【壓縮機(jī)網(wǎng)】迷宮密封是在旋轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)置幾個(gè)依次排列的環(huán)形密封齒，在齒和齒之間形成一系列截流間隙和膨脹腔。密封介質(zhì)通過(guò)曲折迷宮間隙產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，達(dá)到堵漏的目的。

　　由于迷宮密封轉(zhuǎn)子與外殼之間存在間隙，無(wú)固體接觸，無(wú)潤(rùn)滑，允許熱膨脹，適應(yīng)高溫、高壓、高速頻率，該密封形式廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)軸端和等級(jí)密封，其他動(dòng)態(tài)密封前密封。

　　迷宮密封的密封機(jī)理

　　流體通過(guò)迷宮產(chǎn)生阻力并減少流量的功能稱為“迷宮效應(yīng)”。對(duì)液體有流體力學(xué)效應(yīng)，包括水力磨阻效應(yīng)和流束收縮效應(yīng)；對(duì)氣體有熱力學(xué)效應(yīng)，即由壓縮或膨脹引起的熱轉(zhuǎn)換；此外，還有“透氣效應(yīng)”等。迷宮效應(yīng)是這些效應(yīng)的綜合反應(yīng)，因此迷宮密封機(jī)制非常復(fù)雜。

　　1、阻力效應(yīng)：當(dāng)泄漏液在迷宮中流動(dòng)時(shí)，液體粘度引起的摩擦減緩了流量（泄漏量）。簡(jiǎn)單地說(shuō)，沿流道沿流體摩擦和局部阻力構(gòu)成阻力效應(yīng)，前者與通道的長(zhǎng)度和截面形狀有關(guān)，后者與迷宮的彎曲數(shù)量和幾何形狀有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)：當(dāng)流道長(zhǎng)、轉(zhuǎn)彎急、齒頂時(shí)，阻力大，壓差損失明顯，泄漏量減少。

　　2、流束收縮效應(yīng)：由于流體通過(guò)迷宮縫，由于慣性的影響，流束的截面會(huì)減少。如果設(shè)孔面積為A，收縮后的最小流束面積為CC A,CC是這里的收縮系數(shù)。同時(shí)，氣體通過(guò)孔后的速度也發(fā)生了變化。理想狀態(tài)下的流速為U1，實(shí)際流速小于U1，使CD為速度系數(shù)，實(shí)際流速為U1=CDU1 因此，通過(guò)孔口的流量將等于CCCdAu1式的q=Cccd·Cd=a(流量系數(shù))。迷宮縫的流量系數(shù)與縫隙的形狀、齒頂?shù)男螤詈捅诿娴拇植诙扔嘘P(guān)。對(duì)于非壓縮流體，也與需諾數(shù)有關(guān)；對(duì)于壓縮流體，壓力比與馬赫數(shù)有關(guān)。同時(shí)，也會(huì)影響接縫前的流動(dòng)狀態(tài)。因此，在復(fù)雜的迷宮中，一個(gè)縫的流量系數(shù)不能作為所有縫的流量系數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)，一級(jí)流量系數(shù)較小，二級(jí)后縫口流量系數(shù)較大，一般流量系數(shù)為1。但尖齒的流量系數(shù)比1小，約0.7，圓齒的流量系數(shù)接近1，通常取a=l，計(jì)算泄漏量大。

　　3、熱效應(yīng)：理想的迷宮流道模型，由環(huán)形齒隙和齒腔串聯(lián)而成。氣體通過(guò)齒腔和齒腔的流動(dòng)可描述如下：在間隙入口處，氣體狀態(tài)為p0、T0和零，氣體越接近入口，氣流越收縮和加速，在最小間隙后不遠(yuǎn)處，氣流得到最大速度：當(dāng)進(jìn)入腔時(shí)，流量截面突然擴(kuò)大，在腔內(nèi)形成強(qiáng)渦旋。從能量的角度來(lái)看，氣流的壓力能在間隙前后轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。與此同時(shí)，當(dāng)氣體高速進(jìn)入兩齒之間的環(huán)行腔室時(shí)，體積突然膨脹，產(chǎn)生劇烈的漩渦。渦流摩擦的結(jié)果將氣流的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，被腔室內(nèi)的氣流吸收并升高溫度，熱焓恢復(fù)到接近進(jìn)入間隙的值。只有少數(shù)動(dòng)能仍以余速進(jìn)入下一個(gè)間隙，因此上述過(guò)程逐步重復(fù)。

　　4、透氣性：在理想的迷宮中，認(rèn)為通過(guò)縫隙的氣流在膨脹室內(nèi)動(dòng)能，全部變成熱能。也就是說(shuō)，假設(shè)下一個(gè)縫的漸近速度等于零，但這只是在膨脹室特別寬和長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)建立起來(lái)的。在一般直接通往迷宮的情況下，由于通過(guò)縫隙后的氣流只能擴(kuò)散到一側(cè)，這種速度能(動(dòng)能)不能在膨脹室內(nèi)完全轉(zhuǎn)化為熱能，而光滑壁一側(cè)的部分氣體速度不會(huì)降低或只會(huì)稍微降低，直接通過(guò)每十個(gè)齒頂流向低壓側(cè)，稱為“透氣效應(yīng)”。

　　結(jié)構(gòu)類型的迷宮密封

　　根據(jù)密封齒的不同結(jié)構(gòu)，迷宮密封分為兩種類型：密封片和密封環(huán)。

　　密封件結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行時(shí)與外殼碰撞，可向兩側(cè)彎曲，減少摩擦，便于拆卸和更換。

　　密封環(huán)由6~8個(gè)扇形塊組成，裝入外殼和轉(zhuǎn)軸，每個(gè)環(huán)用彈簧片壓在外殼上，彈簧片壓力約為60～100N，當(dāng)軸與齒環(huán)接觸時(shí)，齒環(huán)自行彈開(kāi)，避免摩擦。該結(jié)構(gòu)尺寸大，加工復(fù)雜，磨損后更換整個(gè)密封環(huán)，不廣泛應(yīng)用于密封圈結(jié)構(gòu)。

　　理想迷宮的泄漏計(jì)算

　　給出以下條件：

　　1)泄漏氣體是理想的氣體，不考慮焦?fàn)栆粶愤d效應(yīng)，即氣體的焓只與溫度有關(guān)；

　　2)假設(shè)迷宮是由連續(xù)多縫組成的系列，兩縫之間的膨脹室足夠大；

　　3)通過(guò)縫隙的流動(dòng)進(jìn)行絕熱循環(huán)膨脹，在此引用流量系數(shù)a;

　　4)由于等壓控制，膨脹室內(nèi)通過(guò)接縫后的流速能量在恒溫下完全恢復(fù)，因此每個(gè)接縫前的速度接近0，即無(wú)透氣性。

　　直通迷宮的特點(diǎn)

　　由于在軸表面加工槽或各種形狀的齒比7L內(nèi)容易，孔通常加工成光滑的，與帶槽或帶齒的軸形成迷宮。這是直通迷宮。由于制作方便，直通迷宮應(yīng)用最廣泛。然而，直通迷宮具有透氣性，其泄漏量大于理想迷宮。

　　影響迷宮特征的因素：

　　1）齒的影響。根據(jù)國(guó)外試驗(yàn)，齒距一定時(shí)，齒數(shù)越多，泄漏量越少。當(dāng)齒距政變時(shí)，齒距越大，泄漏量會(huì)急劇下降。同時(shí)，它可以減少透氣性的影響。

　　2)膨脹室的影響。國(guó)外對(duì)膨脹室深度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出結(jié)論，淺膨脹室有利于減少泄漏。

　　根據(jù)對(duì)膨脹室流動(dòng)狀態(tài)的觀察，淺膨脹室中的渦旋不穩(wěn)定。由于渦旋能迅速耗盡能量，膨脹室的漸近速度降低，從而減少泄漏。

　　3）副室的影響。所謂“副室”，是指直通迷宮光滑上開(kāi)的輔助槽。開(kāi)槽后，迷宮內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)立即發(fā)生明顯變化。試驗(yàn)證明，只要副室位置合適，泄漏的減少率就相當(dāng)大。

　　迷宮氣體密封的間隙

　　除特殊情況外，一般氣輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等葉輪機(jī)械均采用迷宮式氣體密封。徑向問(wèn)隙應(yīng)根據(jù)以下因素進(jìn)行選擇：軸承問(wèn)隙，制造公差。與裝載誤差、零件變形（如鑄件收縮和失圓）、轉(zhuǎn)子的撓度、臨界旋轉(zhuǎn)頻率引起的振幅、熱膨脹和變形等。在各種情況下，熱膨脹的影響突出。因此，必須提前估計(jì)啟動(dòng)和停車時(shí)單個(gè)部件尺寸的變化，以及部件的相對(duì)位移。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)有限元算法可以用來(lái)制定隨時(shí)間變化的熱膨脹規(guī)律，從而了解哪些是臨界條件，間隙實(shí)際上應(yīng)該有多大。

　　迷宮密封設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

　　總結(jié)了迷宮密封設(shè)計(jì)中積累的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)：

　　1)盡量將氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，而不使余速進(jìn)入下一個(gè)間隙。齒與齒之間的問(wèn)題應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，或用高低齒強(qiáng)制改變氣流方向。齒間距一般為5~9mm。

　　2)密封齒應(yīng)盡可能薄，并有銳角。齒尖厚度應(yīng)小于0.5mm，在運(yùn)行過(guò)程中偶爾與軸碰撞時(shí)，齒尖先磨損，脫離接觸，不會(huì)因摩擦引起軸局部過(guò)熱而造成事故。

　　3)由于迷宮密封泄漏量大，在密封易燃、易爆或有毒氣體時(shí)，應(yīng)注意防止環(huán)境污染。

　　采用充氣迷宮密封，將惰性氣體引入間隙，壓力略大于密封氣體壓力；如果介質(zhì)不允許混合充氣，則可以使用抽氣迷宮密封。