Cos'è una tenuta a labirinto della valvola

Cos'è una tenuta a labirinto della valvola?

Una tenuta a labirinto è costituita da una serie di denti di tenuta anulari disposti in sequenza attorno ad un albero rotante. Gli spazi e le camere di espansione formati tra questi denti creano un effetto di strozzamento sul mezzo sigillato mentre passa attraverso il labirinto contorto, ottenendo così la prevenzione delle perdite.
A causa dello spazio tra il rotore e l'involucro in una tenuta a labirinto, non c'è contatto solido, non è necessaria lubrificazione e consente l'espansione termica. Ciò lo rende adatto per applicazioni ad alta temperatura, alta pressione e alta velocità. Di conseguenza, questo metodo di tenuta è ampiamente utilizzato per le tenute delle estremità dell'albero e delle tenute interstadio in turbine, turbine a gas, compressori, soffianti e altre tenute dinamiche.
Meccanismo di tenuta delle guarnizioni a labirinto

La resistenza creata dal passaggio del fluido nel labirinto, che ne riduce la portata, è nota come "effetto labirinto". Per i liquidi esistono effetti fluidodinamici, tra cui la resistenza idraulica e gli effetti di contrazione del flusso. Per i gas esistono effetti termodinamici, come la conversione del calore dovuta alla compressione o all'espansione all'interno del labirinto. Inoltre, c'è l '"effetto di permeazione". L'effetto labirinto è il risultato combinato di questi fattori, rendendo il meccanismo di tenuta delle tenute a labirinto piuttosto complesso.
1. Effetto attrito: quando una perdita di liquido scorre attraverso il labirinto, l'attrito dovuto alla viscosità del liquido rallenta il flusso e riduce la quantità di perdita. In parole povere, l'effetto di attrito consiste sia nell'attrito longitudinale lungo il percorso del flusso, sia nella resistenza locale causata dalle curve e dalle forme geometriche del labirinto. Generalmente, percorsi di flusso più lunghi, curve più strette e denti appuntiti comportano una maggiore resistenza e una significativa perdita di pressione, riducendo le perdite.
2. Effetto di contrazione del flusso: quando il fluido passa attraverso lo spazio labirinto, si contrae per inerzia, riducendo la sezione trasversale del flusso. Se l'area dell'orifizio è A, l'area minima del flusso contratto è Cc A, dove Cc è il coefficiente di contrazione. Inoltre, la velocità del gas cambia dopo aver attraversato l'orifizio. Supponendo che la velocità del flusso ideale sia u1, la velocità effettiva è inferiore, data da Cd come coefficiente di velocità. Pertanto, la velocità effettiva del flusso u1 = Cdu1 e la portata attraverso l'orifizio è q = CcCdAu1, dove Cc·Cd = a (coefficiente di flusso). Il coefficiente di flusso di una fessura a labirinto dipende dalla forma della fessura, dal profilo del dente e dalla rugosità della parete. Per i fluidi incomprimibili dipende anche dal numero di Reynolds, mentre per i fluidi comprimibili dipende dal rapporto di pressione e dal numero di Mach. Anche lo stato del flusso prima del gap influisce su di esso. Pertanto, nei labirinti complessi, non si può presumere che il coefficiente di flusso di un singolo gap si applichi a tutti i gap. Gli esperimenti mostrano che il coefficiente di flusso del primo stadio è più piccolo e gli stadi successivi hanno coefficienti più grandi. Generalmente, il coefficiente di flusso è considerato pari a 1, ma è intorno a 0,7 per i denti affilati e vicino a 1 per i denti rotondi. Solitamente si utilizza a=1, il che porta ad una sovrastima delle perdite.
3. Effetto termodinamico: un modello ideale di percorso di flusso a labirinto è costituito da una serie di spazi e cavità anulari. Il gas che scorre attraverso ciascun gap e cavità può essere descritto come segue: All'ingresso del gap, lo stato del gas è p0, T0 e velocità zero. Man mano che il gas si avvicina all'ingresso, si contrae e accelera, raggiungendo la velocità massima poco dopo il punto più stretto. Entrando nella cavità, la sezione trasversale del flusso si espande improvvisamente, formando forti vortici. Dal punto di vista energetico, l'energia di pressione viene convertita in energia cinetica prima e dopo il gap. Quando la temperatura diminuisce (l'entalpia h diminuisce), il gas entra ad alta velocità nella camera anulare tra i denti, espandendosi improvvisamente e formando intensi vortici. L'attrito del vortice converte la maggior parte dell'energia cinetica in calore, assorbito dal gas nella camera, aumentando la temperatura e ripristinando l'entalpia vicino al suo valore prima del gap. Solo una piccola parte dell'energia cinetica rimane per l'intervallo successivo, ripetendo il processo passo dopo passo.
4. Effetto di permeazione: in un labirinto ideale, l'energia cinetica del gas che passa attraverso un'intercapedine si converte interamente in calore nella camera di espansione. Ciò presuppone che la velocità nella fessura successiva si avvicini allo zero, cosa che avviene solo in camere di espansione particolarmente larghe e lunghe. In un tipico labirinto rettilineo, i flussi di gas possono diffondersi solo da un lato dopo aver attraversato l'intercapedine, senza una sufficiente conversione di energia. Le pareti lisce consentono a una parte del gas di passare direttamente sul lato a bassa pressione, un fenomeno noto come "effetto di permeazione".
Tipi di struttura delle tenute a labirinto
Le tenute a labirinto si suddividono in strisce di tenuta e anelli di tenuta in base alla struttura dei denti di tenuta. Le strisce di tenuta sono compatte e si piegano lateralmente per ridurre l'attrito quando toccano l'involucro e sono facili da sostituire. Gli anelli di tenuta sono costituiti da 6-8 settori inseriti nella carcassa e nell'albero, compressi da molle per evitare attriti durante il contatto tra rotore e anello. Queste strutture sono più grandi e più complesse, rendendo le strisce di tenuta più ampiamente utilizzate.
Calcolo delle perdite in labirinti ideali
Date le seguenti condizioni: (1) La perdita di gas è ideale, ignorando l'effetto Joule-Thomson, con l'entalpia dipendente solo dalla temperatura; (2) Il labirinto è costituito da spazi multipli continui con camere di espansione sufficientemente grandi tra gli spazi; (3) Il flusso attraverso gli interstizi subisce un'espansione adiabatica, con un coefficiente di flusso a; (4) Dopo aver attraversato gli spazi, l'energia della velocità del flusso si converte in calore nella camera di espansione in condizioni isotermiche, riducendo la velocità a zero prima dell'intervallo successivo, eliminando il fenomeno della permeazione.
Caratteristiche dei labirinti diretti
A causa della lavorazione più semplice delle scanalature o dei denti sugli alberi piuttosto che sulle superfici interne, i fori sono spesso lisci, formando un labirinto rettilineo con alberi scanalati o dentati. Questo tipo è ampiamente utilizzato grazie alla sua facilità di produzione. Tuttavia, soffre di permeazione, con conseguenti perdite maggiori rispetto ai labirinti ideali.
Fattori che influenzano le caratteristiche del labirinto
1. Influenza dei denti: i test dimostrano che con un passo dei denti costante, più denti comportano meno perdite. Il passo dei denti più ampio riduce significativamente le perdite e mitiga la permeazione.
2. Influenza della camera di espansione: i test indicano che le camere di espansione poco profonde sono migliori per ridurre le perdite. I vortici instabili nelle camere poco profonde dissipano rapidamente l'energia, riducendo le perdite.
3. Influenza della camera ausiliaria: le camere ausiliarie sulle pareti lisce del labirinto modificano lo stato del flusso, riducendo le perdite se posizionate correttamente.
Spazi di tenuta del gas a labirinto
Le tenute a labirinto per gas vengono utilizzate nelle turbine e in altri macchinari rotanti, con giochi radiali determinati da giochi dei cuscinetti, tolleranze di produzione, errori di assemblaggio, deformazione dei componenti, deflessione del rotore, ampiezze di velocità critiche ed espansione termica. La dilatazione termica è particolarmente significativa e deve essere pre-stimata utilizzando l'analisi statica e dinamica degli elementi finiti per determinare la dimensione effettiva dello spazio richiesto.
Considerazioni sulla progettazione delle tenute a labirinto
Punti chiave dell'esperienza di progettazione accumulata:
1. Convertire l'energia cinetica in calore senza che la velocità residua entri nell'intervallo successivo. Mantenere le distanze tra i denti appropriate o utilizzare denti alto-basso per cambiare la direzione del flusso. La spaziatura dei denti è generalmente di 5-9 mm.
2. Mantenere i denti di tenuta sottili e affilati, con uno spessore della punta inferiore a 0,5 mm. Le punte affilate si usurano e si staccano in caso di contatto occasionale con l'albero, prevenendo surriscaldamenti locali e incidenti.
3. A causa di perdite significative, prendere precauzioni quando si sigillano gas infiammabili, esplosivi o tossici per evitare la contaminazione ambientale. Utilizzare gas inerte negli spazi per pressioni leggermente superiori al gas sigillato; se la miscelazione non è accettabile, utilizzare tenute a labirinto sottovuoto.

La tenuta a labirinto era normalmente progettata per valvola di controllo dell'alta pressioneLa valvola di controllo è una parte molto importante nella pipeline delle centrali elettriche, ci sono molti fornitori cinesi di valvole di controllo ad alta pressione che si concentrano sulla progettazione delle valvole di controllo e alcuni produttori di valvole di controllo cinesi da 2500LB hanno una buona esperienza sulla valvola di controllo ad alta pressione