Что такое лабиринтное уплотнение из PEEK?

Что такое лабиринтное уплотнение?

Лабиринтное уплотнение состоит из ряда кольцевых уплотнительных зубцов, расположенных вокруг вращающегося вала. Зазоры и расширительные камеры между зубцами создают извилистый путь, вызывая дросселирующий эффект, который препятствует утечке при прохождении рабочей среды через лабиринт.

Так как между ротором и корпусом уплотнения имеется зазор и отсутствует твердый контакт, смазка не требуется. Такая конструкция допускает тепловое расширение и подходит для условий высоких температур, давления и скоростей вращения. Широко применяется в паровых и газовых турбинах, компрессорах, воздуходувках и в качестве предварительного уплотнения для других динамических уплотнений.

Механизм уплотнения лабиринтных уплотнений

«Лабиринтный эффект» — это явление сопротивления потоку жидкости или газа, проходящего через лабиринт, что приводит к снижению утечки. Основные механизмы включают:

1. Эффект трения

Вязкость жидкости вызывает трение, замедляющее поток и уменьшающее утечку. Длинные, изогнутые каналы с острыми зубцами обеспечивают большее сопротивление.

2. Эффект сжатия струи

Поток сжимается при прохождении через узкие зазоры. Коэффициенты сжатия и скорости определяют расход. Острые зубцы имеют коэффициент ~0,7, закругленные — около 1,0.

3. Термодинамический эффект

Газ ускоряется и сжимается у входа в зазор, затем резко расширяется в камере, создавая вихри и преобразуя кинетическую энергию в тепловую.

4. Эффект просачивания

В компактных камерах не вся энергия превращается в тепло. Часть газа обходит вихревую зону и проходит прямо — это называется эффектом просачивания.

Конструктивные типы лабиринтных уплотнений

• Уплотнительные пластины: компактны, могут гнуться при контакте с корпусом, легко заменяются.

• Уплотнительные кольца: состоят из 6–8 сегментов, прижимаемых пружинами. Более сложны, заменяются полностью при износе.

Расчёт утечек в идеальном лабиринте

Принимаются следующие допущения:

• Идеальное газовое поведение.

• Серия зазоров с большими расширительными камерами.

• Адиабатическое расширение с коэффициентом α.

• Полная конверсия энергии в тепловую без эффекта просачивания.

Прямая конструкция лабиринта

Вал с канавками или зубцами проще в производстве, чем корпус с ними. Такая конструкция наиболее распространена, но она подвержена большему эффекту просачивания.

Факторы влияния:

• Большее количество зубцов и шаг снижают утечку.

• Неглубокие расширительные камеры создают нестабильные вихри, эффективно уменьшая утечку.

• Боковые пазы (вторичные камеры) могут значительно снизить утечку при правильном расположении.

Зазоры в лабиринтных газовых уплотнениях

Используются в турбинах и других вращающихся машинах. Зазоры зависят от:

• Подшипников, допусков, теплового расширения, деформаций, колебаний, критических скоростей.

Обычно рассчитываются с использованием методов конечных элементов.

Основные рекомендации по проектированию

1. Максимизировать переход кинетической энергии в тепловую, избегать остаточной скорости.

2. Делать зубцы острыми и тонкими (менее 0,5 мм) для предотвращения перегрева.

3. При уплотнении токсичных/взрывоопасных газов использовать инертные газы или вакуумные системы.

Почему стоит выбрать PEEK Лабиринтное Уплотнение?

PEEK (полиэфирэфиркетон) — это высокотемпературный полимер, идеально подходящий для лабиринтных уплотнений:

• Температурная стойкость до 260°C

• Отличная химическая стойкость

• Без необходимости смазки

• Износостойкость и низкое трение

• Легкий и не подвержен коррозии

• Надежная стабильность и прочность