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joint labyrinthe

Cowinns Cowinns 2020-07-20 15:54:31
joint labyrinthe

Le joint à labyrinthe doit définir un certain nombre de Dents d'étanchéité circulaires disposées en séquence autour de l'arbre rotatif. Une série des espaces d'interception et des cavités d'expansion se forment entre les dents et les dents. Le milieu scellé produit un effet d'étranglement lors du passage l'espace du labyrinthe tortueux pour atteindre la prévention des fuites. objectif.

Puisqu'il y a un espace entre le rotor et le boîtier du joint labyrinthe, il n'y a pas de contact solide, pas de lubrification, et la dilatation thermique est autorisée. Il convient à haute température, haute pression et occasions de fréquence à grande vitesse. Ce type de joint est largement utilisé dans les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les compresseurs. , L'extrémité de l'arbre et le joint entre les étages du ventilateur et le joint avant des autres joints dynamiques.

Labyrinth seal 01.jpg

Le mécanisme d'étanchéité du joint à labyrinthe

    La fonction du fluide passant à travers le labyrinthe pour générer une résistance et réduire son débit est appelé «effet labyrinthe». Pour les liquides, il y a hydrodynamique les effets, y compris les effets de friction hydraulique et les effets de contraction des cours d'eau; pour les gaz, il y a aussi des effets thermodynamiques, c'est-à-dire le transfert de chaleur causée par la compression ou l'expansion du gaz dans le labyrinthe; en outre, il existe "l'effet de respiration" "Attendez. L'effet labyrinthe est un réaction globale de ces effets, de sorte que le mécanisme d'étanchéité du labyrinthe est très compliqué. Certains Robinet-vanne à joint d'étanchéité la soupape à vapeur peut être conçue avec un joint à labyrinthe pour la partie du joint.

    1. Effet de friction: Lorsque le liquide qui fuit s'écoule dans le labyrinthe, la friction causée par la viscosité du liquide ralentit le débit et réduit le débit (fuite). À en termes simples, le frottement et le frottement local du fluide le long de l'écoulement canal constituent l'effet de friction. Le premier est lié à la longueur et la forme en coupe transversale du canal, et ce dernier est lié au nombre et géométrie du labyrinthe. Généralement, lorsque le canal d'écoulement est long, le coin est tranchant, et la dent est au sommet, la résistance est grande, la pression la perte est importante et la fuite est réduite.

    2. Contraction du flux effet: lorsque le fluide passe à travers la fente du labyrinthe, il rétrécit en raison à l'influence de l'inertie, et la section transversale du flux diminuera. Supposons que la zone de l'orifice est A, puis la zone minimale du flux après la contraction est Cc A, où Cc est le coefficient de contraction. En même temps, la vitesse du gaz après avoir traversé le trou change également. Met le vitesse d'écoulement dans l'état idéal à u1, et la vitesse d'écoulement réelle est plus petite que u1. Soit Cd le coefficient de vitesse, puis la vitesse d'écoulement réelle u1 est u1 = Cdu1. Ensuite, le débit à travers l'orifice sera égal à q = CcCdAu1 où Cc · Cd = a (coefficient de débit). Le coefficient d'écoulement de la fente du labyrinthe L'écoulement le coefficient de la fente du labyrinthe est lié à la forme de l'espace, la forme du sommet de la dent et la rugosité de la surface de la paroi. Pour les fluides incompressibles, il est également lié au nombre de demandes; pour les fluides compressifs, c'est aussi liés au rapport de pression et au nombre de Mach. En même temps, il affecte l'état d'écoulement avant la fente. Par conséquent, dans un type complexe de labyrinthe, le coefficient de débit d'une fente ne peut pas être considéré comme le débit coefficient de toutes les fentes. Selon le test, le coefficient de décharge de le premier étage est plus petit, et le coefficient de décharge de la fente après la la deuxième étape est plus grande. Généralement, le coefficient de décharge est généralement de 1. Mais le coefficient de décharge des dents est inférieur à 1, environ 0,7, et le le coefficient de décharge des éperons est proche de 1, généralement a = l, et le la fuite calculée est importante.

    3. Thermodynamique effet: un modèle idéal de coureur de labyrinthe, qui est formé par une série de espaces dentaires annulaires et cavités entre les dents. Le flux de gaz à travers une dent espace et une cavité entre les dents peuvent être décrits comme suit: entrée, l'état du gaz est p0, T0 et zéro début. Plus le gaz est proche du entrée, plus le débit de gaz se rétrécit et s'accélère, derrière le plus petit écart. Non loin de là, le flux d'air atteint la vitesse maximale: lorsqu'il entre dans le cavité, la section efficace de vitesse d'écoulement se dilate soudainement et un fort vortex est formé dans la cavité. D'un point de vue énergétique, avant et après la écart, l'énergie de pression du flux d'air est transformée en énergie cinétique. À en même temps, lorsque la température baisse (la valeur d'enthalpie h diminue) et le gaz pénètre à grande vitesse dans la chambre annulaire entre les deux dents, le le volume augmente soudainement pour produire un vortex violent. À la suite d'un vortex friction, la majeure partie de l'énergie cinétique du flux d'air est convertie en chaleur l'énergie, qui est absorbée par le flux d'air dans la chambre pour augmenter la la température, et l'enthalpie revient à la valeur avant d'entrer dans l'espace, seule une petite partie de l'énergie cinétique pénètre encore à une vitesse excessive. espace suivant, répétez le processus ci-dessus étape par étape.

     4. Ventilation effet: Dans un labyrinthe idéal, on considère que l'énergie cinétique du le flux d'air passant à travers la fente dans la chambre d'expansion devient toute la chaleur énergie. En d'autres termes, on suppose que la vitesse asymptotique à la prochaine fente est égale à zéro, mais cela n'est vrai que lorsque la chambre d'expansion est particulièrement large et long. Dans le labyrinthe général direct, depuis le flux d'air après avoir traversé la fente ne peut diffuser que d'un côté, le la conversion d'énergie de l'énergie de vitesse (énergie cinétique) en énergie thermique ne peut pas être entièrement réalisée dans la chambre d'expansion, et il y a une partie du gaz vitesse du côté du mur lisse. Il ne diminue pas ou seulement légèrement diminue et s'écoule directement sur les dix pointes des dents vers le côté basse pression. Ce phénomène de passage est appelé «effet de ventilation».

Labyrinth seal 03.jpg  Labyrinth seal 04.jpg

Type de structure du joint labyrinthe

    Les joints en labyrinthe sont divisé en deux types: feuille d'étanchéité et bague d'étanchéité selon la structure des dents d'étanchéité.

    La feuille d'étanchéité a un structure compacte et entre en collision avec le boîtier pendant le fonctionnement. L'étanchéité la feuille peut être pliée des deux côtés, réduisant la friction et facile à démonter et remplacer.

    La bague d'étanchéité est composé de 6 à 8 blocs de secteur, qui sont installés dans le boîtier et le arbre rotatif, et chaque anneau est pressé contre le boîtier avec un ressort feuille. La force de pression de la feuille de ressort est d'environ 60 à 100 N. Lorsque l'arbre et le collision de la couronne dentée Lorsque la couronne dentée rebondit d'elle-même pour éviter les frottements. Ce le type de structure est de grande taille et compliqué dans le traitement. Après le les dents sont usées, la bague d'étanchéité entière est remplacée, donc ce n'est pas aussi largement utilisé comme structure de bague d'étanchéité.

Calcul des fuites du labyrinthe idéal

Étant donné les conditions suivantes:

1) Le gaz qui fuit est un gaz idéal, sans compte tenu de l'effet Joule-Thomson, c'est-à-dire que l'enthalpie du gaz n'est lié à la température;

2) En supposant que le labyrinthe est une série de fentes multiples continues, la chambre d'expansion entre les deux fentes est grande assez;

3) Expansion cyclique adiabatique de l'écoulement l'action à travers la fente, un coefficient d'écoulement a est cité ici;

4) L'énergie de vitesse d'écoulement après le passage à travers les fentes est entièrement restauré à une température constante dans la chambre d'expansion en raison du contrôle isobare, donc la vitesse avant chaque fente est asymptotiquement 0, c'est-à-dire qu'aucune perméabilité à l'air ne se produit.

Caractéristiques du labyrinthe droit

    Puisqu'il est plus facile de traiter des rainures ou des dents de différentes formes sur la surface de l'arbre que dans le 7L, les trous sont souvent transformés en un labyrinthe lisse et formé avec le arbre rainuré ou denté. Ceci est un labyrinthe direct, qui est pratique à fabriquer. Le labyrinthe direct est donc le plus largement utilisé. Cependant, le labyrinthe rectiligne a le phénomène de ventilation, et sa fuite est supérieure à celle du labyrinthe idéal.

Influencer les facteurs du labyrinthe caractéristiques:

1) L'influence des dents. Selon le test effectué à l'étranger, lorsque le pas des dents est constant, plus le nombre de dents, moins de fuites. Pendant le coup d'État, plus le terrain est grand, plus les fuites chuteront fortement et l'effet de la ventilation peut être réduit.

2) L'influence de la chambre d'expansion. Des pays étrangers ont mené des études expérimentales sur l'effet de profondeur de la chambre d'expansion, et la conclusion est que les chambres d'expansion peu profondes sont bénéfiques pour réduire les fuites.

Selon l'observation de l'écoulement l'état de la chambre d'expansion, le vortex dans la chambre d'expansion peu profonde est considéré comme instable. Parce que le vortex peut rapidement épuiser l'énergie, le la vitesse asymptotique de la chambre d'expansion est réduite, ce qui a pour effet de réduire les fuites.

3) L'influence de la salle auxiliaire. le ce que l'on appelle la "chambre secondaire" fait référence au labyrinthe avec une rainure subsidiaire lisse et ouverte vers le haut. Après le groove est ouvert, l'état d'écoulement dans le labyrinthe change immédiatement de manière significative. Des tests ont prouvé que tant que l'emplacement de la chambre auxiliaire est approprié, le taux de réduction des fuites est assez important.

Écart de joint de gaz de labyrinthe

    Sauf pour spécial circonstances, turbines à gaz générales, turbines à gaz et autres machines à turbine utiliser des joints à gaz à labyrinthe. Le jeu radial doit être sélectionné en fonction de la facteurs suivants: jeu des roulements, tolérance de fabrication. Erreurs de montage, déformation des composants (tels que le retrait et l’arrondi), la flèche du rotor et l’amplitude lors du passage du fréquence de rotation critique, dilatation thermique et déformation qui en résulte, etc. Dans de nombreux cas, l'influence de la dilatation thermique est importante. Par conséquent, la modification de la taille d'un seul composant lors du démarrage et de l'arrêt, et le déplacement relatif du composant doit être estimé à l'avance. Statique et des algorithmes d'éléments finis dynamiques peuvent être utilisés pour calculer la thermique loi d'expansion au fil du temps, qui peut être utilisée pour comprendre quels sont les les conditions et la taille réelle de l’écart.

Points d'attention dans la conception du sceau du labyrinthe

Résumant l'expérience accumulée dans la conception du joint labyrinthe, les points suivants sont résumés:

1) Essayez de convertir l'énergie cinétique du flux d'air en énergie thermique, et ne pas faire entrer la vitesse résiduelle dans l'espace suivant. Gardez une distance appropriée entre les dents et les dents, ou utilisez des dents haut-bas pour changer avec force la direction du flux d'air. L'espacement des dents est généralement 5-9 mm.

2) Les dents d'étanchéité doivent être aussi fines que possible et ont un angle aigu. L'épaisseur de la pointe de la dent doit être moins de 0,5 mm. Lorsque la pointe de la dent entre en collision de temps en temps avec la tige pendant l'opération, la pointe de la dent s'use en premier, afin de ne pas provoquer d'accidents dus à une surchauffe locale de l'arbre due au frottement.

3) En raison de la grande fuite du joint labyrinthe, il faut veiller à prévenir la pollution de l'environnement lors de l'étanchéité de gaz inflammables, explosifs ou toxiques.

Le joint labyrinthe gonflable est adopté, et le gaz inerte est introduit dans l'espace, et la pression est légèrement supérieure à la pression du gaz scellé; si le support n'est pas autorisé à être mélangé au gaz, le joint labyrinthe d'aspiration peut être utilisé.