1、第八章 非接触型密封第八章 非接触型密封非接触非接触型密封型密封 流体动压流体动压（反输）型（反输）型 流体静压流体静压（流阻）型（流阻）型 间隙密封、浮间隙密封、浮环密封、迷宫环密封、迷宫密封密封 离心密封、螺离心密封、螺旋密封旋密封 一、一、间隙密封间隙密封 密封环密封环套筒套筒 一种流阻型非接触动密封，流体沿着微小环形间隙一种流阻型非接触动密封，流体沿着微小环形间隙一种流阻型非接触动密封，流体沿着微小环形间隙一种流阻型非接触动密封，流体沿着微小环形间隙利用粘性摩擦的耗损进行阻截而达到密封目的。利用粘性摩擦的耗损进行阻截而达到密封目的。利用粘性摩擦的耗损进行阻截而达到密封目的。利用粘性摩擦
2、的耗损进行阻截而达到密封目的。有固定环、浮动环等多种形式；既适合液体，也适合气体。有固定环、浮动环等多种形式；既适合液体，也适合气体。有固定环、浮动环等多种形式；既适合液体，也适合气体。有固定环、浮动环等多种形式；既适合液体，也适合气体。二、二、迷宫密封迷宫密封 迷宫密封是气相介质的主要密封类型。各种透平机械的迷宫密封是气相介质的主要密封类型。各种透平机械的迷宫密封是气相介质的主要密封类型。各种透平机械的迷宫密封是气相介质的主要密封类型。各种透平机械的级间密封，几乎都毫无例外地选用迷宫密封结构。迷宫密封级间密封，几乎都毫无例外地选用迷宫密封结构。迷宫密封级间密封，几乎都毫无例外地选用迷宫密封结
3、构。迷宫密封级间密封，几乎都毫无例外地选用迷宫密封结构。迷宫密封也能作为各类透平机械的轴端密封。迷宫密封还能作为活塞也能作为各类透平机械的轴端密封。迷宫密封还能作为活塞也能作为各类透平机械的轴端密封。迷宫密封还能作为活塞也能作为各类透平机械的轴端密封。迷宫密封还能作为活塞密封和防尘密封。密封和防尘密封。密封和防尘密封。密封和防尘密封。2.密封原理密封原理 为了使气流的动能尽可能转化为热能，降低残余速度，要尽为了使气流的动能尽可能转化为热能，降低残余速度，要尽为了使气流的动能尽可能转化为热能，降低残余速度，要尽为了使气流的动能尽可能转化为热能，降低残余速度，要尽量减薄迷宫齿片，使齿顶角尖锐，并朝
4、向气体方向。齿间应有足量减薄迷宫齿片，使齿顶角尖锐，并朝向气体方向。齿间应有足量减薄迷宫齿片，使齿顶角尖锐，并朝向气体方向。齿间应有足量减薄迷宫齿片，使齿顶角尖锐，并朝向气体方向。齿间应有足够的距离，使膨胀腔室足够大。为此还可采用参差形迷宫结构。够的距离，使膨胀腔室足够大。为此还可采用参差形迷宫结构。够的距离，使膨胀腔室足够大。为此还可采用参差形迷宫结构。够的距离，使膨胀腔室足够大。为此还可采用参差形迷宫结构。理想的迷宫流道：理想的迷宫流道：在间隙入口处气体状态为在间隙入口处气体状态为P0、T0和速度为和速度为0，气体，气体越接近入口，气流越加收缩和加速，在间隙最小处的后越接近入口，气流越加收
5、缩和加速，在间隙最小处的后面不远处，气流获得最大的速度；当进入空腔，流束界面不远处，气流获得最大的速度；当进入空腔，流束界面突然扩大，并在空腔内形成强烈的漩涡。面突然扩大，并在空腔内形成强烈的漩涡。在间隙前后，气流的压力在间隙前后，气流的压力能转变为动能。能转变为动能。到空腔后，一小部分动到空腔后，一小部分动能又转变为压力能。能又转变为压力能。强烈的漩涡，大部分动强烈的漩涡，大部分动能转变为热能而耗损。能转变为热能而耗损。热力学效应热力学效应 总压头总是下降的，能总压头总是下降的，能量散损越多，压头下降越量散损越多，压头下降越多，泄漏量也随之降低，多，泄漏量也随之降低，达到阻漏目的。达到阻漏目
6、的。从能量观点看：从能量观点看：用焓熵图表示这一过程：用焓熵图表示这一过程：气流通过第一个缝口后，压力由气流通过第一个缝口后，压力由0点下降到点下降到1点，点，然后在膨胀室内作等压恒温恢复，压力由然后在膨胀室内作等压恒温恢复，压力由1点升到点升到1点，如此下去，每个迷宫室内进行一次，最后把整点，如此下去，每个迷宫室内进行一次，最后把整个迷宫室内气体的理想状态变化用折线个迷宫室内气体的理想状态变化用折线0 1-1-2-n-n表示之。表示之。理想迷宫（等温过程）。理想迷宫（等温过程）。范诺曲线。范诺曲线。在实际迷宫中，除了热力学效应、流体收缩效应和摩阻在实际迷宫中，除了热力学效应、流体收缩效应和摩
7、阻效应外，还应考虑越载效应（直通）。效应外，还应考虑越载效应（直通）。在一般直通型迷宫密封在一般直通型迷宫密封中，通过缝口后的气流只能中，通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不向一侧扩散，在膨胀室内不能充分地实现将速度能转变能充分地实现将速度能转变为热能的能量转换，而有一为热能的能量转换，而有一部分气流速度不减少或者略部分气流速度不减少或者略微减少，直接越过各个齿顶微减少，直接越过各个齿顶流向低压侧流向低压侧直通效应直通效应（越载效应）。（越载效应）。迷宫密封的基本结构与工作原理迷宫密封的基本结构与工作原理n n 迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列的节
8、流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。五、特点五、特点迷宫密封有如下特点：迷宫密封有如下特点：迷宫密封有如下特点：迷宫密封有如下特点：(1)(1)(1)(1)迷宫密封是非接触密封，无固相摩擦，不需迷宫密封是非接触密封，无固相摩擦，不需迷宫密封是非接触密封，无固相摩擦，不需迷宫密封是非接触密封，无固相摩擦，不需润滑，适用于高温、高压、高速和大尺寸密封条润滑，适用于高温、高压、高速和大尺寸密封条润滑，适用于高温、高压、高速和大尺寸密封条润滑，适用于高温、高压、高速和大尺寸密封条件。件。件。件。(2)(2)(2)(2)迷宫密封工作可靠，功耗少，维护简便，寿迷
9、宫密封工作可靠，功耗少，维护简便，寿迷宫密封工作可靠，功耗少，维护简便，寿迷宫密封工作可靠，功耗少，维护简便，寿命长。命长。命长。命长。(3)(3)(3)(3)迷宫密封漏泄量较大。如增加迷宫级数，采迷宫密封漏泄量较大。如增加迷宫级数，采迷宫密封漏泄量较大。如增加迷宫级数，采迷宫密封漏泄量较大。如增加迷宫级数，采取抽气辅助密封手段，可把漏泄量减小，但要做取抽气辅助密封手段，可把漏泄量减小，但要做取抽气辅助密封手段，可把漏泄量减小，但要做取抽气辅助密封手段，可把漏泄量减小，但要做到完全不漏是困难的。到完全不漏是困难的。到完全不漏是困难的。到完全不漏是困难的。六、结构型式六、结构型式 常见迷宫密封的
10、结构形式：常见迷宫密封的结构形式：（a）直通型）直通型（b）复合直通型）复合直通型（c）错列型）错列型（d）阶梯型）阶梯型（e）斜齿阶梯型）斜齿阶梯型（f）蜂窝与直通）蜂窝与直通组合式组合式（g）承磨密封）承磨密封3.影响迷宫密封的因素影响迷宫密封的因素 综合考虑流束收缩及流速降低综合考虑流束收缩及流速降低流量系数，影响迷宫流量系数，影响迷宫密封效果。影响流量系数的主要因素有：密封效果。影响流量系数的主要因素有：1）疏齿边缘）疏齿边缘影响流束收缩效应。影响流束收缩效应。三、主要尺寸参数及材料三、主要尺寸参数及材料 1.尺寸参数尺寸参数齿数齿数Z 梳齿间隙梳齿间隙 梳齿节距梳齿节距 2）齿形）齿
11、形n n、阻塞节流式密封n n齿形结构图（2）齿数计算静环静环静环静环静环静环静环静环静环静环静环静环动环动环动环动环动环动环动环动环密封圈密封圈密封圈密封圈n n 3流量系数流量系数n n 流量系数流量系数与迷宫的结构型式和尺寸有关，与迷宫的结构型式和尺寸有关，由试验得出。在常用的结构型式和间隙数由试验得出。在常用的结构型式和间隙数值范围内，流量系数约在值范围内，流量系数约在11.2左右。左右。3）齿宽与间隙比）齿宽与间隙比 A松散区松散区B死区死区C涡流区涡流区D松扩区松扩区E死区死区（d)不同压比及厚隙不同压比及厚隙比时的流量系数比时的流量系数四、迷宫密封的计算四、迷宫密封的计算四、迷宫
12、密封的计算四、迷宫密封的计算（1 1）齿数计算）齿数计算）齿数计算）齿数计算 亚临界流动时的高低齿迷宫密封的泄漏量（亚临界流动时的高低齿迷宫密封的泄漏量（亚临界流动时的高低齿迷宫密封的泄漏量（亚临界流动时的高低齿迷宫密封的泄漏量（kg/skg/s）由下式确定）由下式确定）由下式确定）由下式确定 式中，式中，式中，式中，单位间隙面积单位时间的泄漏量，单位间隙面积单位时间的泄漏量，单位间隙面积单位时间的泄漏量，单位间隙面积单位时间的泄漏量，kg/(mkg/(m s)s)；流量系数流量系数流量系数流量系数，取为，取为，取为，取为1.01.0；泄漏系数泄漏系数泄漏系数泄漏系数；迷宫间隙面积，迷宫间隙面
13、积，迷宫间隙面积，迷宫间隙面积，mm；迷宫轴的直径，迷宫轴的直径，迷宫轴的直径，迷宫轴的直径，mm；迷宫的半径间隙，迷宫的半径间隙，迷宫的半径间隙，迷宫的半径间隙，mm；平齿迷宫的泄漏量，可将高低齿迷宫密封的泄漏量平齿迷宫的泄漏量，可将高低齿迷宫密封的泄漏量平齿迷宫的泄漏量，可将高低齿迷宫密封的泄漏量平齿迷宫的泄漏量，可将高低齿迷宫密封的泄漏量GG修正后得出：修正后得出：修正后得出：修正后得出：G=G G=G n n 式中式中式中式中 泄漏量修正系数，泄漏量修正系数，泄漏量修正系数，泄漏量修正系数，n n查文献查文献查文献查文献33图图图图12-812-8得，得，得，得，=2.0=2.0n n（a a）单位间隙面积单位时间的泄漏量由下式确定：）单位间隙面积单位时间的泄漏量由下式确定：）单位间隙面积单位时间的泄漏量由下式确定：）单位间隙面积单位时间的泄漏量由下式确定：本节小结n n掌握：非接触型密封的种类及每种的典型掌握：非接触型密封的种类及每种的典型结构型式结构型式；间隙密封的种类；迷宫密封的；间隙密封的种类；迷宫密封的结构型式和工作原理。结构型式和工作原理。n n了解：密封环、套筒的型式及特点；迷宫了解：密封环、套筒的型式及特点；迷宫密封的特点、主要尺寸参数及材料。密封的特点、主要尺寸参数及材料。
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