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:

• 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.

Використання

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 че 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.