風(fēng)電齒輪箱中的迷宮密封
2019-12-13 南京安維士傳動(dòng)技術(shù)股份有限公司高級(jí)工程師 柴豐進(jìn)
1.齒輪箱的軸端密封
風(fēng)電齒輪箱中的齒輪和軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程需要潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，故而必須考慮潤(rùn)滑油的密封，防止?jié)櫥托孤段廴经h(huán)境甚至造成故障。
由于風(fēng)電齒輪箱中的齒輪和軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使油溫升高，同時(shí)存在箱內(nèi)外不均的氣壓，潤(rùn)滑油很容易發(fā)生漏油、甩油等問題。為了減小泄露損失，保證齒輪箱高效工作，常見的一種齒輪箱的軸端密封就是非接觸式迷宮密封。
2.迷宮密封的原理
迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個(gè)依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時(shí)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。流體通過迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機(jī)能稱為“迷宮效應(yīng)”。對(duì)液體，有流體力學(xué)效應(yīng)，其中包括水力磨阻效應(yīng)、流束收縮效應(yīng)；對(duì)氣體，還有熱力學(xué)效應(yīng)，即氣體在迷宮中因壓縮或者膨脹而產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換；此外，還有“透氣效應(yīng)”等。而迷宮效應(yīng)則是這些效應(yīng)的綜合反應(yīng)。
圖(1)流體通過迷宮產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)
由于迷宮密封的轉(zhuǎn)子和機(jī)殼間存在間隙，無固體接觸，毋須潤(rùn)滑，并允許有熱膨脹，適應(yīng)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速頻率的場(chǎng)合，這種密封形式被廣泛用于汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的軸端和各級(jí)間的密封，其他的動(dòng)密封的前置密封。
3.迷宮密封的常見形式
理想的迷宮流道模型，它是由一個(gè)個(gè)環(huán)形齒隙和齒間空腔串聯(lián)而成的。實(shí)際設(shè)計(jì)的迷宮密封有各種形式，如圖(2)所示。
圖(2)迷宮密封的常見形式
4.迷宮結(jié)構(gòu)的密封效果
由于風(fēng)電齒輪箱的潤(rùn)滑油是液態(tài)流體，潤(rùn)滑油經(jīng)過迷宮結(jié)構(gòu)時(shí)，主要受摩阻效應(yīng)和流束收縮效應(yīng)影響。
摩阻效應(yīng)是指泄漏液體在迷宮中流動(dòng)時(shí)，因液體粘性而產(chǎn)生的摩擦，使流速減慢流量（泄漏量）減少。簡(jiǎn)單說來，流體沿流道的沿程摩擦和局部磨阻構(gòu)成了磨阻效應(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)和幾何形狀有關(guān)。一般是：在流道截面一定的情況下，當(dāng)流道長(zhǎng)、拐彎急、齒時(shí)，壓差損失顯著，泄漏量減小。
流束收縮效應(yīng)是指流體通過迷宮縫口，會(huì)因慣性的影響而產(chǎn)生收縮，流束的截面減小，主要受縫口面積影響。
因此，要想達(dá)到良好的密封效果，迷宮密封結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)合理的環(huán)齒密封，使得液體經(jīng)過的迷宮滿足縫口小、流道長(zhǎng)、拐彎急、齒的特點(diǎn)。
5.其他影響因素
風(fēng)電齒輪箱的軸端密封的實(shí)際密封效果不僅與密封結(jié)構(gòu)相關(guān)，還與潤(rùn)滑油量、油壓、回油結(jié)構(gòu)以及內(nèi)外腔氣壓差等相關(guān)。因此，為保證齒輪箱的軸端密封，除了應(yīng)設(shè)計(jì)良好的密封結(jié)構(gòu)，還應(yīng)控制合適的油量和油壓、保證潤(rùn)滑油回油通道順暢、采用合適的裝置平衡內(nèi)外腔氣壓等。
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