有关迷宫式密封祥解

有关迷宫式密封祥解

迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。

由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。

1 迷宫密封的密封机理

流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。

1.1 摩阻效应

泄露液流在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量（泄露量）减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄露量减小。

1.2 流束收缩效应

由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减小。设孔口面积为A，则收缩后的流束最小面积为Cc A，此处Cc 是收缩系数。同时，气体通过孔口后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为u1，实际流速比u1小，令Cd为速度系数，则实际流速u1为u1= Cd u1于是，通过孔口的流量将等于q=CcCdA u1式中Cc·Cd=α（流量系数）。

迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体，还与雷诺数有关；对压缩性流体，还于压力比和马赫数有关。同时，对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫只，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小，约在0.7左右，圆齿的流量系数接近于1，通常取α=1，计算的泄露量是偏大。

1.3 热力学效应

理想的迷宫流道模型，它是由一个个环形齿隙和齿间空腔串联而成的。气体每通过一个齿隙和齿间空腔的流动可描述如下：在间隙入口处，气体状态为p0，T0和零开始，气体越接近入口，气流越是收缩和加速，在间隙最小处的后面不远处，气流获得最大的速度；当进入空腔，流速截面突然扩大，并在空腔内形成强烈的旋涡。从能量观点来看，在间隙前后，气流的压力能转变为动能。同时，当温度下降（热焓值h减小），气体以高速进入两齿之间的环行腔室时，体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦的结果，使气流的绝大部分动能转变为热能，被腔室中的气流所吸收而升高温度，热焓又恢复到接近进入间隙前的值，只有小部分动能

仍以余速进入下一个间隙，如此逐级重复上述过程。

1.4 透气效应

在理想迷宫中，认为通过缝口的气流在膨胀室内动能，全部变成热能。也就是说，假定到下一个缝口时的渐近速度等于零，但这只是在膨胀室特别宽阔和特别长时才成立。在一般直通迷宫中，由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分的进行这种速度能(动能)向热能的能量转换，而*光滑壁一侧有一部分气体速度不减小或者只略微减小，直接越过各个齿顶流向低压侧，把这种一掠而过的现象称为“透气效应”。

2 迷宫密封的结构型式

迷宫密封按密封齿的结构不同，分为密封片和密封环两大类型。

密封片结构紧凑，运转中与机壳相碰，密封片能向两侧弯曲，减少摩擦，且拆换方便。

密封环由6～8块扇形块组成，装入机壳与转轴中，用弹簧片将每块环压紧在机壳上，弹簧片压紧力约60～100N，当轴与齿环相碰时，齿环自行弹开，避免摩擦。这种结构尺寸较大，加工复杂，齿磨损后将整块密封环调换，因此应用不及密封圈结构广泛。

3 理想迷宫的泄露计算

给定下列几个条件：

1) 泄露气体是理想气体，不考虑焦尔-汤姆逊效应，即气体的焓只与温度有关；

2) 假设迷宫是连续的多缝口组成的一个系列，两缝口之间的膨胀室足够大；

3) 通过缝口的流动作绝热循环膨胀，在这里引用一个流量系数α；

4) 通过缝口之后的流动速度能量在膨胀室内因受等压支配而完全作恒温恢复，所以在每一个缝口之前的速度渐近为0，即不发生透气现象。

4 直通型迷宫的特性

由于在轴表面加工沟槽或各种形状的齿要比孔内加工容易，因此常把孔加工成光滑面，与带槽或带齿的轴组成迷宫，这就是直通型迷宫，因制作方便，所以直通型迷宫应用最广。但是，直通型迷宫存在着透气现象，其泄露量大于理想迷宫的泄露量。

4.1 迷宫特性的影响因素：

1) 齿的影响。根据国外所进行的试验得出：齿距一定时，齿数越多，泄露量越少。齿距改变时，齿距越大，泄露量会急剧下降，同时还可以减少透气现象的影响。

2) 膨胀室的影响。国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究，结论是浅的膨胀室对减少泄露量有利。根据对膨胀室流动状态的观察，认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。由于旋涡能很快地把能量耗尽，所以膨胀室的渐近速度减小，起到减小泄露的效果。

3) 副室的影响。所谓“副室”是指直通型迷宫光滑面上开的附属槽，开槽后迷宫中的流动状态立即发生明显的变化。试验证明，只要副室的位置恰当，泄露量的

减少率是相当大的。

5 迷宫式气体密封的间隙

除特殊情况外，一般气轮机、燃气轮机等叶轮机械都采用迷宫式气体密封。其径向间隙应根据以下因素选取：轴承间隙，制造公差与装配误差，部件的变形（如铸件收缩和失圆），转子的挠度，以及通过临界旋转频率时的振幅，热膨胀以及由此引起的变形等。在多种情况下，热膨胀的影响最突出。因此，对启动与停车时单个部件尺寸的变化，以及部件的相对位移必须预先估算。可用静态和动态有限元算法出随时间变化的热膨胀规律，由此可了解哪些是临界条件，间隙实际上应当多大尺寸。

5.1 迷宫密封设计的注意点

总结迷宫密封设计中积累的经验，归纳起来有下列要点：

1）尽量使气流的动能转化为热能，而不使余速进入下一个间隙。齿与齿之间应保持适当的距离，或用高-低齿强制改变气流方向。齿间距一般为5～9mm。2）密封齿要做得尽量薄,并带锐角。齿尖厚度应小于0.5mm，运行中偶尔与轴的相碰时，齿尖先磨损而脱离接触，不致因摩擦出现轴的局部过热而造成事故。3）由于迷宫密封泄露量大，因此在密封易燃、易爆或有毒气体时，要注意防止污染环境。采用充气式迷宫密封，间隙内引入惰性气体，其压力稍大于被密封气体压力；如果介质不允许混入充气，则可采用抽气式迷宫密封。

迷宫式密封的结构特点

发布时间:2008-09-19

迷宫密封是离心式压缩机级间和轴端最基本的密封形式，根据结构特点的不同，可分为平滑式、曲折式、阶梯式及蜂窝式等四种类型。

一、平滑式迷宫密封

平滑式迷宫密封有整体和镶片两种结构，它结构简单，便于制造，但密封效果较差。

二、曲折式迷宫密封

曲折式迷宫密封也分整体和镶片两种结构，这种迷宫密封的结构特点，是密封齿的伸出高度不一样，而且高低齿相间排列，与之相配的轴表面，是特制的凹凸沟槽，这种高低齿与凹凸槽相配合的结构，使平滑的密封间隙变成了曲折式，因此，增加了流动阻力，提高了密封效能。但只能用在有水平剖分面的缸体或隔板中，并且密封体也要作成水平剖分型。

三、阶梯式迷宫密封

阶梯式迷宫密封从结构上分析它类似于平滑式迷宫密封，而密封效果却与曲折式迷宫密封近似，常用于叶轮盖板和平衡盘处。

四、蜂窝式迷宫密封

蜂窝式迷宫密封的密封齿片焊成蜂窝状，以形成复杂形状的膨胀室，它的密封性能优于一般密封形式，适用于压力差较大的场合，如离心式压缩机的平衡盘密封。蜂窝式迷宫密封制造工艺复杂，密封片强度高，密封效果较好。

https://www.360docs.net/doc/0712526131.html,/thread-76839-1-1.html

密封离心式制冷压缩机中常用的密封型式有如下几种：

1)迷宫式密封又称为梳齿密封，主要用于级间的密封，如轮盖与轴套的内密封及平衡盘处的密封。常见的如图6-10所示。

a)镶嵌曲折型密封 b)整体平滑型密封 c)台阶型密封

2)机械密封主要用于开启式压缩机中的转轴穿过机器外壳部位的轴端密封。如图6-11所示。

1—轴封壳体 2—弹簧 3、7—O形圈

4—静环座 5—静环 6—动环

a)单片油封 b)充气油封

3)油封图6-12a为简单的单片油封。

图6-12b为充气密封。在空调用离心式制冷压缩机上，主要采用充气密封。

除上述主要零部件外，离心式制冷压缩机还有其它一些零部件。如：减少轴向推力的平

衡盘；承受转子剩余轴向推力的推力轴承以及支撑转子的径向轴承等。

为了使压缩机持续、安全、高效地运行，还需设置一些辅助设备和系统，如增速器、润滑系统、冷却系统、自动控制和监测及安全保护系统等。

迷宫式密封（密封件）的工作原理

(2009-04-18 09:16:53)

为了说明迷宫密封装置的密封原理，我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析，当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时，气流受到了一次节流作用，气流的压力和温度下降，而流速增加。气流经过间隙之后，是两密封齿形成的较大空腔。气体在空腔内容积突然增加，形成很强的旋涡，在容积比间隙容积大很多的空腔中气流速度几乎等于零，动能由于旋涡全部变为热量，加热气体本身，因此，气体在这一空腔内，温度又回到了节流之前，但压力却回升很少，可认为保持流经缝隙时压力。气体每经过一次间隙和随后的较大空腔，气流就受到一次节流和扩容作用，由于旋涡损失了能量，气体压力不断下降，比容及流速均增大。气流经过密封齿后，其压力由p1降至p2，随着压力降低，气体泄漏减小。由上述过程可知，迷宫密封是利用增大局部损失以消耗其能量的方法来阻止气流向外泄漏，因此，它属于流阻形非接触动密封。

从上述分析可以看出，密封间隙越小，密封齿数越多，其密封效果就会越好，然而，密封齿数增加到一定数目后，效果提高并不明显，因此，密封齿数不宜过多，叶轮前后的级间密封，一般只设3~6齿，轴端密封设6~35齿。齿顶间隙太大，密封效果较差，若间隙太小，在转子振动或稍有弯曲时又会引起转子与密封齿间的摩擦，所以齿顶间隙也要适宜。

In order to illustrate the labyrinth seal sealing principle, we first gas in a sealed state of the flow analysis, when the gas flows through the teeth and the shaft seal the gap between the surface form, the flow has been the role of a cutting, air pressure and temperature drop , and the flow rate increased. After the air after a gap is formed by two large sealed gear cavity. Gas in the cavity a sudden increase in volume to form a strong vortex, in the volume much larger than the gap of the cavity volume of air flow velocity is almost zero, all the kinetic energy into heat as a result of the vortex, heating the gas itself, therefore, the gas in the cavity temperature before cutting back, but has picked up very little pressure, that pressure to maintain flow through the cracks. After each

gas gap and then a larger cavity, a flow by reducing expenditure on the role and expansion, loss of energy due to the vortex, the gas pressure drop in both volume and velocity increase. Airflow through the closed teeth, its pressure from p1 to p2, with the pressure reduced to reduce gas leakage. We can see from the above-mentioned process, is the use of labyrinth seal in order to increase the partial loss of its energy consumption to prevent leakage of air from outside, therefore, it belongs to flow resistance move-shaped non-contact seal.

As can be seen from the above analysis, the smaller the seal gap, the more number of teeth sealed, the sealing effect will be better, however, to a certain number of sealed teeth, the results do not improve significantly, so too much should not be sealed teeth, Impeller Inter-class pre-and post-sealing, in general only 3 to 6 teeth, shaft seal for 6 to 35 teeth. Tooth tip clearance is too large seal less effective, if the gap is too small or slight vibration in the rotor winding when the rotor and the seal will cause friction between teeth, the tooth tip clearance should be appropriate.

浅谈磁力密封技术的应用

作者：未知文章来源：网上搜集点击数：242 更新时间：2006-10-30 21:00:49

摘要：通过旋转设备密封结构及密封效果的对比和对磁力密封原理、结构的分析，结合磁力密封的应用状况，介绍其良好的密封效果和对传统密封的改造方案，并指出其良好的推广应用前景。

关键词：泄漏磁力密封边界润滑应用

一、前言

在柳钢过去生产过程中，由于传统密封技术的固有特点和存在的缺陷，旋转设备回转泄漏一直是一大难题。据统计结果显示：0.002%的清水污染物就会导致轴承使用寿命降低48%，而由轴承失效直接导致转动设备失效占22%。因此，改变传统密封型式，采用先进的密封技术，节约能源，降低污染，提高效率，是设备管理所需研究和解决的课题。以下介绍一种革新式密封技术——磁力密封技术的特点和原理以及该项技术在柳钢的成功性应用。

二、传统旋转密封技术的比较分析

传统的旋转密封技术主要有骨架油封、迷宫密封，传统机械密封，根据其自身特点，我们可作有缺点比较分析如下：

1、骨架油封：短期性价比高，但长期运行综合费用很高；使用寿命短（3000h）；泄漏率高；线速度低；磨损轴颈；润滑油易流失或污染。因此，在长期连续性作业的工况下，不宜采用。

2、迷宫密封：较骨架油封先进，性能较好，无接触；密封结构及设备线速度与介质粘度关系较大；轴向漏油情况仍然存在，不能用于需垂直密封的工况条件。长期使用，油品泄漏量仍然较大，对环境污染及油品消耗都较难控制。

3、传统机械密封：严密、泄漏量少；使用寿命长；消耗的磨擦功率少；轴或轴套基本不受损；对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感，浮动性好；安全可靠、运转周期长；适用范围广。但是具有一定缺点：一次投资高，安装费时间，安装精度要求高；且加工制造的精度要求高，加工复杂，安装尺寸较大。基于以上特点，对已使用其他密封的设备进行机械密封改造难度大。

三、磁力密封的结构特点

磁力密封由三部分组成：第一部分为静密封面，它表面光滑，热稳定性强，环嵌在一个磁性的不锈钢合金接合盖里；第二部分为动密封面，主要材料为耐磨，润滑性良好的碳和石墨，它环嵌在具用磁性元件的合金里，动密封面采用浮动式设计，可在磁力的作用下长期与静环保持紧密贴合而不必人工调整；第三部分为O型圈，其作用是对轴与动环的接合面进行密封，材质为经过特殊处理过的聚四氟橡胶。

四、磁力机械密封的原理分析

造成泄漏的原因主要有两方面：一是密封面上有间隙；二是密封两侧有压力差。

磁力密封所以能成为一种先进的密封结构，最主要的是因为该密封在设计理念上继承了机械密封的设计原理并简化其结构、完善其功能。磁力密封具有长久的使用寿命的原因主要是在密封端面间维持一个极薄的油膜以避免端面间的干磨擦，综合考虑磨损与泄漏的影响，磁力密封的最佳端面润滑状态是边界润滑状态。在正常情况下，磁力密封都在边界润滑状态下工作。磨擦副端面处于边界润滑状态工作，相对于干磨擦来说，边界磨擦具有较低的磨擦系数，能有效的减少端面磨损、延长使用寿命，而摩擦副端面形成液体润滑会造成泄漏。建立磁力密封的端面流体润滑是提高使用寿命与解决端面磨擦-磨损矛盾的一个有效方

法。磁力密封建立磨擦副端面流体润滑的方法是利用动环与静环之间适当的引力并在摩擦副端面回转的流体动力作用下产生润滑膜，形成流体动压液膜，并且避免形成液体润滑。

此外，磁力密封的永磁体使动环和静环结合在一起，根据不同工况，采用不同规格的永磁体，形成适当的引力，使密封端面间形成的压力合力大于密端面两侧的压力差，从而形成密封端面间良好的密封性能。

五、传统油封改进方案

图 1 传统密封轴箱装配图2 改进后的端盖

1—主轴 2—轴承 3—轴承箱

4—端盖 5—密封件压盖 6—密封件

传统油封结构如图1所示。根据磁力密封安装要求，对轴承座端盖进行简单改造即可应用。改造后的端盖见图2。其加工尺寸根据动静环的实际尺寸确定，考虑到动环与端盖之间应有较大间隙，静环与端盖应为过盈配合，静环的嵌入深度应大于静环宽度的2/3，图中尺寸D、B分别为静环外径、宽度的实际尺寸，d为动环外径的实际尺寸，Ф为轴的直径实际尺寸。端盖加工后即可进行油封安装。安装步骤：（1）事先在静环与端盖的接合面均匀涂抹一层密封胶，防止泄漏，将静环装入端盖（具有耐磨材料的一端向内）。（2）清理主轴手刺、污垢，

使表面光滑、清洁；（3）清理动静环接合表面，使之保持清洁；（4）把动环从轴端推至适当位置（具有耐磨材料的一端向外），要求推入时保持平直，且不能绕轴转动避免损伤O型圈；（5）装入端盖，保持静环和动环紧密贴合；（6）检查动静环贴合情况，有无杂质及间隙，同时检查其同轴度，是否有较大误差；（7）调整动静环贴合间隙及同轴度；（8）推动端盖及动静环就位并进行固定安装。

六、实际使用效果分析

柳钢转炉除尘风机主减速箱采用集中稀油润滑，现场粉尘多，环境恶劣。原使用的骨架油封，寿命短，对轴的磨损十分严重，使用效果不理想，粉尘进入减速箱，污染了润滑油，使油液发生乳化，导致润滑失效直接影响设备的正常安全运行，造成系统出现异常现象需重新换油。而且每次因润滑油变质和失效，需要更换10t优质汽轮机油和添加剂，设备维护费用昂贵。经比较之后，在2台风机上采用了磁力密封，该油封采用机械密封原理，克服了以往因橡胶骨架油封磨损轴、易老化、更换频繁的缺点，并能完全阻止外界水汽和污染物进入轴承箱，解决了轴承箱长期漏油的缺陷，实现了零泄漏，大大降低了油耗。实现双向密封，延长了轴承的实际使用寿命，润滑效果得以显著提高；该磁力密封占用空间小、结构紧凑，安装简单，即只需对原轴承箱端盖略微改动，基本上没有安装误差，运行状况稳定可靠，实现了密封寿命、轴承寿命、润滑寿命、设备运行的良好循环。节约了运行成本和维修费用，也改善了生产现场环境。

在高线投产之前，我们结合原一棒生产线的实际生产状况，主动在3台预精轧机轴承箱上使用该项磁力密封，从生产运行情况看，效果非常好，轴承箱基本无任何泄漏。

七、结论

新型机械密封—磁力密封，继承了机械密封的工作原理，并采用浮动设计，选用了先进的材料，独特的设计结构，占用极少安装空间，密封效果极佳，有效的防止泄漏，减少了能源损失，提高运转设备功效。特别是磁力密封针对于对传统骨架油封和迷宫密封进行的改造，使用效果尤为突出，为柳钢的节能降耗和确保设备的安全运行提供了可靠保证，我们正逐步在柳钢推广该项磁力密封技术。