迷宫密封

ATLAS离心式压缩机迷宫密封国产化改造

（巴陵石化大成检修安装有限责任公司）

摘要：通过对中国石化股份公司巴陵分公司己内酰胺生产使用的进口多级离心式压缩机轴封状况剖析，结合大修阶段备件库存状况，通过大胆实践，采用国产部件对该压缩机组一、

二、三级轴封实施国产化改造，本文从密封机理，材料选用，工艺状况以及实际运行参数多

方面论证实施国产化改造的可行性与必要性。

关键词：离心式压缩机迷宫密封国产化

1.前言

2006年3月15日，中国石化股份公司巴陵分公司化工片三年一次的大修开始了，检修准备应该是比较充分的，检修前，维修人员对空气压缩机K6601机组的状况进行了详细的了解，由于检修前很短的时间内一级涡壳处曾出现一次漏油并导致局部着火，当时大家在事故分析时就指出：压缩机的迷宫式轴密封可能已经失效，必须进行检查必要时要求更换。由于时间紧，采购进口备件没有充足的时间，在库存又没有的情况下必须走国产化道路。大修解体发现迷宫密封间隙严重超标，果断实施了原定改造计划。

2.迷宫密封的工作原理、密封机理与结构

2.1迷宫密封的工作原理

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截流间隙与膨胀空腔，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。

2.2迷宫密封的应用

由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。

2.3迷宫密封的密封机理

流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有

热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。

(1)摩阻效应

泄漏液体在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量（泄漏量）减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄漏量减小。

(2) 流束收缩效应

由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减小。设孔口面积为A，则收缩后的流束最小面积为 C c·A，此处 C c 是收缩系数。同时，气体通过孔口后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为U,实际流速比U小，令C d为速度系数，则实际流速U1为：U1 =C d·U于是，通过孔口的流量Q为：Q=C c C d A U式中C c?C d=α（流量系数）。

迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体，还与雷诺数有关；对压缩性流体，还与压力比和马赫数有关。同时，对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫里，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小，约在0.7左右，圆齿的流量系数接近于1，通常取α=1，计算的泄漏量是偏大。

(3)热力学效应

理想的迷宫流道模型，它是由一个个环形齿隙和齿间空腔串联而成的。气体每通过一个齿隙和齿间空腔的流动可描述如下：在间隙入口处，气体状态为P0，T0和零开始，气体越接近入口，气流越是收缩和加速，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，流速截面突然扩大，并在空腔内形成强烈的旋涡。从能量观点来看，在间隙前后，气流的压力能转变为动能。同时，当温度下降（热焓值h减小），气体以高速进入两齿之间的环行腔室时，体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦的结果，使气流的绝大部分动能转变为热能，被腔室中的气流所吸收而升高温度，热焓又恢复到接近进入间隙前的值，只有小部分动能仍以余速进入下一个间隙，如此逐级重复上述过程。

(4)透气效应

在理想迷宫中，认为通过缝口的气流在膨胀室内动能，全部变成热能。也就是说，假定到下一个缝口时的渐近速度等于零，但这只是在膨胀室特别宽阔和特别长时才成立。在一般直通迷宫中，由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分的进行这种速度能(动能)向热能的能量转换，而靠光滑壁一侧有一部分气体速度不减小或者只略微减小，直接越过各个齿顶流向低压侧，把这种一掠而过的现象称为“透气效应”。

2.4迷宫密封密封函的结构图

该压缩机采用直通型迷宫密封，图一为密封函结构图：

图一密封函结构图

3.直通型迷宫密封的特点

由于在轴表面加工沟槽或各种形状的齿要比孔内加工容易，因此常把孔加工成光滑面，与带槽或带齿的轴组成迷宫，这就是直通型迷宫，因制作方便，所以直通型迷宫应用最广。但是，直通型迷宫存在着透气现象，其泄漏量大于理想迷宫的泄漏量。

迷宫特性的影响因素：

(1) 齿的影响。根据国外所进行的试验得出：齿距一定时，齿数越多，泄漏量越少。齿距改变时，齿距越大，泄漏量会急剧下降，同时还可以减少透气现象的影响。图二中所示叶轮后轴上整体装配有密封齿套，齿数多达50个以上。

图二叶轮后轴上整体装配的密封齿套图

(2) 膨胀室的影响。国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究，结论是浅的膨胀室对减少泄漏量有利。

根据对膨胀室流动状态的观察，认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。由于旋涡能很快地把能量耗尽，所以膨胀室的渐近速度减小，起到减小泄漏的效果。

(3) 副室的影响。所谓“副室”是指直通型迷宫光滑面上开的附属槽，开槽后迷宫中的流动状态立即发生明显的变化。试验证明，只要副室的位置恰当，泄漏量的减少率是相当大的。

4.密封国产化必要性与可行性

（1）设备基本情况介绍

该压缩机为德国Atlas Copco公司产品，离心式空气压缩机，采用三级压缩，出口压力为7.36bar，出口温度215℃，驱动为蒸汽透平与膨胀透平相结合的形式，每小时流量22500标准立方，压缩机一、二、三级轴封采用迷宫密封，一级转子单独一根轴，二、三级转子共用一根轴。二级入口压力2.11 bar，三级入口压力4.17 bar。密封处压缩机局部三维透视图见图三：

图三密封处压缩机局部三维透视图

（2）轴封基本情况介绍

前面提到，该压缩机轴封采用迷宫式密封，1992年9月投用，1998年曾更换过轴封的密封函部分，2006年3月机组大修时再次发现局部组装间隙超标，必须更换密封函部分。

迷宫式密封的密封齿部分与轴采用过盈配合，材质硬度较高，一般采用含铬合金钢，在检修与使用过程中不易损坏和磨损，而密封函的内表层很薄的一部分，采用软合金复合到密封函上，目的是避免因运转过程中非正常接触造成密封齿的损坏。本文所涉及的压缩机轴封周向间隙只有0.1～0.13mm，要求制造精度非常高，同时对设备运行稳定可靠要求也极高。这样的设计和结构具有良好的密封性能；即使产生接触与密封配合面的摩擦阻力小；磨损后在一定程度上能自动补偿，使用寿命长；与环境介质及工

作介质相适应；结构简单，拆装方便。

轴封结构示意图见图四所示

图四轴封结构示意图

（3）轴封国产化的必要性

首先，我国石化行业大量采用进口设备，而备件的及时供应仍是制约设备完好的重要因素，过多的依赖进口只会制约我们的连续生产，能合理实施国产化改造或代用是非常必要的，在时间上和经济上都是非常利的。

其二，设备投用多年，结构特殊，国外原供应商已经很少对该设备批量生产备件，供应的备件也是按需加工，不会有库存备件。

其三，公司备件库存已经是零库存。

由于发现问题时间较近，没有充足的时间去采购进口备件，此时合理实施国产化改造或代用是非常必要的

（4）轴封国产化的可行性

首先，随着国家改革开放，经济发展，我们国家目前已经有较高的机械加工能力与技术水平。金属材料领域的发展也是非常迅速的，各种合金的加工厂家与研究单位越来越多。

其二，我们对该类型密封结构、材料与密封原理已经非常清楚，在拥有结构图的情况下，加工类似的部件完全可行。

其三，国产化有类似的经验：我们在压缩机滑动轴承的代用，干气密封的代用，合成氨压缩机密封的改造中已多次使用巴比特合金(巴氏合金)。

其四，巴氏合金是最广为人知的轴承材料，其应用可以追溯到工业革命时代。巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和压入性，广泛用于大型船用柴油机、涡轮机、交流发电机，以及其它大型旋转机械。

5.国产化迷宫密封的设计与选型

5.1理想迷宫的泄漏计算

给定下列几个条件：

(1) 泄漏气体是理想气体，不考虑焦尔-汤姆逊效应，即气体的焓只与温度有关；

(2) 假设迷宫是连续的多缝口组成的一个系列，两缝口之间的膨胀室足够大；

(3) 通过缝口的流动作绝热循环膨胀，在这里引用一个流量系数α；

(4) 通过缝口之后的流动速度能量在膨胀室内因受等压支配而完全作恒温恢复，所以在每一个缝口之前的速度渐近为0，即不发生透气现象。

5.2迷宫式气体密封的间隙

除特殊情况外，一般气轮机、燃气轮机等叶轮机械都采用迷宫式气体密封。其径向间隙应根据以下因素选取：轴承间隙，制造公差与装配误差，部件的变形（如铸件收缩和失圆），转子的挠度，以及通过临界旋转频率时的振幅，热膨胀以及由此引起的变形等。在多种情况下，热膨胀的影响最突出。因此，对启动与停车时单个部件尺寸的变化，以及部件的相对位移必须预先估算。可用静态和动态有限元算法出随时间变化的热膨胀规律。该机组压缩机轴密封间隙要求为0.1～0.13mm。

5.3迷宫密封设计的注意点

总结迷宫密封设计中积累的经验，归纳起来有下列要点：

(1)尽量使气流的动能转化为热能，而不使余速进入下一个间隙。齿与齿之间应保持适当的距离，或用高-低齿强制改变气流方向。齿间距一般为5～9mm。

(2)密封齿要做得尽量薄,并带锐角。齿尖厚度应小于0.5mm，运行中偶尔与轴的相碰时，齿尖先磨损而脱离接触，不致因摩擦出现轴的局部过热而造成事故。

(3)由于迷宫密封泄漏量大，因此在密封易燃、易爆或有毒气体时，要注意防止污染环境。采用充气式迷宫密封，间隙内引入惰性气体，其压力稍大于被密封气体压力；如果介质不允许混入空气，则可采用抽气式迷宫密封。

5.4密封材料的性能要求

密封材料的性能是保证有效密封的重要因素，选择密封材料，主要是根据密封元件的工作环境，如使用温度、工作压力、所使用的工作介质以及运动方式等。对密封材料的基本要求如下：

（1）具有一定的力学性能，如拉伸强度、伸长率等；

（2）弹性和硬度适当，压缩永久变形小；

（3）耐高温和低温，高温下不分解、软化，低温下不硬化；

（4）与工作介质相适应，不产生溶胀、分解、硬化等；

（5）耐氧性和耐老化性好，经久耐用；

（6）耐磨损，不腐蚀金属；

（7）易于成形加工，价格低廉；

5.5密封设计及选用的基本要求

机械设备的泄漏，涉及到密封件的设计、生产、使用以及机械本身结构各个环节，如配偶件的设计结构，产品加工、装配质量等，因此需要运用系统分析的观点进行综合分析，找出影响密封的各种因素。对密封设计或选用的基本要求有：

（1）在一定的压力和温度范围内具有良好的密封性能；

（2）与密封配合面的摩擦阻力小，摩擦系数稳定；

（3）磨损小，磨损后在一定程度上能自动补偿，使用寿命长；

（4）与环境介质及工作介质相适应；

（5）结构简单，拆装方便，价格低廉。

5.6密封设计常用的结构措施

（1）均压使密封部位内外侧的压力差均衡，如设置适当的通气窗，在介质通道中加设小型泵送元件，使动密封的接触压力分布均匀等；

（2）疏导在零部件上开设回油槽、孔，开设档油板等，将泄漏的流体引流回油池；

（3）增加流动阻力如加长泄漏通道或流动路程以增加油液流动阻力；（4）封堵应用密封技术封堵界面泄漏通道，例如使用密封件、涂密封胶、塞绕密封带进行密封，或将不动接合部位的表面焊合、铆合、压合、折边等封死泄漏通道；

（5）液膜阻隔用提高设备动密封配合面间的精度及控制间隙等类方法，使其中保持有一层适当的润滑膜，阻止或减少泄漏并润滑表面；

（6）回流抛甩采用回流结构密封，或在零件上增设螺旋槽等回流措施以及使用甩油环、甩油槽等将泄漏的油液抛甩回油池；

（7）消振防腐消除密封部位的振动、冲击；防止产生腐蚀；

（8）改用润滑脂或固体润滑剂等润滑。

5.7正确选择密封件的材质与品种依据

（1）工作条件如压力、速度、温度、对泄漏率的限制、密封件的工作寿命、与润滑剂的相容性、环境介质（气温、气压、有无灰尘等）、摩擦状况、磨损限制等。

（2）配偶件要求如轴与配合件的几何尺寸、表面粗糙度、空间尺寸、间隙、偏心量、运动类型、润滑膜状况等。

（3）价格要求和经济性同时要进行配偶件的相应设计，如安装密封件的

沟槽尺寸与精度、表面粗糙度、轴偏心量、密封件的压缩率等。

（4）密封件是通用的基础元件，大多数类型产品的尺寸系列、公差、材质以及安装沟槽尺寸与公差及其设计计算准则均已标准化，在选用时可根据相应的国家或行业标准选择。

在密封国产化阶段，我们采用高锡巴氏合金代替密封函内复合层，原复合层材料为德国银，巴氏合金可简单地分为三种：高锡合金、高铅合金和中间合金(合金中锡和铅均占有重要比例)。在所有这些合金系中，锑和铜均作为重要的合金化元素和硬化元素，而且其结构是由硬的、弥散于软基质中的金属间化合物组成。典型工业巴氏合金成分见表一：

表一典型工业巴氏合金成分表

6.密封国产化前后工况对比

为了充分了解轴封国产化前后状况，查阅了2005年5月同期运行资料，对比2006年5月运行工况资料，平均工况参数见表二：

从表中看来，改后的工艺状况明显好于去年同期，特别是轴封后的轴承温度明显下降在5度左右，可以说，改造是非常成功的。

7.结论

通过对巴陵石化己内酰胺生产使用的进口多级离心式压缩机轴封状况剖析，结合大修阶段备件库存状况，通过大胆实践，采用国产部件对该压缩机组一、二、三级轴封实施国产化改造，本文从密封机理、密封材料选用、迷宫式气体密封的间隙、密封设计及选用的基本要求、密封国产化必要性与可行性、工艺状况对比多方面论证实施国产化改造的可行性与必要性。科学要有实践试验来证明，对该密封的国产化改造，我们只是走了第一步，要在设备管理与维修技术方面上台阶，还需要严肃认真的工作态度和有效的过程控制。

参考文献

（1）ATLAS离心式空气压缩机组说明书

（2）徐灏. 密封. 北京: 冶金工业出版社，1998

（3）H休戈布赫特. 工业密封技术. 北京: 化学工业出版社，1988

迷宫密封的形式及特点和用途

迷宫密封的形式及特点和用途 一、密封的作用及分类 离心式压缩机若要获得良好的运行效果必须在转子与定子间保留一定间隙以避免其间的摩擦磨损以及碰撞损坏等故障的发生同时由于间隙的存在自然会引起级间和轴端的泄漏现象泄漏不仅降低了压缩机的工作效率而且还将导致环境污染甚至着火爆炸等事故因此泄漏现象是不允许产生的 密封就是保留转子与定子间有适当间隙的前提下避免压缩机级间和轴端泄漏的有效措施根据压缩机的工作温度压力和气体介质有无公害等条件则密封可选用不同的结构形式并通称它为密封装置.密封装置按结构特点可分为抽气式迷宫式浮环式机械式和螺旋式等 5 种形式一般有毒易燃易爆气体应选用浮环式机械式螺旋式以及抽气式等密封装置如果气体无毒无害升压较低则可选用迷宫式密封装置 二、迷宫密封装置的结构特点 迷宫密封的型式有：直通形迷宫、复合直通形迷宫、参差形迷宫、阶梯形迷宫等四种。 图1a为直通形迷宫,结构简单,形状很像梳齿，密封有很大的直通效应。 图1b为复合直通形迷宫,是台阶和梳齿复合组成的,使密封性能有所改善，但加工复杂，直通效应减弱。 图１c为参差形迷宫,齿间有足够的距离,膨胀腔愈大，密封效果较好。 图１d为阶梯形迷宫，结构在径向尺寸上有所变化,适用于径向-轴向密封。 图1 迷宫密封的形式 三迷宫密封的工作原理 为说明迷宫密封装置的密封原理我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析当 气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时气流受到了一次节流作用气流的压力和温度下 降而流速增加经过间隙之后是两密封齿形成的较大空腔如图3－5 所示气体在这 一空腔容积增加速度下降并形成旋涡流动产生一定的热能因此气体在这一空腔 使温度又回到了节流之前气体每经过一次间隙和随后的较大空腔气流就受到一次节流和扩容作用随着气体流经间隙和空腔数量的增多以及间隙值的减小气体的流速和压降

有关迷宫式密封祥解(教学参考)

有关迷宫式密封祥解 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截流间隙与膨胀空腔，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。 由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。 1 迷宫密封的密封机理 流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。 1.1 摩阻效应 泄露液流在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量（泄露量）减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄露量减小。 1.2 流束收缩效应 由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减小。设孔口面积为A，则收缩后的流束最小面积为Cc A，此处Cc 是收缩系数。同时，气体通过孔口后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为u1，实际流速比u1小，令Cd为速度系数，则实际流速u1为u1= Cd u1于是，通过孔口的流量将等于q=CcCdA u1式中Cc·Cd=α（流量系数）。 迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体，还与雷诺数有关；对压缩性流体，还于压力比和马赫数有关。同时，对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫只，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小，约在0.7左右，圆齿的流量系数接近于1，通常取α=1，计算的泄露量是偏大。 1.3 热力学效应 理想的迷宫流道模型，它是由一个个环形齿隙和齿间空腔串联而成的。气体每通过一个齿隙和齿间空腔的流动可描述如下：在间隙入口处，气体状态为p0，T0和零开始，气体越接近入口，气流越是收缩和加速，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，流速截面突然扩大，并在空腔内形成强烈的旋涡。从能量观点来看，在间隙前后，气流的压力能转变为动能。同时，当温度下降（热焓值h减小），气体以高速进入两齿之间的环行腔室时，体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦的结果，使气流的绝大部分动能转变为热能，被腔室中

迷宫式密封托辊

迷宫式密封托辊 密封的作用是为了防止外界灰尘、水分等侵入轴承。按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可以分为接触式密封和非接触式密封。 接触式密封:在轴承盖内放置放置减摩性好的硬质资料（如加强石墨、青铜、耐磨铸铁等）与转动轴直接接触以进行密封。轴承盖内放置软资料与转动轴直接触而起摩擦作用。常用的软资料有毛毡、橡胶、皮革、软木等。 非接触式密封:采用非接触式密封，可以避免密封件与旋转件的接触。主要有隙缝密封、曲路密封、甩油密封。 现有技术中托辊有两种结构，一种是组装式托辊，由轴和轴承与迷宫式密封圈及铸造轴承座、钢管构成；另一种是焊接式托辊，由轴和轴承与迷宫式密封圈及冲压轴承座、端板、钢管构成。以上两种结构采用迷宫式密封形式，由于内外密封圈有间隙，造成防水性能差，托辊使用寿命短等缺点。 实用新型皮带机托辊克服上述缺点而设计一种密封严紧防水性能强的皮带机托辊，它是在托辊轴上冲压轴承座内，轴承与端板之间设置多唇边密封圈，有效地阻止水、灰尘进入托辊中。 实用新型皮带机托辊采取以下方案来实现的，它是由托辊轴上装置轴承，轴承装置于冲压轴承座内，轴承座焊接在端板上，端板与钢管的端面焊接在一起，轴承座和端板不与轴接触，多唇边密封圈装置于轴承，轴承座与端板形成的空间内，唇边与轴相接触，多盾边密封圈随钢管和端板与轴承座一起绕轴转动，多唇边密封圈没有唇边与轴密切接触；防止水和灰尘进入托辊内，保护轴承，密封效果严密，托辊使用寿命长。 实用新型皮带机托辊的效果是结构简单，托辊的密封采用多唇边式密封形式，密封性能强，使用寿命长，可广泛用于各种皮带运输机。 托辊轴承座的组成部分:托辊轴承座由座体以及安装在座体内的轴承、迷宫式内、外密封圈组成,内密封圈外端与座体大端面对应处有环形的防水防尘护罩.内外密封圈在护罩处有迷宫式间隙.由于省去原结构中的防护罩和防尘罩,不仅结构简单,零件减少,且座体深度减少,节约材料,使制造成本大大降低.同时通过延长迷宫间隙和长度,提高了密封效果,可 延长托辊的使用寿命.托辊轴承座的良好密封性需要对组成部分进行严格的质量控制,保证组成部分的结构性和密封性,使托辊轴承座具有良好的密封性能.良好的托管密封也会给您带去更好的效益。 托辊配件密封件装置过程中应注意一下几点： 1.不要损伤密封件表面的密封面或密封线 平面托辊配件的托辊密封性能依靠上下两个端面;液压密封件的托辊密封性能依赖与孔或 轴相关配的唇口线，这些部位均由既柔软又富回弹性的耐温、耐腐蚀、耐老化的石墨、橡塑、纤维这些易受损伤的特殊资料构成，因而更需要在搬运、装置、保管过程中给予特别的维护和关照，一旦受损往往会给托辊密封部位留下很大隐患。 2.不可强行装置

有关迷宫式密封祥解

有关迷宫式密封祥解 迷宫密封就是在转轴周围设若干个依次排列得环行密封齿,齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔,被密封介质在通过曲折迷宫得间隙时产生节流效应而达到阻漏得目得。 由于迷宫密封得转子与机壳间存在间隙,无固体接触,毋须润滑,并允许有热膨胀,适应高温、高压、高转速频率得场合,这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机得轴端与得级间得密封,其她得动密封得前置密封。 1 迷宫密封得密封机理 流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少得机能称为“迷宫效应”。对液体,有流体力学效应,其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应;对气体,还有热力学效应,即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生得热转换;此外,还有“透气效应”等。而迷宫效应则就是这些效应得综合反应,所以说,迷宫密封机理就是很复杂得。 1、1 摩阻效应 泄露液流在迷宫中流动时,因液体粘性而产生得摩擦,使流速减慢流量(泄露量)减少。简单说来,流体沿流道得沿程摩擦与局部磨阻构成了磨阻效应,前者与通道得长度与截面形状有关,后者与迷宫得弯曲数与几何形状有关。一般就是:当流道长、拐弯急、齿顶尖时,阻力大,压差损失显著,泄露量减小。 1、2 流束收缩效应 由于流体通过迷宫缝口,会因惯性得影响而产生收缩,流束得截面减小。设孔口面积为A,则收缩后得流束最小面积为Cc A,此处Cc 就是收缩系数。同时,气体通过孔口后得速度也有变化,设在理想状态下得流速为u1,实际流速比u1小,令Cd为速度系数,则实际流速u1为u1= Cd u1于就是,通过孔口得流量将等于q=CcCdA u1式中Cc·Cd=α(流量系数)。 迷宫缝口得流量系数,与间隙得形状,齿顶得形状与壁面得粗糙度有关。对非压缩性流体,还与雷诺数有关;对压缩性流体,还于压力比与马赫数有关。同时,对缝口前得流动状态也有影响。因此在复杂型式得迷宫只,不能把一个缝口得流量系数当作所有缝口得流量系数。根据试验,第一级得流量系数小一些,第二级以后得缝口流量系数大一些,一般流量系数常取1。但就是尖齿得流量系数比1小,约在0、7左右,圆齿得流量系数接近于1,通常取α=1,计算得泄露量就是偏大。 1、3 热力学效应 理想得迷宫流道模型,它就是由一个个环形齿隙与齿间空腔串联而成得。气体每通过一个齿隙与齿间空腔得流动可描述如下:在间隙入口处,气体状态为p0,T0与零开始,气体越接近入口,气流越就是收缩与加速,在间隙最小处得后面不远处,气流获得最大得速度;当进入空腔,流速截面突然扩大,并在空腔内形成强烈得旋涡。从能量观点来瞧,在间隙前后,气流得压力能转变为动能。同时,当温度下降(热焓值h减小),气体以高速进入两齿之间得环行腔室时,体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦得结果,使气流得绝大部分动能转变为热能,被腔室中得气流所吸收而升高温度,热焓又恢复到接近进入间隙前得值,只有小部分动能仍以余速进入下一个间隙,如此逐级重复上述过程。

迷宫密封原理

迷宫式密封是在密封腔和旋转轴之间，由一组密封齿片形成一系列有规则的节流间隙和膨胀空腔，通过介质的粘性摩擦以及能量的转化产生逐级节流效应，从而实现密封。 前几天我们刚学了，呵呵复制过来让大家看看： 为了说明迷宫密封装置的密封原理，我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析，当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时，气流受到了一次节流作用，气流的压力和温度下降，而流速增加。气流经过间隙之后，是两密封齿形成的较大空腔。气体在空腔内容积突然增加，形成很强的旋涡，在容积比间隙容积大很多的空腔中气流速度几乎等于零，动能由于旋涡全部变为热量，加热气体本身，因此，气体在这一空腔内，温度又回到了节流之前，但压力却回升很少，可认为保持流经缝隙时压力。气体每经过一次间隙和随后的较大空腔，气流就受到一次节流和扩容作用，由于旋涡损失了能量，气体压力不断下降，比容及流速均增大。气流经过密封齿后，其压力由p1降至p2，随着压力降低，气体泄漏减小。由上述过程可知，迷宫密封是利用增大局部损失以消耗其能量的方法来阻止气流向外泄漏，因此，它属于流阻形非接触动密封。 从上述分析可以看出，密封间隙越小，密封齿数越多，其密封效果就会越好，然而，密封齿数增加到一定数目后，效果提高并不明显，因此，密封齿数不宜过多，叶轮前后的级间密封，一般只设3~6齿，轴端密封设6~35齿。齿顶间隙太大，密封效果较差，若间隙太小，在转子振动或稍有弯曲时又会引起转子与密封齿间的摩擦，所以齿顶间隙也要适宜。迷宫式密封的工作原理 为了说明迷宫密封装置的密封原理，我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析，当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时，气流受到了一次节流作用，气流的压力和温度下降，而流速增加。气流经过间隙之后，是两密封齿形成的较大空腔。气体在空腔内容积突然增加，形成很强的旋涡，在容积比间隙容积大很多的空腔中气流速度几乎等于零，动能由于旋涡全部变为热量，加热气体本身，因此，气体在这一空腔内，温度又回到了节流之前，

迷宫密封的密封机理

迷宫密封的密封机理 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截流间隙与膨胀空腔，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。 由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。 1 迷宫密封的密封机理 流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。 1.1 摩阻效应 泄露液流在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量（泄露量）减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄露量减小。 1.2 流束收缩效应 由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减小。设孔口面积为A，则收缩后的流束最小面积为Cc A，此处Cc 是收缩系数。同时，气体通过孔口后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为u1，实际流速比u1小，令Cd为速度系数，则实际流速u1为u1= Cd u1于是，通过孔口的流量将等于q=CcCdA u1式中Cc?Cd=α（流量系数）。 迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体，还与雷诺数有关；对压缩性流体，还于压力比和马赫数有关。同时，对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫只，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小，约在0.7左右，圆齿的流量系数接近于1，通常取α=1，计算的泄露量是偏大。 1.3 热力学效应 理想的迷宫流道模型，它是由一个个环形齿隙和齿间空腔串联而成的。气体每通过一个齿隙和齿间空腔的流动可描述如下：在间隙入口处，气体状态为p0，T0和零开始，气体越接近入口，气流越是收缩和加速，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，流速截面突然扩大，并在空腔内形成强烈的旋涡。从能量观点来看，在间隙前后，气流的压力能转变为动能。同时，当温度下降（热焓值h减小），气体以高速进入两齿之间的环行腔室时，体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦的结果，使气流的绝大部分动能转变为热能，被腔室中的气流所吸收而升高温度，热焓又恢复到接近进入间隙前的值，只有小部分动能仍以余速进入下一个间隙，如此逐级重复上述过程。 1.4 透气效应 在理想迷宫中，认为通过缝口的气流在膨胀室内动能，全部变成热能。也就是说，假定到下一个缝口时的渐近速度等于零，但这只是在膨胀室特别宽阔和特别长时才成立。在一般直通迷宫中，由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分的进行这种速度能(动能)向热能的能量转换，而靠光滑壁一侧有一部分气体速度不减小或者只略微减小，直接越过各个齿顶流向低压侧，把这种一掠而过的现象称为“透气效应”。

迷宫密封

迷宫密封的形式及其特点和用途 在泄漏通道内由许多齿或槽组成迷宫式的间隙，对被密封产生节流效应而起密封作用，这种密封形式叫迷宫密封。它具有在高速条件下有良好的密封性能，不需润滑，无摩擦，维修简单，使用寿命长，不需要采用其他密封材料的优点。但是加工精度高，难于装配。它主要用于密封气体，在汽轮机，燃气轮机、压缩机、鼓风机的轴端和级间均广泛采用迷宫密封。对一般密封所不能胜任的高温、高压、高速和大尺寸密封部位特别有效。 图1a为直通形迷宫，结构简单，形状很像梳齿，密封有很大的直通效应。 图1b为复合直通形迷宫，是台阶和梳齿复合组成的,使密封性能有所改善，但加工复杂，直通效应减弱。 图1c为参差形迷宫，齿间有足够的距离，膨胀腔愈大，密封效果较好。 图1d为阶梯形迷宫，结构在径向尺寸上有所变化，适用于径向-轴向密封。 图1迷宫密封的形式 迷宫密封的工作原理：由于在转轴的周围依次排列着许多环形密封齿，当气体经过每一个密封齿时，气流经间隙高速进入环形空腔后，突然膨胀而产生强烈的漩涡，使气流的大部分能量转化为热量而散失掉，使焓值恢复到接近于间隙前的值，这时气体压力逐级下降，从而达到密封的效果，如图2所示。

图2迷宫密封的工作原理 文章来源：密封技术网https://www.wendangku.net/doc/da15828309.html,/ 迷宫密封 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截流间隙与膨胀空腔，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。 由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。 一、迷宫密封的密封机理 流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应;对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换;此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。 1、摩阻效 泄露液流在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量(泄露量)减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄露量减小。 2、流束收缩效应

迷宫密封的形式及特点和用途

迷宫密封的形式及特点和用途 、密封的作用及分类 离心式压缩机若要获得良好的运行效果必须在转子与定子间保留一定间隙以避免其间的摩擦磨损以及碰撞损坏等故障的发生同时由于间隙的存在自然会引起级间和轴端的泄漏现象泄漏不仅降低了压缩机的工作效率而且还将导致环境污染甚至着火爆炸等事 故因此泄漏现象是不允许产生的 密封就是保留转子与定子间有适当间隙的前提下避免压缩机级间和轴端泄漏的有效措 施根据压缩机的工作温度压力和气体介质有无公害等条件则密封可选用不同的结构形式 并通称它为密封装置?密封装置按结构特点可分为抽气式迷宫式浮环式机械式和螺旋式 等5种形式一般有毒易燃易爆气体应选用浮环式机械式螺旋式以及抽气式等密封装置如果气体无毒无害升压较低则可选用迷宫式密封装置 二、迷宫密封装置的结构特点 迷宫密封的型式有：直通形迷宫、复合直通形迷宫、参差形迷宫、阶梯形迷宫等四种。图1a 为直通形迷宫，结构简单，形状很像梳齿，密封有很大的直通效应。 图1b为复合直通形迷宫，是台阶和梳齿复合组成的，使密封性能有所改善，但加工复杂，直通效应减弱。 图1c为参差形迷宫，齿间有足够的距离，膨胀腔愈大，密封效果较好。 图1d为阶梯形迷宫，结构在径向尺寸上有所变化，适用于径向-轴向密封。 77'八,八八/"" b) 图1迷宫密封的形式 三迷宫密封的工作原理 为说明迷宫密封装置的密封原理我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析当 气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时气流受到了一次节流作用气流的压力和温度下 降而流速增加经过间隙之后是两密封齿形成的较大空腔如图3-5所示气体在这一空 腔容积增加速度下降并形成旋涡流动产生一定的热能因此气体在这一空腔使温度又回到了节流之前气体每经过一次间隙和随后的较大空腔气流就受到一次节流和扩容作用随着气体流经间隙和空腔数量的增多以及间隙值的减小气体的流速和压降越来越大

有关迷宫式密封祥解

仍以余速进入下一个间隙，如此逐级重复上述过程。 1.4透气效应 在理想迷宫中，认为通过缝口的气流在膨胀室内动能，全部变成热能。也就是说，假定到下一个缝口时的渐近速度等于零，但这只是在膨胀室特别宽阔和特别长时才成立。在一般直通迷宫中，由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分的进行这种速度能(动能)向热能的能量转换，而*光滑壁一侧有一部分气体速度不减小或者只略微减小，直接越过各个齿顶流向低压侧，把这种一掠而过的现象称为“透气效应”。 2迷宫xx的结构型式 迷宫密封按密封齿的结构不同，分为密封片和密封环两大类型。 密封片结构紧凑，运转中与机壳相碰，密封片能向两侧弯曲，减少摩擦，且拆换方便。 密封环由6～8块扇形块组成，装入机壳与转轴中，用弹簧片将每块环压紧在机壳上，弹簧片压紧力约60～100N，当轴与齿环相碰时，齿环自行弹开，避免摩擦。这种结构尺寸较大，加工复杂，齿磨损后将整块密封环调换，因此应用不及密封圈结构广泛。 3理想迷宫的泄露计算 给定下列几个条件： 1)泄露气体是理想气体，不考虑焦尔-汤姆逊效应，即气体的焓只与温度有关；2)假设迷宫是连续的多缝口组成的一个系列，两缝口之间的膨胀室足够大；3)通过缝口的流动作绝热循环膨胀，在这里引用一个流量系数α； 4)通过缝口之后的流动速度能量在膨胀室内因受等压支配而完全作恒温恢复，所以在每一个缝口之前的速度渐近为0，即不发生透气现象。 4直通型迷宫的特性

由于在轴表面加工沟槽或各种形状的齿要比孔内加工容易，因此常把孔加工成光滑面，与带槽或带齿的轴组成迷宫，这就是直通型迷宫，因制作方便，所以直通型迷宫应用最广。但是，直通型迷宫存在着透气现象，其泄露量大于理想迷宫的泄露量。 4.1迷宫特性的影响因素： 1)齿的影响。根据国外所进行的试验得出： 齿距一定时，齿数越多，泄露量越少。齿距改变时，齿距越大，泄露量会急剧下降，同时还可以减少透气现象的影响。 2)膨胀室的影响。国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究，结论是浅的膨胀室对减少泄露量有利。根据对膨胀室流动状态的观察，认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。由于旋涡能很快地把能量耗尽，所以膨胀室的渐近速度减小，起到减小泄露的效果。 3)副室的影响。所谓“副室”是指直通型迷宫光滑面上开的附属槽，开槽后迷宫中的流动状态立即发生明显的变化。试验证明，只要副室的位置恰当，泄露量的减少率是相当大的。 5迷宫式气体xx的间隙 除特殊情况外，一般气轮机、燃气轮机等叶轮机械都采用迷宫式气体密封。其径向间隙应根据以下因素选取： 轴承间隙，制造公差与装配误差，部件的变形（如铸件收缩和失圆），转子的挠度，以及通过临界旋转频率时的振幅，热膨胀以及由此引起的变形等。在多种情况下，热膨胀的影响最突出。因此，对启动与停车时单个部件尺寸的变化，以及部件的相对位移必须预先估算。可用静态和动态有限元算法出随时间变化的热膨胀规律，由此可了解哪些是临界条件，间隙实际上应当多大尺寸。 5.1迷宫xx设计的注意点 总结迷宫密封设计中积累的经验，归纳起来有下列要点：

迷宫密封原理终审稿)

迷宫密封原理 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

迷宫式密封是在密封腔和旋转轴之间，由一组密封齿片形成一系列有规则的节流间隙和膨胀空腔，通过介质的粘性摩擦以及能量的转化产生逐级节流效应，从而实现密封。前几天我们刚学了，呵呵复制过来让大家看看： 为了说明迷宫密封装置的密封原理，我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析，当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时，气流受到了一次节流作用，气流的压力和温度下降，而流速增加。气流经过间隙之后，是两密封齿形成的较大空腔。气体在空腔内容积突然增加，形成很强的旋涡，在容积比间隙容积大很多的空腔中气流速度几乎等于零，动能由于旋涡全部变为热量，加热气体本身，因此，气体在这一空腔内，温度又回到了节流之前，但压力却回升很少，可认为保持流经缝隙时压力。气体每经过一次间隙和随后的较大空腔，气流就受到一次节流和扩容作用，由于旋涡损失了能量，气体压力不断下降，比容及流速均增大。气流经过密封齿后，其压力由p1降至p2，随着压力降低，气体泄漏减小。由上述过程可知，迷宫密封是利用增大局部损失以消耗其能量的方法来阻止气流向外泄漏，因此，它属于流阻形非接触动密封。从上述分析可以看出，密封间隙越小，密封齿数越多，其密封效果就会越好，然而，密封齿数增加到一定数目后，效果提高并不明显，因此，密封齿数不宜过多，叶轮前后的级间密封，一般只设3~6齿，轴端密封设6~35齿。齿顶间隙太大，密封效果较差，若间隙太小，在转子振动或稍有弯曲时又会引起转子与密封齿间的摩擦，所以齿顶间隙也要适宜。

迷宫式密封的工作原理为了说明迷宫密封装置的密封原理，我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析，当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时，气流受到了一次节流作用，气流的压力和温度下降，而流速增加。气流经过间隙之后，是两密封齿形成的较大空腔。气体在空腔内容积突然增加，形成很强的旋涡，在容积比间隙容积大很多的空腔中气流速度几乎等于零，动能由于旋涡全部变为热量，加热气体本身，因此，气体在这一空腔内，温度又回到了节流之前，但压力却回升很少，可认为保持流经缝隙时压力。气体每经过一次间隙和随后的较大空腔，气流就受到一次节流和扩容作用，由于旋涡损失了能量，气体压力不断下降，比容及流速均增大。气流经过密封齿后，其压力由p1降至p2，随着压力降低，气体泄漏减小。由上述过程可知，迷宫密封是利用增大局部损失以消耗其能量的方法来阻止气流向外泄漏，因此，它属于流阻形非接触动密封。从上述分析可以看出，密封间隙越小，密封齿数越多，其密封效果就会越好，然而，密封齿数增加到一定数目后，效果提高并不明显，因此，密封齿数不宜过多，叶轮前后的级间密封，一般只设3~6齿，轴端密封设6~35齿。齿顶间隙太大，密封效果较差，若间隙太小，在转子振动或稍有弯曲时又会引起转子与密封齿间的摩擦，所以齿顶间隙也要适宜。迷宫式密封的结构特点迷宫密封是离心式压缩机级间和轴端最基本的密封形式，根据结构特点的不同，可分为平滑式、曲折式、阶梯式及蜂窝式等四种类型。一、平滑式迷宫密封平滑式迷宫密封有整体和镶片两种结构，它结构简单，便于制造，但密封效果较差。二、曲折式迷宫密封曲折式迷宫密封也分整体和镶片两种结构，这种迷宫

机械密封与迷宫密封比较

机械密封与迷宫密封比较 一、迷宫密封 轴端密封的型式对大容量泵的可靠性日益显得重要。目前国内进口的大容量泵绝大部分采用注入式迷宫密封，采用略高于前置泵进口压力的凝结水，注入固定的密封衬套和旋转的密封轴套之间间隙，轴套外圆加工了多头螺旋槽，运行时相当于一个螺杆泵，将凝结水推向泵内封住热水，一部分热水与密封水混合卸荷至前置泵入口；另一侧通过间隙降压流向泵外，经多级U形水封管进入凝汽器（见图）,这种密封寿命在6年以上。 迷宫密封的轴套和衬套间存在间隙，两者不直接接触，不会引起磨损，对振动及汽化不敏感，无论是材质、加工、安装和运行维护，远比机械密封简单。它的允许线速度可达80m/s，使用寿命至少48000h。迷宫密封泄漏量较机械密封大，调节阀后密封水量每台泵约4m3/h，这项功率消耗相对于高使用寿命得到的效益是微不足道的。 迷宫密封密封水流量 注：密封水调节阀后压力与前置泵入口压力之差压为0.1MPa

二、机械密封 机械密封或浮环密封都是靠动静环的接触面在弹簧力和水膜作用下起到密封的作用，因而对材质、加工工艺及冷却水质均要求很高，只要材质选择不当密封面稍有变形或冷却水质欠佳（含杂质、温度高、瞬间断水等），密封即刻损坏，它们的允许线速度小于60m/s，对振动及汽化非常敏感，国内机械密封使用寿命在8000h左右。 三、机械密封与迷宫密封比较： 四、密封形式的选型说明 对于高速主给水泵目前一般选用迷宫（螺旋）密封或机械密封。机械密封主要是靠动、静环之间形成的水膜来起到密封效果，因此，对零件的加工精度及安装要求较高，泄漏量小，系统布置简单，其使用寿命相对较短（一般8000小时）；而迷宫（螺旋）密封为非接触性密封，因此，对零件加工精度及安装要求较低，泄漏量相对机械密封较大，但其密封水可回收至凝汽器，系统布置相对较复杂，但其最大的特点为使用寿命极长，一般大于6年，平时维修工作量几乎没有。 给水泵我厂推荐选用迷宫（螺旋）密封，因为，经过全国数十家电厂的实际运行，迷宫（螺旋）密封更有利于提高泵的运行可靠性及运行寿命。 对于这两种密封型式，我厂均有大量的运行业绩。最终密封型式可由用户根据自己的经验判断确定型式，我厂都将予以满足。