壓縮機網 >雜志精華>正文

    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>

       【壓縮機網】<接上期——>
     
      三、密封件受力分析:
     
      這里主要分析M點與D點密封件接觸時(實際處理中,可能會盡量避免二者直接接觸),以及它們在個別特殊位置時的受力情況,包括受力大小、方向、變化趨勢等(這里不探討人為控制密封件的有關作用力),目的是方便了解密封件的磨損及控制情況。
     
      不過,高速時密封件離心力的影響不可忽視,包括對密封效果、密封件控制、密封件擠壓、密封件卡槽磨損、以及對定子型面的影響等(參見“密封件控制”),這里不詳細分析,下面以M1、D1、D2點密封件受力為例做簡要分析(其它各點可依此參考)。
     
      1.M1點密封件受力
     
      M1點密封件與D1點密封件側向接觸時,會額外受到D1點密封件的擠壓力,以及來自D1點密封件的摩擦力(作用時間極短),二者均會促使其回縮,前者會促使其向左側卡槽擠壓,后者會促使其向右側卡槽擠壓,可部分抵消側向擠壓,一定程度減輕密封件對其卡槽的擠壓、磨損(滾針)。
     
      M1點密封件接觸行星輥凹面時(圖3,第23曲線對應的曲面),會額外受到來自行星輥凹面的擠壓力和摩擦力(圖17),位置不同、受力不同,擠壓力方向均指向行星輥凹面曲線的圓心,摩擦力方向是行星輥凹面曲線接觸點的切線方向(朝右),兩者均會促使M1點密封件回縮。
     
      M1點密封件位于行星輥凹面右側時,擠壓力和摩擦力對密封件卡槽的側向作用力方向相反,部分抵消,可減輕其對卡槽的擠壓、磨損;M1點密封件位于行星輥凹面左側時,擠壓力和摩擦力對密封件卡槽的側向作用力均朝右,這會加重其對卡槽右側的擠壓、磨損。
     
    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>
     
      2.D1點密封件受力
     
      D1點密封件與M1點密封件接觸時,會額外受到促使其回縮的擠壓力和摩擦力(作用時間極短),兩者在卡槽側壁的作用方向相反,可部分抵消。
     
      D1點密封件接觸定子內壁曲面時(圖3,第16曲線對應的曲面),擠壓力指向定子內壁曲面對應曲線(第16曲線)的圓心,摩擦力方向在接觸點與該曲線相切(朝左):
     
      D1點密封件靠M1點側時(圖18),擠壓力會擠壓D1點密封件卡槽右側壁并促使去回縮,部分抵消摩擦力對左側壁的擠壓;D1點密封件靠B1點側時,擠壓力會擠壓D1點密封件卡槽左側壁并促使其回縮(摩擦力促使其外移),疊加摩擦力對左側壁的擠壓。
     
    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>
     3.D2點密封件受力
     
      M1點密封件從行星輥凹面側向過渡到D2點密封件過程中,D2點密封件會額外受到促使其回縮的擠壓力和促使其外移的摩擦力(作用時間極短),兩個力均會擠壓卡槽左側;
     
      M1點密封件從D2點密封件側向過渡到行星輥凹面過程中,D2點密封件會額外受到促使其回縮并擠壓卡槽右側的擠壓力、以及擠壓卡槽左側的摩擦力,前者對卡槽右側的擠壓是主要的;
     
      D2點密封件接觸定子內壁曲面時(圖3,第21曲線對應的曲面):在靠B2點側,擠壓力會擠壓D2點密封件卡槽右側壁并促使去回縮,部分抵消摩擦力對左側壁的擠壓;在靠M1點側,擠壓力會擠壓D1點密封件卡槽左側壁并促使去回縮,疊加摩擦力對左側壁的擠壓。
     
      4.行星輥圓弧面密封件受力
     
      對于滾針、密封片、小型密封塊,行星輥圓弧面密封件接觸定子圓弧形內壁底部時(第17、20曲線對應曲面,參見圖3、4、13),其密封件受到的擠壓力(包括離心力)指向轉子軸心及行星輥軸心,理論上垂直于接觸面的切線方向,不會對密封件卡槽側壁形成擠壓,其垂直于卡槽側壁面的摩擦力(切線方向)會對卡槽左側壁產生一定擠壓,不過作用時間極短,磨損幾乎可以忽略。
     
      對于較大型密封塊,擠壓力及摩擦力對卡槽側壁的擠壓、磨損不可忽視。
     
      四、密封件控制
     
      密封件控制是指為確保密封件通過性、密封壓力、良好潤滑(詳見“密封件潤滑”),對密封件所進行的回縮或外移等相應控制,在控制方式上包括工質壓差、潤滑油液壓、彈簧壓力、離心力等(相對于定子內壁面,行星輥密封件離心力與密封壓力的方向一致,這里僅粗略探討)。
     
      行星輥密封件的常態分為“常凸”(凸出在卡槽外面)、“常凹”(凹進在卡槽里面),對于M點密封件,只能采用“常凸”狀態,以確保其隨時與轉子圓周面接觸密封。
     
      對于行星輥圓弧面(含D點)密封件,兩種常態均可采用,各有利弊:
     
      常凹狀態:不需過多修正轉子腔槽型線,但密封件回縮控制頻繁、響應速度受限,若控制響應不及時,則會發生碰撞,高速時的響應速度受限,可靠性尤為關鍵;
     
      常凸狀態:可直接利用密封件自然的接觸壓力及時保持密封狀態,響應迅速,不需額外增設機構,只需對轉子腔槽型線做適當修正,可靠確保密封件與G點不發生碰撞(若無特別說明,后面均以常凸狀態進行探討),但修正后的轉子腔槽型線,不得影響M1點密封件從D2點密封件到G2點的平滑過渡。
     
      1.M點密封件控制
     
      M點密封件控制較簡單,其接觸面受工質對其反向擠壓,密封壓力會隨工質壓差增大而減小,可直接從密封件卡槽入口直接引入工質壓差以平衡密封壓力。必要時,可在M點附近高壓側適當位置開設直通卡槽的“壓力平衡孔”直接或間接調控壓差,孔口大小可隨壓差成正比變化、或卡槽內密封件受壓面積適度大于其密封面受力面積,以確保密封壓力保持在合理范圍。
     
      對于工作機,為進一步降低M1點、D2點兩密封件之間的擠壓強度(確保平滑過渡),必要時可使壓力平衡孔與M1點保持適度橫向距離(短暫失效),通過“密閉空間”的工質壓差降低M1點密封壓力,同時,這也為原動機D2點密封件控制提供了方便(詳見“D點密封件控制”)。
     
      2.D點密封件控制
     
      對D點密封件的控制,主要控制其在卡槽內的移動,以確保其通過性、密封壓力,控制方式包括:
     
      液壓控制:通過潤滑油直接控制D點密封件在其卡槽內的移動,即在行星輥端面密封環上開設對應的液壓控制孔(圖23),該孔轉到對應位置即與轉子腔槽側壁的潤滑油孔接通以實施控制;
      工質壓差控制:通過密封件卡槽入口或特定孔道,利用工質壓差直接或間接控制密封件移動。
     
      密封壓力受彈簧壓力、離心力、摩擦力、工質壓差等眾多因素影響,其中離心力、工質壓差對D點密封壓力的影響:
     
      對于D1點密封件,其在定子內壁曲面(圖3:第16曲線對應曲面)任意點的密封壓力方向,均經過該曲面對應曲線的圓心(圖19)。在不考慮工質壓差、摩擦力等有關情況下(具體應用中必須考慮),該曲線起點(M1點)、θ點(圖20:θ——密封件移動方向與橫坐標軸的夾角)、B1點的密封壓力分別為(假設三個點的離心力f、彈簧壓力FT分別相同):
     
      M1點密封壓力:FM1=f+FT/cos(φM1)
     
      離心力與密封件移動方向一致(θ點)時的密封壓力:Fθ=f+ FT
     
      B1點密封壓力:FB1=f+FT/cos(φB1)
     
      不難看出,密封壓力在M1點、B1點時較高、θ點最低,與工質壓差的單向變化趨勢不一致。不過,D1點密封件從M1點到B1點過程中:
     
      對于原動機,其密封點高壓側(左側)的工質受力面積逐漸增大,工質壓差逐漸減小,對于工作機,其密封點高壓側(右側)的工質受力面積逐漸減小,工質壓差逐漸增大,這反映出密封件受到的工質壓力變化對密封壓力變化影響不大,密封壓力變化主要受密封件擠壓影響(包括彈簧壓力及液壓力)。
     
    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>

    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>
    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>
     
     
      必要時,還可在D1點密封件卡槽高壓側對應的定子及轉子側壁適當位置,進一步開設直通卡槽適當位置的“導壓槽孔”(圖21),通過工質壓差直接或間接控制其回縮、或外移。
     
      對于D2點密封件,其密封壓力變化趨勢與D1點密封件相似。為確保通過性,必要時,可利用D2點與M1點之間“密閉空間”(圖10)里的工質壓差快速升高的特性,直接或間接控制D2點密封件回縮、或外移(同時還會促使M1點密封件回縮或外移),甚至還可在適當位置開設“導壓槽孔”(圖22)以增強控制能力。
     
    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>
      3.行星輥圓弧面密封件控制
     
      在定子內壁右側B1點至B4這段圓弧面,由行星輥右側圓弧面D1點至D4點之間密封件負責密封,密封壓力、密封件移動、以及離心力方向均通過行星輥軸心及轉子軸心,即與密封件卡槽方向一致(理論上),可直接利用工質壓差控制密封壓力。
     
      在轉子腔槽內,工質壓差對密封的影響大大減弱,且有多個密封件同時參與密封,各密封件的密封壓力可適度降低,彈簧壓力、離心力、腔槽底部型線修正等均能滿足密封壓力要求。
     
      在密封件通過性方面,無論行星輥圓弧面密封件常態為“常凸”或“常凹”,均可通過行星輥端面的“液壓控制孔”(圖23)對其進行時時控制,即密封件處于非接觸狀態時,控制其回縮或外移,以順利通過G點并進入轉子腔槽。
    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>

      五、密封件潤滑
     
      密封件潤滑主要是針對M點、D點、行星輥圓弧面密封件處于密封狀態時(包括轉子腔槽)的潤滑。若采用滾針,M點密封件潤滑油直接從定子潤滑油道進入滾針油槽,通過輔助滾針或滾針護墊上的“油槽”給密封滾針涂抹一層極薄的潤滑油(可大大降低潤滑油消耗量),而行星輥密封件潤滑油則從行星輥端面的“潤滑油入口”(圖15、16)進入滾針“油槽”,然后再從“潤滑油出口”進入循環(兼具冷卻作用)。滾針潤滑相對較簡單,后面不再探討。
     
      若采用其他密封件(密封片、密封塊、密封角等),最簡單有效的潤滑方式是在轉子G1點、G3點附近圓周面開設潤滑油噴口(單向,后同),直接給定子內壁底部噴射潤滑油,其他潤滑方式主要有:
     
      擠壓潤滑:通過密封件受到擠壓回縮接通潤滑油通道,響應迅速,可靠性高,但密封件回縮位移量極小,不便直接用于開啟潤滑油通道,可能需要利用液壓放大后的位移量去控制潤滑油通道。
      液壓潤滑:行星輥圓弧面(含D點)密封件即將處于密封狀態時,行星輥端面密封環上特定對應位置的“液壓控制孔”(圖23)與轉子腔槽側壁上的潤滑油孔道接通,可準確響應控制。
     
      必要時,可通過設置兩個“液壓控制孔”,以便切換接通行星輥圓弧面前進側的潤滑油噴口。
     
      擠壓潤滑、液壓潤滑兩種方式均需在密封件前進側旁適當位置開設潤滑油噴口,實現準確、微距、微量噴射潤滑油,不過結構相對較復雜、噴射量不易準確把控。
     
      涂抹潤滑:行星輥圓弧面(包括D點)密封件經過轉子腔槽時,通過轉子腔槽底部特定位置的潤滑油噴口(需在行星輥端面與轉子腔槽側壁之間適當位置設置啟動機關)、或涂抹滾針(密封件擠壓開啟)涂抹適量潤滑油,既可潤滑轉子腔槽底部,還可用于潤滑定子曲面(D點)及圓弧面,該潤滑方式可省去行星輥上較復雜的潤滑機制,控制簡單。
     
      在潤滑方式的控制方面,必要時可充分利用摩擦力方向、離心力方向進行控制:
     
      對于摩擦力方向,其始終與行星輥密封件運動方向相反,而潤滑油又必須噴射在密封件前進方向側,二者剛好反向對應。不過,對這種方向信號的利用不易實施,難度較大。
     
      對于離心力方向,行星輥圓弧面上各密封件進入轉子腔槽后,其離心力會在不同位置、不同程度促使密封件回縮。離心力方向在密封件回縮移動方向附近時,離心力回縮影響接近最大,如彈簧壓力合適,此時可接通潤滑通道以潤滑轉子腔槽,可大大簡化潤滑油控制機制。不過,離心力大小受轉速影響較大,應用環境受限。
     
      另外,必要時還可利用行星輥上密封件所受離心力在上、下、左、右的方向性變化特性(基本對應了密封件在定子內壁、轉子腔槽的接觸密封關系),通過每個密封件對應的離心力“方向響應器”及時接通某個密封件前進方向的潤滑油噴口。“方向響應器”的結構雖簡單,但較占用空間位置,僅適用于大直徑的結構。
     
    行星式流體能量轉換結構密封難點分析<二>
     
     
      1.M點密封件潤滑
     
      M點密封件可采用滾針、密封片,滾針的潤滑隨時接通,接觸即可潤滑,不需額外控制,密封片需采用擠壓潤滑、液壓潤滑:
     
      對于普通流體機械,潤滑油噴口開設在進口側M點旁邊、必要時可開設在密封片卡槽內(直接噴射到轉子圓周面),盡量縮短噴射距離,M點密封件長期處于密封狀態,不需額外過多控制。若需控制潤滑油量,可利用工質壓差直接控制。
     
      對于轉子發動機,M1點密封件位于燃燒室側,高溫高壓,壓差極大,對密封、潤滑要求極高,潤滑油可在M2點進口側噴射到轉子圓周面(潤滑M1點密封件),經過M1點后潤滑油很快即被高溫燃氣破壞。
     
      M2點密封件位于進出口側,進口側低溫低壓,方便噴射潤滑油以潤滑M1點密封件,出口側壓差低,對密封要求不高,但高溫,不方便直接噴射潤滑油到轉子圓周面(宜采用滾針)。為確保M2點密封件的良好潤滑,需在出口側M2點密封件卡槽內或其附近開設潤滑油噴口,必要可在噴口附近適當位置增設高壓隔熱氣簾(耗氣量極?。?,保護噴出的潤滑油不接觸高溫廢氣。
     
      2.行星輥密封件潤滑:
     
      行星輥潤滑包括對行星輥圓弧面(包括D點)、端面密封件的潤滑,采用密封片、密封塊、密封角時,在行星輥圓弧面或密封件卡槽內適當位置開設有潤滑油噴口,可采用擠壓潤滑、液壓潤滑、或涂抹潤滑(被動潤滑)。
     
      行星輥圓弧面(包括D點)密封件潤滑:
     
      行星輥圓弧面潤滑包括行星輥圓弧面與定子內壁面之間的潤滑,以及行星輥圓弧面與轉子腔槽底部之間的潤滑,在主動潤滑方面(通過行星輥主動提供潤滑),可采用液壓潤滑,或利用轉子腔槽密封修正型線擠壓潤滑、或者利用離心力方向變化提供擠壓潤滑。
     
      行星輥端面密封件潤滑:
     
      行星輥端面潤滑包括行星輥端面與轉子腔槽側壁面之間的潤滑、與工作腔定子側壁面之間的潤滑、以及行星輥圓弧面密封件兩端與齒形密封條之間的潤滑,可能需多道密封(圖23),行星輥潤滑油通道(明道)經過此處,潤滑方便。
     
      另外,行星輥端面各點軌跡交叉重疊較多,即最外側密封件與內側潤滑油道的軌跡重疊較多,這有利于最外側密封件的潤滑。
     
      3.轉子腔槽潤滑
     
      轉子腔槽潤滑實際就是行星輥圓弧面與轉子腔槽底部之間的潤滑,在主動潤滑方面(通過轉子腔槽主動提供潤滑),可在轉子腔槽底部適當位置設置潤滑油噴射口或者潤滑油涂抹滾針,通過擠壓潤滑、液壓潤滑、或涂抹潤滑等方式,直接對行星輥圓弧面密封件噴射、涂抹潤滑油。
     
      六、總結:
     
      從上面的粗略探討不難發現,該結構在密封潤滑方面有諸多選擇方案,并不存在難以實施的技術難題,充分利用其在結構、運行原理方面的特性,大多數使用環境均可實現較理想的密封潤滑。雖其密封件較多、看似復雜,但換來的卻是磨損被分攤到多個密封件,可靠性大大增強。
     
      若采用多個行星輥(圖24、25,適宜大直徑結構),行星輥圓弧面更少,密封、潤滑更方便。
     
      在空氣壓縮方面,若作為壓縮機后級與透平式結構聯合使用,可大大減少壓縮機級數,輕易實現大流量、高壓比,效率可明顯提升。
     

    來源:本站原創

    標簽: 能量轉換流體行星  

    網友評論

    條評論

    最新評論

    今日推薦

    主站蜘蛛池模板: 国产成人精品无码一区二区老年人 | 美女视频黄a视频全免费网站一区| 久久久综合亚洲色一区二区三区| 亚洲愉拍一区二区三区| 一区二区三区日本电影| 成人毛片无码一区二区| 美女啪啪一区二区三区| 国产在线精品一区二区不卡麻豆| 无码少妇一区二区三区芒果| 无码人妻视频一区二区三区 | 色欲综合一区二区三区| 一区二区日韩国产精品| 免费无码A片一区二三区| 亚洲AⅤ视频一区二区三区| 国产一区二区三区在线免费| 韩国精品一区视频在线播放| 亚洲大尺度无码无码专线一区| 亚洲av鲁丝一区二区三区| 久久se精品一区二区| 国产在线精品一区二区高清不卡| 一区二区三区日本电影| 中文字幕日韩一区二区三区不| 视频在线观看一区二区三区| 一区二区三区观看| 亚洲国产综合无码一区二区二三区| 国产成人一区二区三区高清| 波多野结衣中文字幕一区| 美女福利视频一区二区| 三上悠亚日韩精品一区在线| 中文字幕一区二区视频| 亚洲国产精品一区二区成人片国内| 国产av熟女一区二区三区| 亚洲综合无码一区二区| 亚洲日本久久一区二区va| 国内精品一区二区三区在线观看| 午夜肉伦伦影院久久精品免费看国产一区二区三区 | 中文字幕一区二区三区在线不卡| 波多野结衣免费一区视频| 无码精品人妻一区二区三区人妻斩 | 无码人妻精品一区二区三区东京热| 亚洲国产一区国产亚洲|