¿Qué es un sello de laberinto de válvula?

¿Qué es un sello de laberinto de válvula?

Un sello laberíntico consta de una serie de dientes de sellado anulares dispuestos secuencialmente alrededor de un eje giratorio. Los espacios y cámaras de expansión formados entre estos dientes crean un efecto estrangulador sobre el medio sellado a medida que pasa a través del laberinto intrincado, logrando así evitar fugas.
Debido al espacio entre el rotor y la carcasa en un sello laberíntico, no hay contacto sólido, no hay necesidad de lubricación y permite la expansión térmica. Esto lo hace adecuado para aplicaciones de alta temperatura, alta presión y alta velocidad. En consecuencia, este método de sellado se usa ampliamente para sellos de extremo de eje y sellos entre etapas en turbinas, turbinas de gas, compresores, sopladores y otros sellos dinámicos.
Mecanismo de sellado de sellos laberínticos

La resistencia creada por el fluido que pasa a través del laberinto, lo que reduce su caudal, se conoce como "efecto laberinto". Para los líquidos, existen efectos fluidodinámicos, incluida la resistencia hidráulica y los efectos de contracción del flujo. Para los gases, existen efectos termodinámicos, como la conversión de calor debido a la compresión o expansión dentro del laberinto. Además, existe el "efecto de permeación". El efecto laberinto es el resultado combinado de estos factores, lo que hace que el mecanismo de sellado de las juntas laberínticas sea bastante complejo.
1. Efecto de fricción: cuando el líquido que se escapa fluye a través del laberinto, la fricción debido a la viscosidad del líquido ralentiza el flujo y reduce la cantidad de fuga. En pocas palabras, el efecto de fricción consiste tanto en la fricción longitudinal a lo largo de la trayectoria del flujo como en la resistencia local causada por las curvas y las formas geométricas del laberinto. Generalmente, recorridos de flujo más largos, giros más cerrados y dientes puntiagudos dan como resultado una mayor resistencia y una pérdida de presión significativa, lo que reduce las fugas.
2. Efecto de contracción del flujo: a medida que el fluido pasa a través del espacio del laberinto, se contrae debido a la inercia, lo que reduce la sección transversal del flujo. Si el área del orificio es A, el área mínima del flujo contraído es Cc A, donde Cc es el coeficiente de contracción. Además, la velocidad del gas cambia después de pasar por el orificio. Suponiendo que la velocidad del flujo ideal es u1, la velocidad real es menor, dada por Cd como coeficiente de velocidad. Por lo tanto, la velocidad de flujo real u1 = Cdu1, y el caudal a través del orificio es q = CcCdAu1, donde Cc·Cd = a (coeficiente de flujo). El coeficiente de flujo de una ranura laberíntica depende de la forma de la ranura, del perfil del diente y de la rugosidad de la pared. Para fluidos incompresibles, también depende del número de Reynolds, mientras que para fluidos compresibles, depende de la relación de presiones y del número de Mach. El estado de flujo antes de la brecha también lo afecta. Por lo tanto, en laberintos complejos, no se puede asumir que el coeficiente de flujo de un único espacio se aplica a todos los espacios. Los experimentos muestran que el coeficiente de flujo de la primera etapa es menor y las etapas posteriores tienen coeficientes mayores. Generalmente, el coeficiente de flujo se toma como 1, pero es alrededor de 0,7 para dientes afilados y cercano a 1 para dientes redondos. Normalmente se utiliza a=1, lo que lleva a una sobreestimación de la fuga.
3. Efecto termodinámico: un modelo de trayectoria de flujo de laberinto ideal consta de una serie de huecos y cavidades anulares. El gas que fluye a través de cada espacio y cavidad se puede describir de la siguiente manera: en la entrada del espacio, el estado del gas es p0, T0 y velocidad cero. A medida que el gas se acerca a la entrada, se contrae y acelera, alcanzando la velocidad máxima poco después de la parte más estrecha. Al entrar en la cavidad, la sección transversal del flujo se expande repentinamente, formando fuertes vórtices. Desde una perspectiva energética, la energía de presión se convierte en energía cinética antes y después del espacio. A medida que la temperatura desciende (la entalpía h disminuye), el gas ingresa a la cámara anular entre los dientes a gran velocidad, expandiéndose repentinamente y formando intensos vórtices. La fricción del vórtice convierte la mayor parte de la energía cinética en calor, absorbida por el gas en la cámara, elevando la temperatura y restaurando la entalpía cerca de su valor antes de la brecha. Sólo queda una pequeña porción de energía cinética para el siguiente hueco, repitiéndose el proceso paso a paso.
4. Efecto de permeación: en un laberinto ideal, la energía cinética del gas que pasa a través de un espacio se convierte completamente en calor en la cámara de expansión. Se supone que la velocidad en la siguiente ranura se aproxima a cero, lo que sólo ocurre en cámaras de expansión especialmente anchas y largas. En un típico laberinto rectilíneo, los flujos de gas sólo pueden difundirse hacia un lado después de atravesar el espacio, sin suficiente conversión de energía. Las paredes lisas permiten que parte del gas pase directamente al lado de baja presión, un fenómeno conocido como "efecto de permeación".
Tipos de estructura de sellos laberínticos
Las obturaciones laberínticas se clasifican en tiras obturadoras y anillos obturadores según la estructura de los dientes obturadores. Las tiras de sellado son compactas y se doblan hacia los lados para reducir la fricción al tocar la carcasa y son fáciles de reemplazar. Los anillos de sellado constan de bloques de 6 a 8 sectores insertados en la carcasa y el eje, comprimidos por resortes para evitar la fricción durante el contacto del rotor y el anillo. Estas estructuras son más grandes y complejas, lo que hace que las tiras selladoras se utilicen más ampliamente.
Cálculo de fugas en laberintos ideales
Dadas las siguientes condiciones: (1) El gas que se escapa es ideal, ignorando el efecto Joule-Thomson, y la entalpía depende sólo de la temperatura; (2) El laberinto consta de múltiples espacios continuos con cámaras de expansión suficientemente grandes entre los espacios; (3) El flujo a través de los espacios sufre una expansión adiabática, con un coeficiente de flujo a; (4) Después de pasar a través de los espacios, la energía de la velocidad del flujo se convierte en calor en la cámara de expansión en condiciones isotérmicas, reduciendo la velocidad a cero antes del siguiente espacio, eliminando el fenómeno de permeación.
Características de los laberintos rectos
Debido a que el mecanizado de ranuras o dientes en los ejes es más fácil que en las superficies internas, los orificios suelen ser lisos y forman un laberinto recto con ejes ranurados o dentados. Este tipo es muy utilizado debido a su facilidad de fabricación. Sin embargo, sufre de permeación, lo que resulta en mayores fugas que los laberintos ideales.
Factores que influyen en las características del laberinto
1. Influencia de los dientes: Las pruebas muestran que con un paso de dientes constante, más dientes producen menos fugas. Un paso de dientes más grande reduce significativamente las fugas y mitiga la permeación.
2. Influencia de la cámara de expansión: Las pruebas indican que las cámaras de expansión poco profundas son mejores para reducir las fugas. Los vórtices inestables en cámaras poco profundas disipan rápidamente la energía, lo que reduce las fugas.
3. Influencia de la cámara auxiliar: Las cámaras auxiliares en paredes laberínticas lisas cambian el estado del flujo, reduciendo las fugas si se colocan correctamente.
Espacios en el sello de gas del laberinto
Los sellos de gas laberínticos se utilizan en turbinas y otras maquinarias giratorias, con espacios radiales determinados por espacios entre cojinetes, tolerancias de fabricación, errores de ensamblaje, deformación de componentes, deflexión del rotor, amplitudes de velocidad críticas y expansión térmica. La expansión térmica es particularmente significativa y debe estimarse previamente mediante análisis de elementos finitos estáticos y dinámicos para determinar el tamaño real del espacio requerido.
Consideraciones de diseño para sellos laberínticos
Puntos clave de la experiencia de diseño acumulada:
1. Convierta la energía cinética en calor sin que la velocidad residual entre en el siguiente espacio. Mantenga distancias adecuadas entre los dientes o utilice dientes altos-bajos para cambiar la dirección del flujo. El espacio entre dientes es generalmente de 5 a 9 mm.
2. Mantenga los dientes de sellado finos y afilados, con un grosor de punta inferior a 0,5 mm. Las puntas afiladas se desgastan y se desprenden con el contacto ocasional con el eje, lo que evita el sobrecalentamiento local y los accidentes.
3. Debido a fugas importantes, tome precauciones al sellar gases inflamables, explosivos o tóxicos para evitar la contaminación ambiental. Utilice gas inerte en los espacios para una presión ligeramente superior a la del gas sellado; Si la mezcla es inaceptable, utilice sellos laberínticos de vacío.

El sello laberíntico normalmente estaba diseñado para válvula de control de alta presiónLa válvula de control es una parte muy importante en la tubería de la central eléctrica, hay muchos proveedores de válvulas de control de alta presión de China que se centran en el diseño de válvulas de control, y algunos fabricantes de válvulas de control de 2500LB de China tienen buena experiencia en válvulas de control de alta presión.