Лабиринтные уплотнения

Практическое использование процесса дросселирования

Дросселирование всегда уменьшает работоспособность рабочего тела, поэтому в большинстве случаев является вредным процессом. Однако зачастую оно является необходимым и достаточно широко применяется в технике. Так, в частности, на эффекте дросселирования основана работа многих измерительных приборов (мерные шайбы, трубки и др.), явление дросселирования используется при регулировании тепловых машин (турбин, ДВС и др.), в гидравлических и пневматических системах автомобилей, строительных и дорожных машин, механизмов подъемно-транспортных машин.

В карбюраторах двигателей внутреннего сгорания в качестве одного из основных регулирующих элементов применяется дроссельная заслонка, являющаяся, по существу, дроссельным клапаном.

В холодильной технике дросселирование используется для получения низких температур. Иногда дросселированием получают перегретый пар.

Для уменьшения утечек между ступенями лопаточных компрессоров и турбин, а также из пространства за последней ступенью компрессоров применяют лабиринтные уплотнения, в которых также используется явление дросселирования. Рассмотрим схематическое устройство уплотнения, представленное на рис.7.2. Лабиринтные уплотнения являются бесконтактными и допускают некоторую утечку газов через них. В то же время они обеспечивают работу при относительных скоростях деталей турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок до 300 м/с, что невозможно для контактных уплотнительных устройств.

В лабиринтном уплотнении на пути перетекающего газа создается большое гидравлическое сопротивление. С увеличением числа гребешков и с уменьшением зазора между гребешком и неподвижной деталью гидравлическое сопротивление возрастает и количество перетекающего газа уменьшается. Для уменьшения утечки между ступенями применяют лабиринтное уплотнение с 3-5 гребешками. За последней ступенью компрессора их число доходит до 10-12. Расположение гребешков под углом с наклоном навстречу потоку, как это показано на рис.7.2б, способствует улучшению уплотнения. В уплотнениях с изменяющимся направлением потока газа (рис.7.2.в) эффективность еще выше.

Лабиринтное уплотнение работает на принципе дросселирования. Его работа возможна только при перетекании газа. Если радиальный зазор в лабиринтном уплотнении остается таким же, как и в гладком кольцевом канале, то расход через «лабиринт» уменьшается. Причиной этого являются потери кинетической энергии потока при внезапных расширениях газа. Происходит дросселирование газа при его прохождении через ряд последовательных местных сопротивлений. Скорость под гребешком определяется перепадом давлений на этом гребешке. Массовый расход газа меньше, чем в обычном зазоре, т.к. перепад давлений на один гребешок весьма незначителен. От гребешка к гребешку скорость растет, а плотность падает. Скорость может достигать скорости звука, но это возможно лишь на последнем гребешке.

Если даже предположить, что скорость на предпоследнем гребешке станет равной критической, то на последнем гребешке она не может быть больше критической. Следовательно, на последнем гребешке скорость не больше критической, а на предпоследнем - меньше критической.

С уменьшением зазоров эффективность лабиринтного уплотнения повышается. Однако при этом возможно задевание гребешков за неподвижные детали в процессе приработки уплотнения. Применение графитовых и графито-алюминиевых покрытий позволяет устанавливать малые и даже нулевые зазоры в уплотнениях.

Массовый расход газа через уплотнения определяется выражением

где К - коэффициент расхода, учитывающий особенности расширения;

f = pdd - площадь сечения щели;

z - число гребешков.

Дата добавления: 2013-12-13