O que é uma vedação de labirinto de válvula

O que é uma vedação de labirinto de válvula?

Uma vedação de labirinto consiste em uma série de dentes de vedação anulares dispostos sequencialmente em torno de um eixo giratório. As lacunas e as câmaras de expansão formadas entre esses dentes criam um efeito de estrangulamento no meio selado à medida que ele passa pelo labirinto complicado, conseguindo assim a prevenção de vazamentos.
Devido à folga entre o rotor e a carcaça em uma vedação labirinto, não há contato sólido, não há necessidade de lubrificação e permite expansão térmica. Isso o torna adequado para aplicações de alta temperatura, alta pressão e alta velocidade. Conseqüentemente, este método de vedação é amplamente utilizado para vedações de extremidade de eixo e vedações entre estágios em turbinas, turbinas a gás, compressores, sopradores e outras vedações dinâmicas.
Mecanismo de vedação de selos de labirinto

A resistência criada pela passagem do fluido pelo labirinto, que reduz sua vazão, é conhecida como “efeito labirinto”. Para líquidos, existem efeitos dinâmicos de fluidos, incluindo resistência hidráulica e efeitos de contração de fluxo. Para gases, existem efeitos termodinâmicos, como conversão de calor devido à compressão ou expansão dentro do labirinto. Além disso, existe o “efeito de permeação”. O efeito labirinto é um resultado combinado desses fatores, tornando o mecanismo de vedação das vedações labirinto bastante complexo.
1. Efeito de fricção: Quando o vazamento de líquido flui através do labirinto, o atrito devido à viscosidade do líquido retarda o fluxo e reduz a quantidade de vazamento. Simplificando, o efeito de atrito consiste tanto no atrito longitudinal ao longo do caminho do fluxo quanto na resistência local causada pelas curvas e formas geométricas do labirinto. Geralmente, caminhos de fluxo mais longos, curvas mais acentuadas e dentes pontiagudos resultam em maior resistência e perda significativa de pressão, reduzindo vazamentos.
2. Efeito de contração do fluxo: À medida que o fluido passa pela abertura do labirinto, ele se contrai devido à inércia, reduzindo a seção transversal do fluxo. Se a área do orifício for A, a área mínima do fluxo contraído é Cc A, onde Cc é o coeficiente de contração. Além disso, a velocidade do gás muda após passar pelo orifício. Supondo que a velocidade ideal do fluxo seja u1, a velocidade real é menor, dada por Cd como coeficiente de velocidade. Assim, a velocidade real do fluxo u1 = Cdu1, e a vazão através do orifício é q = CcCdAu1, onde Cc·Cd = a (coeficiente de fluxo). O coeficiente de fluxo de uma lacuna em labirinto depende do formato da lacuna, do perfil do dente e da rugosidade da parede. Para fluidos incompressíveis, também depende do número de Reynolds, enquanto para fluidos compressíveis, depende da razão de pressão e do número Mach. O estado do fluxo antes da lacuna também o afeta. Portanto, em labirintos complexos, não se pode assumir que o coeficiente de fluxo de uma única lacuna se aplica a todas as lacunas. Experimentos mostram que o coeficiente de fluxo do primeiro estágio é menor e os estágios subsequentes têm coeficientes maiores. Geralmente, o coeficiente de fluxo é considerado 1, mas é em torno de 0,7 para dentes afiados e próximo de 1 para dentes redondos. Normalmente, a=1 é usado, levando a uma superestimação do vazamento.
3. Efeito termodinâmico: Um modelo de trajetória de fluxo em labirinto ideal consiste em uma série de lacunas e cavidades anulares. O gás que flui através de cada lacuna e cavidade pode ser descrito da seguinte forma: Na entrada da lacuna, o estado do gás é p0, T0 e velocidade zero. À medida que o gás se aproxima da entrada, ele se contrai e acelera, atingindo velocidade máxima logo após a parte mais estreita. Ao entrar na cavidade, a seção transversal do fluxo se expande repentinamente, formando fortes vórtices. Do ponto de vista energético, a energia da pressão é convertida em energia cinética antes e depois da lacuna. À medida que a temperatura cai (a entalpia h diminui), o gás entra na câmara anular entre os dentes em alta velocidade, expandindo-se repentinamente e formando vórtices intensos. A fricção do vórtice converte a maior parte da energia cinética em calor, absorvido pelo gás na câmara, aumentando a temperatura e restaurando a entalpia próxima ao seu valor antes do intervalo. Resta apenas uma pequena porção de energia cinética para o próximo intervalo, repetindo o processo passo a passo.
4. Efeito de Permeação: Em um labirinto ideal, a energia cinética do gás que passa por uma lacuna é convertida inteiramente em calor na câmara de expansão. Isto pressupõe que a velocidade no intervalo seguinte se aproxima de zero, o que só ocorre em câmaras de expansão particularmente largas e longas. Em um labirinto direto típico, os fluxos de gás só podem se difundir para um lado após passar pela lacuna, sem conversão de energia suficiente. Paredes lisas permitem que algum gás passe diretamente para o lado de baixa pressão, um fenômeno conhecido como “efeito de permeação”.
Tipos de estrutura de vedações de labirinto
As vedações de labirinto são categorizadas em tiras de vedação e anéis de vedação com base na estrutura dos dentes de vedação. As tiras de vedação são compactas e dobradas lateralmente para reduzir o atrito ao tocar na carcaça e são fáceis de substituir. Os anéis de vedação consistem em blocos de 6 a 8 setores inseridos na carcaça e no eixo, comprimidos por molas para evitar atrito durante o contato do rotor e do anel. Essas estruturas são maiores e mais complexas, tornando as tiras de vedação mais utilizadas.
Cálculo de Vazamento em Labirintos Ideais
Dadas as seguintes condições: (1) O gás vazante é ideal, ignorando o efeito Joule-Thomson, com entalpia dependente apenas da temperatura; (2) O labirinto consiste em múltiplas lacunas contínuas com câmaras de expansão suficientemente grandes entre as lacunas; (3) O escoamento através dos vãos sofre expansão adiabática, com coeficiente de escoamento a; (4) Após passar pelas lacunas, a energia da velocidade do fluxo é convertida em calor na câmara de expansão sob condições isotérmicas, reduzindo a velocidade a zero antes da próxima lacuna, eliminando o fenômeno de permeação.
Características dos labirintos diretos
Devido à usinagem mais fácil de ranhuras ou dentes em eixos, em vez de superfícies internas, os furos geralmente são lisos, formando um labirinto reto com eixos ranhurados ou dentados. Este tipo é amplamente utilizado devido à sua facilidade de fabricação. Porém, sofre permeação, resultando em vazamentos maiores do que labirintos ideais.
Fatores que influenciam as características do labirinto
1. Influência dos dentes: Os testes mostram que com um passo constante dos dentes, mais dentes resultam em menos vazamentos. O passo maior dos dentes reduz significativamente o vazamento e atenua a permeação.
2. Influência da Câmara de Expansão: Testes indicam que câmaras de expansão rasas são melhores para reduzir vazamentos. Vórtices instáveis ​​em câmaras rasas dissipam energia rapidamente, reduzindo vazamentos.
3. Influência da Câmara Auxiliar: As câmaras auxiliares nas paredes lisas do labirinto alteram o estado do fluxo, reduzindo o vazamento se posicionadas corretamente.
Lacunas de vedação de gás labirinto
As vedações a gás labirinto são usadas em turbinas e outras máquinas rotativas, com folgas radiais determinadas por folgas nos rolamentos, tolerâncias de fabricação, erros de montagem, deformação de componentes, deflexão do rotor, amplitudes de velocidade crítica e expansão térmica. A expansão térmica é particularmente significativa e deve ser pré-estimada usando análise estática e dinâmica de elementos finitos para determinar o tamanho real da lacuna necessária.
Considerações de projeto para vedações de labirinto
Pontos-chave da experiência acumulada em design:
1. Converta energia cinética em calor sem que a velocidade residual entre na próxima lacuna. Mantenha distâncias adequadas entre os dentes ou use dentes altos-baixos para mudar a direção do fluxo. O espaçamento entre dentes é geralmente de 5 a 9 mm.
2. Mantenha os dentes de vedação finos e afiados, com espessura de ponta inferior a 0,5 mm. As pontas afiadas desgastam-se e desprendem-se com o contato ocasional com o eixo, evitando superaquecimento local e acidentes.
3. Devido a vazamentos significativos, tome precauções ao vedar gases inflamáveis, explosivos ou tóxicos para evitar contaminação ambiental. Utilizar gás inerte nos vãos para pressão ligeiramente superior ao gás selado; se a mistura for inaceitável, use vedações de labirinto a vácuo.

A vedação labirinto foi normalmente projetada para válvula de controle de alta pressãoA válvula de controle é uma parte muito importante no gasoduto da usina, há muitos fornecedores de válvulas de controle de alta pressão na China com foco no design da válvula de controle, e alguns fabricantes de válvulas de controle 2500LB na China têm boa experiência em válvula de controle de alta pressão