面的摩擦力防止環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)浮動(dòng)環(huán)密封沿軸向漏出的少量氣體由排漏空排出，或引至主機(jī)的氣體進(jìn)口。石墨浮環(huán)密封的工作間隙不是定值，而是隨摩擦發(fā)熱狀況而自行調(diào)整，故有“熱自調(diào)間隙密封”之稱(chēng)。

石墨既耐腐蝕又耐熱，但它太脆，在徑向載荷作用下易斷裂。在離心壓氣機(jī)中，采用了石墨作浮環(huán)，為了防止斷裂，常在石墨環(huán)的外周鑲有金屬環(huán)。石墨環(huán)用冷縮方法套用金屬環(huán)內(nèi)，然后再加工石墨環(huán)的內(nèi)孔，使之達(dá)到規(guī)定的尺寸。當(dāng)軸封的溫度上升時(shí)，如鑲環(huán)與軸的材料相同或相似，他們的膨脹量就會(huì)相同或相差不大。而不致影響密封性能。這種結(jié)構(gòu)已成功應(yīng)用于溫度高達(dá)400℃四、浮環(huán)密封失效的原因①?gòu)母…h(huán)密封的結(jié)構(gòu)和原理可知，密封效果與浮環(huán)間隙有直接關(guān)系，從減少密封油泄漏、提高密封效果來(lái)看，浮環(huán)間隙盡量減小，但間隙太小又會(huì)導(dǎo)致浮環(huán)工作條件的惡化，導(dǎo)致浮環(huán)抱軸發(fā)生；浮環(huán)間隙過(guò)大，泄油量增加，使密封油、潤(rùn)滑油互竄，密封油跑損、稀釋。所有浮環(huán)間隙的選取范圍一般是：內(nèi)浮環(huán)半徑間隙S=(0.0005~0.0010)D，外浮環(huán)半徑間隙S=(0.001~0.0020)D，其中，D為浮環(huán)公稱(chēng)直徑，單位mm。②潤(rùn)滑油流人機(jī)器時(shí)壓力高或潤(rùn)滑油溫度高，會(huì)導(dǎo)致油的黏性下降，流動(dòng)性差，導(dǎo)致潤(rùn)滑油竄到密封油中，密封失效。③密封氣帶液體或壓力差不符合要求值，有兩種情況發(fā)生：一種是封不住密封油，密封油竄到機(jī)內(nèi)，密封油跑損；另一種是密封氣竄到密封油中，造成密封油和潤(rùn)滑油污染，密封油稀釋。④密封油質(zhì)量太差，黏度達(dá)不到要求值，流動(dòng)性太強(qiáng)，油膜形成不好，密封點(diǎn)泄油量增加。⑤運(yùn)轉(zhuǎn)密封油泵出現(xiàn)故障，使密封油壓力降低，密封油流量減小，油膜形成不理想，密封油、潤(rùn)滑油受污染，甚至密封油中斷，導(dǎo)致燒壞。⑥由于機(jī)組檢修時(shí)裝配質(zhì)量問(wèn)題或零件損壞，使浮環(huán)卡死，形成帶缺陷的油膜，使?jié)櫥透Z人密封油中，密封油失效。⑦由于裝置操作波動(dòng)大，導(dǎo)致壓縮機(jī)流量波動(dòng)頻繁，也會(huì)影響浮環(huán)密封油膜的形成，使得密封失效。五、浮環(huán)密封的檢修要求浮環(huán)密封檢修技術(shù)要求如下：

1、拆卸浮環(huán)密封組件時(shí)注意不可將浮環(huán)上巴氏合金面拉壞，必要時(shí)允許將轉(zhuǎn)子稍微抬起，但抬起高度不超過(guò)0.10mm。

2、浮環(huán)內(nèi)圓面上的巴氏合金層應(yīng)無(wú)劃痕、溝槽、裂紋、脫層、磨損、嵌入硬性顆粒和電蝕等缺陷，浮環(huán)和殼體上相互配合的端面要光滑平整，接觸均勻；浮環(huán)厚度均勻，沿整周厚度誤差小于0.01mm。

3、浮環(huán)防轉(zhuǎn)銷(xiāo)無(wú)磨損、彎曲，位置和長(zhǎng)度合適，不妨礙浮環(huán)正常浮起。

4、浮環(huán)密封間隙符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5、所有O型環(huán)應(yīng)無(wú)壓扁、扭曲、缺肉、毛邊、裂紋等缺陷，且彈性良好，裝配后無(wú)過(guò)松和過(guò)緊現(xiàn)象；彈性片無(wú)損傷，彈性良好。

6、浮環(huán)密封組件內(nèi)側(cè)的軸端密封環(huán)的密封齒無(wú)磨損，間隙符