【壓縮機網(wǎng)】密封潤滑一直是回旋容積式流體機械的老大難問題，渦旋式、羅茨式、螺桿式、齒輪式、滑片式等眾多主流結(jié)構(gòu)形式，可補償?shù)拿芊鈫栴}（接觸密封）均難理想解決，采用較多的主要是非接觸式的微間隙密封（效果有限），或者犧牲密封性能放棄補償，機械性能難以充分發(fā)揮。

 

　　“行星式流體能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)”屬于一種容積式的回旋結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)原理詳見《壓縮機》雜志2019年第10期），其結(jié)構(gòu)對稱、轉(zhuǎn)子同心旋轉(zhuǎn)、行星輥平動公轉(zhuǎn)，在冷卻（必要時可通過輸出軸、轉(zhuǎn)子、行星輥軸及行星輥形成冷卻道，后同）、密封、潤滑等方面均存在較理想的實施條件，雖看似復(fù)雜，但效果佳、磨損小（行星輥多個密封件分段輪流負(fù)責(zé)密封），在大流量、高壓差等方面具有較明顯優(yōu)勢（圖1為軸向剖視圖，圖2為徑向剖視圖，圖3為工作腔輪廓線圖，圖4為行星輥橫截面輪廓線圖）。下面重點從主要密封件通過性、受力、控制、潤滑等方面做一些粗略性探討。

　　一、密封件通過性分析：

 

　　為增強密封效果及強度，M、D、G點密封件接觸密封處均進行了不同程度的倒圓處理，這會破壞相應(yīng)型線，亦破壞了密封件在該“三點相遇”時的通過性（說明：若未指明，文中D點通指與D1、D2、D3、D4點相關(guān)的點，M點通指M1、M2點，G點通指與G1、G2、G3、G4點相關(guān)的點，后同）。

 

　　“三點相遇”（圖7、圖8）出現(xiàn)在行星輥經(jīng)過M1點的過程中，僅需在D1、M1、D2三個密封點中保留M1點的密封性能，即可確保D1、D2點密封件與M1點密封件之間相互避讓、平滑過渡（避免嚴(yán)重擠壓、碰撞）。下面就“三點相遇”、行星輥圓弧面（包括D點）密封件順利通過G點進入轉(zhuǎn)子腔槽做一些粗略探討（若未特別說明，行星輥上密封件的常態(tài)均為“常凸”，后同）。

 

　　1.D點運動特性

 

　　圖5所示，結(jié)合圖3，行星輥D1點運動軌跡是以（a、b）為圓心、行星輥軸心軌跡半徑R1為半徑的圓（D2、D3、D4點軌跡圓的圓心分別為（-a、b）、（-a、-b）、（a、-b），半徑均為R1），D1點只負(fù)責(zé)從M1點到B1點這段定子內(nèi)壁曲面的密封（第一曲線16對應(yīng)的曲面），大約相當(dāng)于定子內(nèi)壁圓周的六分之一（D1點密封件磨損會大大降低）。

 

　　在M1點時（轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，后同），D1點運動方向為其軌跡圓在M1點的切線方向（圖6），其速度v在橫坐標(biāo)的分量為vx、縱坐標(biāo)的分量為vy,為避免D1點與M1點的密封件之間出現(xiàn)強烈擠壓或碰撞，確保它們側(cè)向滑過（可適度擠壓），須適度控制它們之間接觸的方式及時機。

 

　　2. M、D、G點密封件通過性

 

　　由于M、D點密封件接觸面外形均不是理論型線，其接觸點均不是理論上的點，客觀上M、D、G三點只是近似的靠近，不可能真正三點合一的接觸，密封件之間的合理避讓尤為重要，當(dāng)然，M、D點密封件接觸面的外形須合理設(shè)計。

 

　　M1點從G1點過渡到D1點：G1點運動到M1點時（圖7），D1點密封件弧形接觸面可略低于M1點（視設(shè)計要求而定）、即D1點延時出現(xiàn)（避免兩點過早相遇），同時，被約束在G1點附近轉(zhuǎn)子腔槽內(nèi)的D1點密封件（如滾針、密封角等）只能隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)（順時針方向，后同）而逐漸被釋放，可確保D1點與M1點的密封件之間側(cè)向平滑過渡，避免正面接觸、擠壓；

 

　　M1點從D1點過渡到行星輥凹面：此時D1點密封件型面需適度突破行星輥凹面，以免M1點密封件與行星輥凹面之間出現(xiàn)碰撞；

 

　　M1點從行星輥凹面過渡到D2點：此時（圖8）M1、D2點密封件分別受定子內(nèi)壁及行星輥凹面型線限制，密封點逐漸靠近理論位置，可大大提升通過性，確保其與M1點密封件之間側(cè)向平滑過渡；
 

　　M1點從D2點過渡到G2點:此時須確保D2點密封件略高于G2點，以便M1點平滑過渡到G2點。

 

　　在行星輥經(jīng)過M1點附近時（圖10），理論上至少存在雙重密封（進出口分別位于M1點兩側(cè)一定距離外），即M1點與行星輥凹面（第23曲線對應(yīng)的曲面）之間的密封、D1點與第一曲線對應(yīng)的曲面之間的密封、或D2點與第二曲線對應(yīng)的曲面之間的密封，此時，只需保留M1點與行星輥凹面之間的密封即可，這為解決D1點、D2點密封件順利通過M1點密封件提供了便利條件。

 

　　3.行星輥圓弧面密封件（包括D點）進入轉(zhuǎn)子腔槽的通過性

 

　　若行星輥圓弧面密封件的常態(tài)為 “常凸”（突破行星輥圓弧面實際型線）：

 

　　轉(zhuǎn)子腔槽型線直徑略大于行星輥密封件常凸外沿直徑時，可確保行星輥圓弧面密封件順利通過G點，僅需在轉(zhuǎn)子腔槽內(nèi)適當(dāng)位置修正型線以確保密封效果；

 

　　轉(zhuǎn)子腔槽型線直徑略小于行星輥密封件常凸外沿直徑時，須通過“液壓控制孔”對行星輥圓弧面密封件進行時時控制（詳見“密封件控制”），才能確保其順利通過G點。

 

　　4.型線修正

 

　　定子內(nèi)壁M點附近、以及行星輥D點附近的理論型線均呈較尖銳的角度，不適宜密封件接觸點外形。為確保密封效果及通過性，M點及D點密封件接觸面外形須進行類似圓弧形的平滑處理（會突破其理論型線，如滾針等，圖9），但這又會導(dǎo)致密封件實際外形與對應(yīng)密封面的理論型線之間不匹配，出現(xiàn)極小范圍的突破，所以必要時可對M點附近型線，以及D點附近行星輥凹面型線（或全部凹面）做相應(yīng)修正（這里不深入探討任何具體的型線修正方案，后同）。另外：

 

　　G1點附近轉(zhuǎn)子腔槽內(nèi)壁型線適度修正，確保D1點密封件與M1點密封件之間側(cè)向、平滑過渡；

 

　　G1點附近轉(zhuǎn)子圓周面型線適度修正，確保M1點密封件從G1點圓周面平滑過渡到D1點密封件；

 

　　G2點附近轉(zhuǎn)子腔槽內(nèi)壁型線適度修正，確保D1點密封件順利進入G2點附近轉(zhuǎn)子腔槽、并減輕D2點密封件與M1點密封件之間的擠壓強度；

 

　　G2點附近轉(zhuǎn)子圓周面型線適度修正，確保M1點密封件從D2點密封件平滑過渡到轉(zhuǎn)子圓周面；

 

　　轉(zhuǎn)子腔槽內(nèi)壁適當(dāng)位置型線修正（圖11），確保行星輥圓弧面在腔槽內(nèi)的密封效果。

 

　　須注意的是，D點位于M點附近時（圖10），M點附近定子曲面對應(yīng)曲線與D點附近行星輥凹面對應(yīng)曲線之間相距極近、幾乎重疊，須避免密封件及其附件（滾針夾等，后同）對相關(guān)型面以及該部分型面相互之間的接觸擠壓。

 

　　二、密封件

 

　　作為流體機械，應(yīng)用環(huán)境極其復(fù)雜，對密封件的要求各異，這里僅就滾針、密封片、密封角（D點）、密封塊、齒形密封條等做一些粗略性探討（圖12）。

 

　　對于行星輥圓弧面（圖3：第22、24曲線對應(yīng)的圓弧面），其經(jīng)過定子內(nèi)壁底部圓弧面（圖3：第17、20圓弧線對應(yīng)的圓弧面）時，行星輥圓弧面上每次均有1-3個密封件同時參與密封（圖13：滾針或密封片），每個密封件僅需負(fù)責(zé)極短距離的密封，密封效果好，磨損極小。

 

　　1.滾針

 

　　滾針是具一定自潤滑功能的圓柱體（必要時可增設(shè)軸向補償），可將滑動摩擦適度轉(zhuǎn)化為滾動摩擦，滾針最好與滾針護墊配套使用（滾針護墊上開設(shè)有潤滑油槽），既保護滾針又方便滾針潤滑，必要時可增設(shè)輔助滾針（控制潤滑油供應(yīng)量，隔熱保護潤滑油）。若行星輥上滾針的常態(tài)設(shè)為常凸（凸出行星輥圓弧面），必要時需與滾針夾（圖12）配套使用，以便滾針及時回縮控制（及時凹進行星輥圓弧面，以免滾針與G點發(fā)送碰撞）。

 

　　優(yōu)點：滾動摩擦小，潤滑方便，對定子內(nèi)壁面磨損小，方便在不同密封件之間（M點與D點）相互避讓、平滑過渡。對于大直徑流體機械結(jié)構(gòu)，滾針內(nèi)部還可開設(shè)冷卻孔。

 

　　缺點：結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，滾針直徑不宜太小，較占用位置空間，制約整體布局；滾針與滾針槽（夾）口唇部內(nèi)壁之間屬滑動摩擦，存在一定磨損，嚴(yán)重時會影響口唇部強度；滾針槽（夾）口唇部難以冷卻，高溫時會出現(xiàn)油污（少量油污對口唇部具保護作用），嚴(yán)重時可能會影響滾針轉(zhuǎn)到；滾針會對滾針槽（夾）口唇部頻繁擠壓，對材料強度要求較高。

 

　　2.密封片

 

　　密封片橫截面呈矩形，密封接觸面須適度倒圓，可用于M點、行星輥D點及圓弧面，必要時可增設(shè)軸向補償（菱封等），行星輥上的密封片須增設(shè)防脫卡（圖16），限制其外移程度，防止其過分脫出或脫離行星輥。

 

　　優(yōu)點：密封件本身結(jié)構(gòu)簡單，成本低，密封效果好，控制容易，耐用。

 

　　缺點：滑動摩擦相對較大，M、D點密封件接觸面外形可能因磨損而改變（嚴(yán)重時可能會影響密封效果），行星輥圓弧面密封片潤滑、控制較復(fù)雜（詳見“密封件控制”、“密封件潤滑”）。

 

　　3.密封角

 

　　密封角是D點專用密封件（圖14），設(shè)有防脫卡，其密封接觸面為圓形（與D點旁的兩條圓弧線相切），右側(cè)型線為行星輥圓弧面的理論圓弧線（須視情況而定），弧線長度須確保D1點密封件與M1點密封件之間側(cè)向、平滑過渡（避免密封角過早從卡槽外移）；左側(cè)型線為行星輥凹面的理論圓弧線（須視情況而定），弧線長度須確保M1點密封件從D1點密封件平滑過渡到行星輥凹面。

 

　　基于以上要求，應(yīng)滿足條件：β<α，α為密封角右側(cè)圓弧線相對于行星輥軸心的夾角，β為密封角左側(cè)圓弧線相對于D1點軌跡圓心的夾角（圖14）。

 

　　優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，方便M1點密封件與D1、D2點密封件之間側(cè)向平滑過渡，以及M1點密封件在D1、D2點密封件與行星輥凹面之間平滑過渡。

 

　　缺點：加工、潤滑難度偏大，圓弧形接觸面可能會因長期磨損而變得尖銳，影響密封效果。

 

　　4.密封塊

 

　　密封塊主要應(yīng)用于行星輥圓弧面（一個或多個），橫截面類似于矩形、或T型等，比普通密封片寬，可減少密封件數(shù)量，降低潤滑油消耗（潤滑油噴射量不易控制，可減少噴射次數(shù)），方便控制，不過。須注意密封塊過寬對其卡槽的側(cè)向擠壓，以及密封塊自身的側(cè)向強度。

 

　　必要時，可在密封塊表面適當(dāng)位置開設(shè)潤滑油噴口、壓力平衡孔等。

 

　　5.齒形密封條

 

　　齒形密封條是一種外沿呈齒形狀的弧形密封條（圖12），可在行星輥軸向進行補償，在徑向上可視情況確定是否進行補償。是行星輥圓弧面的第一道密封件（圖15、圖16），既負(fù)責(zé)行星輥端面的密封，又負(fù)責(zé)行星輥圓弧面密封件之間在端部空隙處（徑向移動產(chǎn)生的空隙）的密封。

 

　　6.行星輥端面密封

 

　　行星輥端面位置有限，情況復(fù)雜，在密封方面需要同時考慮到：行星輥端面四周密封（包括齒形密封條）、行星輥端面潤滑油道、至行星輥內(nèi)部的潤滑油通道、密封件液壓控制油道、端面潤滑油保護墻（密封條）。對于發(fā)動機，必要時還可能設(shè)置多道潤滑油保護墻。當(dāng)然，行星輥端面密封、潤滑需視具體情況而定，圖15、16屬于在密封、潤滑、冷卻、控制等方面的示意圖。

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