Лабіринтні ущільнення

Лабіринтні ущільнення простої форми

Лабіринтні ущільнення - це ущільнення вала, що представляє собою безконтактне ущільнення у вигляді малого зазору складної звивистій форми.Ущільнююча дія грунтується на подовженні шляху ущільнення завдяки поперемінному розташуванню кілець на валу і нерухомому корпусі.

Принцип дії

Рис.1 Схема дії лабіринтного ущільнення

Лабіринтові ущільнення застосовують при "високих швидкостях і температурах, коли виключена можливість установки контактних ущільнень. Лабіринтові ущільнення можуть працювати практично при будь-яких швидкостях і високих температурах. Схема дії лабіринтового ущільнення показана на рис. 1. Лабіринтне ущільнення відокремлює порожнину А з підвищеним тиском Р_А від порожнини Б з пониженим тиском P_Б. При перетікання газу через першу кільцеву щілину виникає велика швидкість , яка в кільцевій камері падає майже до нуля . У камері встановлюється тиск , знижений в порівнянні з тиском в порожнині А в результаті втрат на вихреутворенні в зазорі . Так як питома обєм газу в камері більший питомого обєму в порожнині А , а кількість перетікання газу за одиницю часу в силу нерозривності потоку таке ж , то швидкість в другій кільцевій щілини повинна бути вище , ніж у першій , а в кожній наступній щілини вище , ніж у попередній. Внаслідок цього перепад тиску між суміжними камерами зростає від ступеня до ступеня . При високих перепадах тиску і великому числі ступенів в одній з щілин може встановитися критичний перепад тиску; швидкість газу досягає швидкості звуку. Усі наступні ступені в такому ущільненні зайві, оскільки вони не зменшують критичної величини закінчення , що дорівнює добутку швидкості звуку на площу перетину щілини. Число ступенів лабіринтового ущільнення визначається термодинамічним розрахунком . Лабіринтне ущільнення не може повністю виключити витікання газу. Навпаки , безперервний рух газу вздовж лабіринту лежить в основі принципу дії лабіринту і є неодмінною умовою його функціонування . Лабіринт може тільки послабити потік газу через ущільнення . Виняток представляє випадок , коли тиск в ущільнюваної порожнини циклічно коливається від максимуму до нуля . У даному випадку хвиля газу , спрямовується в ущільнення , має обмеженим запасом енергії , який може бути повністю розсіяний в ущільненні . У цих умовах лабіринтові ущільнення можуть забезпечити практично повну герметичність.

Переваги і недоліки

Переваги:

• Мале внутрішнє тертя змазки.
• Прості в експлуатації
• Необмеженість швидкості валу ( але при великих швидкостях може бути викидання масла з зазорів).
• Простота конструкції та технології виготовлення.
• Доступність і висока варіативність у виборі матеріалу.
• Висока надійність.
• Застосування лабіринтних ущільнень забезпечує низьку витрату енергії на обертання валу.
• Обмежений вплив ущільнень на динаміку ротор.

Недоліки:

• Витоки газу.
• Зниження ефективності машини.
• Можливість забруднення, що часто є причиною пошкоджень інших критичних вузлів, наприклад підшипнеків.
• Складність конструкції
• необхідність ретельного монтажу з метою збереження заданих зазорів

Використання

Лабіринтні ущільнення застосовуються для захисту від витікання змаски і попадпння в неї вологи і бруду із зовнішнього середовища, найчастіше в комбінації з ущільненнями інших типів. Більше двох канавок роблять при дуже високих вимог захисту і важких умовах експлуатації. Використання даного типу ущільнення обмежується екстремальними виробничими умовами , як наприклад , велика кількість обертів і високий тиск, температура , так як інакше якщо тільки мають місце високий тиск і температура , то істотно більш відповідним типом ущільнення для цих випадків є графітове ущільнення. Лабіринтові ущільнення з технічної точки зору дуже складні у виготовленні і монтажі , через це вони є досить дорогими. В якості ущільнення вала вони знайшли своє застосування у виробництві газових турбін , наприклад , в реактивних двигунах і для підвищення коефіцієнта корисної дії парових турбін на електростанціях мають найчастіше досить складну форму. Особливим випадком застосування є використання лабіринтових ущільнень у так званих шпиндельних двигунах , що досягають , залежно від конструкції , кількох сотень тисяч обертів на хвилину . У таких двигунів лабіринтове ущільнення служить одночасно рідким підшипником або відповідно гідростатичним підшипником ковзання або гідродинамічним підшипником. Вирішальною перевагою тут є екстремально низьке тертя , що робить можливим таке велике число обертів.

Основні розміри лабіринтних ущільнювачів

Форми лабіринтних ущільнень

На рис. 2 зображені (у порядку зростаючої ефективності) форми лабіринтових ущільнень. На рис. 2 , I-показано проста гладку щілину ; введення виступів (рис. 2 , II -IV) значно ( в 2 - 3 рази) знижує витрату газу при тій же довжині ущільнення і при тому ж мінімальному зазорі s . В лабіринтах на рис. 2 , II - IV невигідно використовуються осьові габарити. Бажано застосовувати замість виступів тонкі і високі гребінці , що дозволяють розмістити на одиницю довжини ущільнення більше число камер потрібного обсягу. Крім того , тонкі перегородки з гострими кромками , викликаючи збільшення втрат при завихренні газу , сприяють підвищенню ефективності ущільнення . На рис. 2 , зображені гребінці , виконані в корпусі , на рис. 2 , VI - на валу . Кромки гребінців загострюють фаскою , спрямованої назустріч потоку газу; на рис. 2 , VII-показані гребінці з подвійною фаскою , які використовуються для двостороннього ущільнення. Подальшого підвищення ефективності досягають нахилом гребінців назустріч потоку газу (рис. 2 , VIII , IX) . Конструкція з похилими гребінцями в корпусі ( рис. 2 , IX ) володіє цінною властивістю : при випадковому доторканні об вал гребінці , нагріваючись , розкриваються , відходячи від поверхні валу і тим самим попереджаючи подальше порушення нормальної роботи . На рис. 2 , X показана конструкція , в якій поєднуються гребінці і виступи. Ця конструкція застосовна при осьової і радіальної збірках . Радіальна збірка значно розширює конструктивні можливості лабіринтових ущільнень. На рис. 2 , XI показаний лабіринт , у якого гребінці вала заходять в гребінці корпусу ; тут потік газу багаторазово змінює напрямок , від чого ефективність ущільнення збільшується. На рис. 2 , XII - XV показані складні лабіринти з радіальним збиранням.

Дискові лабіринтні ущільнення

При жорстких вимогах до осьових габаритах лабіринти розвивають в радіальному напрямку , виконуючи їх з двох дисків , один з яких обертається , другий нерухомий ; диски постачають торцовими гребінцями , які перекривають один одного (рис. 3). У конструкціях на рис. 3 , I, II,III, IV. гребінці мають властивість саморозкриватися при нагріванні. Ущільнення на рис. 3 , V розвинене в радіальному і осьовому напрямках. Косі лабіринти на рис. 3 , VI- IX складаються з двох конічних дисків з гребінцями або сходинками. У конструкціях на рис. 3 , VII- IX гребінці - саморозкриваючі

Література

• В.И.Ануртев "Справочник конструктора машыно-строителя" том 3, Москва "МАШИНОСТРОЕНИЕ" 1978год.
• Майер Э."Торцовые уплотнения" Москва "МАШИНОСТРОЕНИЕ" 1978год

Посилання

http://ru.wikipedia.org/wiki/

http://nauka.zinet.info/6/kopey.php

http://moto.kiev.ua/issue/advice/24045110904

http://www.smalley.ru/articles/what-is-a-labyrinth-seal.html