1、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。一、 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)；對氣體，

2、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。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68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60100N，當(dāng)軸與齒環(huán)相碰時(shí)，齒環(huán)自行彈開，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)

3、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。國外對膨脹室深度的影響進(jìn)行過試驗(yàn)研究，結(jié)論是淺的膨脹室對減少泄露量有利。根據(jù)對膨脹室流動(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

4、面上開的附屬槽，開槽后迷宮中的流動(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，對啟動(dòng)與停車時(shí)單個(gè)部件尺寸的變化，以及部件的相對位移必須預(yù)先估算。可用靜態(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)

5、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)上分析它類似于平滑式迷宮密封，而密封效果卻

6、與曲折式迷宮密封近似，常用于葉輪蓋板和平衡盤處。 常見的如圖所示。a)鑲嵌曲折型密封b)整體平滑型密封c)臺(tái)階型密封六、迷宮密封的技術(shù)要求：檢查各級(jí)密封齒，應(yīng)無污垢、銹蝕、毛刺、裂紋、彎曲、缺口變形以及折斷等缺陷，密封損壞及間隙超差時(shí)應(yīng)更換，密封裝配后應(yīng)無松晃或過緊現(xiàn)象，密封齒頂端應(yīng)尖銳。對小機(jī)泵來說，密封齒只有一個(gè)，且較大，密封齒不與軸配合，而與軸承定位蓋配合。油環(huán)厚度35mm。七、迷宮密封的特點(diǎn)：迷宮密封在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速條件下有良好的密封性，不需要潤滑，沒有摩擦，使用壽命長，不需其它密封材料；但加工精度高，裝配較難，不能完全阻止氣體的泄漏。常因機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)不良而磨損，磨損后密封性能大大下降

7、。浮環(huán)密封是一種非接觸性密封，屬于流阻型非接觸式動(dòng)密封，是依靠密封間隙內(nèi)的流體阻力效應(yīng)而達(dá)到阻漏目的。由于存在間隙，避免了固體摩擦，適用于高速情況，即可封堵液體，也可封堵氣體。一、浮環(huán)密封的密封機(jī)理浮環(huán)密封的密封原理是建立在流體力學(xué)基礎(chǔ)上，屬動(dòng)力密封。浮環(huán)就是處于轉(zhuǎn)軸上, 位于浮環(huán)密封腔內(nèi)的兩個(gè)與轉(zhuǎn)軸具有較小間隙的圓環(huán)。封油注入浮環(huán)密封腔后, 沿浮環(huán)間隙向內(nèi)浮環(huán)內(nèi)側(cè)和外浮環(huán)外側(cè)泄漏。由于轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài),流入浮環(huán)間隙內(nèi)的封油, 在旋轉(zhuǎn)軸的作用下形成了具有一定承載能力的油膜。該油膜一方面將浮環(huán)抬起, 使浮環(huán)與軸頸間實(shí)現(xiàn)液體潤滑, 從而減輕摩擦、降低磨損。另一方面, 由于油膜充滿了整個(gè)浮環(huán)間隙

8、, 所以阻止氣體介質(zhì)外漏, 從而起到了密封的作用。二、浮環(huán)密封的組成與工作情況浮環(huán)密封由內(nèi)浮環(huán)(介質(zhì)側(cè)浮環(huán))、外浮環(huán)(大氣側(cè)浮環(huán))、浮環(huán)座、壓蓋、彈簧、防轉(zhuǎn)銷組成。在工作時(shí)，浮環(huán)受力情況與軸承相似，所不同的是，對軸承而言，軸浮動(dòng)而軸瓦固定不動(dòng)，因此當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生油膜力時(shí)，會(huì)將軸抬起；而對浮環(huán)來說，由于浮環(huán)重量很小，故軸轉(zhuǎn)動(dòng)而在浮環(huán)與軸的間隙中產(chǎn)生油膜浮力時(shí)，浮起的將是浮環(huán)，軸是相對固定的。根據(jù)軸承油膜原理知道，浮環(huán)與軸完全同心，則不會(huì)產(chǎn)生油膜浮力，反之，如浮環(huán)與軸承偏心，則軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生油膜浮力，這浮力使浮環(huán)浮起而使偏心減小。當(dāng)偏心減小到一定程度，即對應(yīng)產(chǎn)生的浮力正好與浮環(huán)重量相等時(shí)，便達(dá)到了

9、動(dòng)態(tài)平衡。由于浮環(huán)很輕，因此這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的偏心是很小的，即浮環(huán)會(huì)自動(dòng)與軸保持基本同心。下圖為浮環(huán)密封結(jié)構(gòu)簡圖。三、浮環(huán)密封裝置的結(jié)構(gòu)型式：浮環(huán)密封裝置有多種結(jié)構(gòu)型式，其主要型式有：寬環(huán)和窄環(huán)、光滑環(huán)和開口環(huán)、液膜和干式浮動(dòng)環(huán)。(1)寬環(huán)和窄環(huán) 1、 寬環(huán)的寬度相對其直徑來說較大，其比例l/D=0.40.6。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，

10、即浮動(dòng)較為困難。 2、 窄環(huán)的寬度相對其直徑較小，其比例l/D=0.10.2。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型圈來幫助對正中心。由于采用這種輔助措施，偏心度較小，停車時(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)和開口環(huán) 光滑環(huán)的內(nèi)孔是光滑的；開槽環(huán)的內(nèi)孔全長開槽或部分開槽。由于光滑環(huán)與軸表面的間隙中水力摩

11、擦較小，使用中回出現(xiàn)較大的泄露量。開槽環(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，對于高速轉(zhuǎn)軸，開槽環(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

12、體。用以阻止液體泄露的稱為液膜浮環(huán)密封；用于阻止氣體泄露的稱為干式浮環(huán)密封，因?yàn)楦…h(huán)通常石墨等固體自潤滑材料制造，故又稱石墨浮環(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。 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)，

13、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的氣體密封。四、浮環(huán)密封失效的原因 從浮環(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)間隙過大，泄油量增加，使密封油、潤滑油互竄，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=(0.00050.0010)D，外浮環(huán)半徑間隙S=(0.0010.0020)D，其中，D為浮環(huán)公稱直徑，

14、單位mm。潤滑油流人機(jī)器時(shí)壓力高或潤滑油溫度高，會(huì)導(dǎo)致油的黏性下降，流動(dòng)性差，導(dǎo)致潤滑油竄到密封油中，密封失效。 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，造成密封油和潤滑油污染，密封油稀釋。 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。 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、潤滑油受污染，甚至密封油中斷，導(dǎo)致燒壞。 由于機(jī)組檢修時(shí)裝配質(zhì)量問題或零件損壞，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。 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0.10mm。2、浮環(huán)內(nèi)圓面上的巴氏合金層應(yīng)無劃痕、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)銷無磨損、彎曲，位置和長度合適，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)無壓扁、扭曲、缺肉、毛邊、裂紋等缺陷，且彈性良好，裝配后無過松