【壓縮機網(wǎng)】<接上期——>
三、密封件受力分析:
這里主要分析M點(diǎn)與D點(diǎn)密封件接觸時(shí)(實(shí)際處理中,可能會(huì )盡量避免二者直接接觸),以及它們在個(gè)別特殊位置時(shí)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(guān)作用力),目的是方便了解密封件的磨損及控制情況。
不過(guò),高速時(shí)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(jiàn)“密封件控制”),這里不詳細分析,下面以M1、D1、D2點(diǎn)密封件受力為例做簡(jiǎn)要分析(其它各點(diǎn)可依此參考)。
1.M1點(diǎn)密封件受力
M1點(diǎn)密封件與D1點(diǎn)密封件側向接觸時(shí),會(huì )額外受到D1點(diǎn)密封件的擠壓力,以及來(lái)自D1點(diǎn)密封件的摩擦力(作用時(shí)間極短),二者均會(huì )促使其回縮,前者會(huì )促使其向左側卡槽擠壓,后者會(huì )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(diǎn)密封件接觸行星輥凹面時(shí)(圖3,第23曲線(xiàn)對應的曲面),會(huì )額外受到來(lái)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(xiàn)的圓心,摩擦力方向是行星輥凹面曲線(xiàn)接觸點(diǎn)的切線(xiàn)方向(朝右),兩者均會(huì )促使M1點(diǎn)密封件回縮。
M1點(diǎn)密封件位于行星輥凹面右側時(shí),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(diǎn)密封件位于行星輥凹面左側時(shí),擠壓力和摩擦力對密封件卡槽的側向作用力均朝右,這會(huì )加重其對卡槽右側的擠壓、磨損。
2.D1點(diǎn)密封件受力
D1點(diǎn)密封件與M1點(diǎn)密封件接觸時(shí),會(huì )額外受到促使其回縮的擠壓力和摩擦力(作用時(shí)間極短),兩者在卡槽側壁的作用方向相反,可部分抵消。
D1點(diǎn)密封件接觸定子內壁曲面時(shí)(圖3,第16曲線(xiàn)對應的曲面),擠壓力指向定子內壁曲面對應曲線(xiàn)(第16曲線(xiàn))的圓心,摩擦力方向在接觸點(diǎn)與該曲線(xiàn)相切(朝左):
D1點(diǎn)密封件靠M1點(diǎn)側時(shí)(圖18),擠壓力會(huì )擠壓D1點(diǎn)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(diǎn)密封件靠B1點(diǎn)側時(shí),擠壓力會(huì )擠壓D1點(diǎn)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。
3.D2點(diǎn)密封件受力
M1點(diǎn)密封件從行星輥凹面側向過(guò)渡到D2點(diǎn)密封件過(guò)程中,D2點(diǎn)密封件會(huì )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(shí)間極短),兩個(gè)力均會(huì )擠壓卡槽左側;
M1點(diǎn)密封件從D2點(diǎn)密封件側向過(guò)渡到行星輥凹面過(guò)程中,D2點(diǎn)密封件會(huì )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(diǎn)密封件接觸定子內壁曲面時(shí)(圖3,第21曲線(xiàn)對應的曲面):在靠B2點(diǎn)側,擠壓力會(huì )擠壓D2點(diǎn)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(diǎn)側,擠壓力會(huì )擠壓D1點(diǎn)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(shí)(第17、20曲線(xiàn)對應曲面,參見(jiàn)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(xiàn)方向,不會(huì )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(xiàn)方向)會(huì )對卡槽左側壁產(chǎn)生一定擠壓,不過(guò)作用時(shí)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(guò)性、密封壓力、良好潤滑(詳見(jiàn)“密封件潤滑”),對密封件所進(jìn)行的回縮或外移等相應控制,在控制方式上包括工質(zhì)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(tài)分為“常凸”(凸出在卡槽外面)、“常凹”(凹進(jìn)在卡槽里面),對于M點(diǎn)密封件,只能采用“常凸”狀態(tài),以確保其隨時(shí)與轉子圓周面接觸密封。
對于行星輥圓弧面(含D點(diǎn))密封件,兩種常態(tài)均可采用,各有利弊:
常凹狀態(tài):不需過(guò)多修正轉子腔槽型線(xiàn),但密封件回縮控制頻繁、響應速度受限,若控制響應不及時(shí),則會(huì )發(fā)生碰撞,高速時(shí)的響應速度受限,可靠性尤為關(guān)鍵;
常凸狀態(tài):可直接利用密封件自然的接觸壓力及時(shí)保持密封狀態(tài),響應迅速,不需額外增設機構,只需對轉子腔槽型線(xiàn)做適當修正,可靠確保密封件與G點(diǎn)不發(fā)生碰撞(若無(wú)特別說(shuō)明,后面均以常凸狀態(tài)進(jìn)行探討),但修正后的轉子腔槽型線(xiàn),不得影響M1點(diǎn)密封件從D2點(diǎn)密封件到G2點(diǎn)的平滑過(guò)渡。
1.M點(diǎn)密封件控制
M點(diǎn)密封件控制較簡(jiǎn)單,其接觸面受工質(zhì)對其反向擠壓,密封壓力會(huì )隨工質(zhì)壓差增大而減小,可直接從密封件卡槽入口直接引入工質(zhì)壓差以平衡密封壓力。必要時(shí),可在M點(diǎn)附近高壓側適當位置開(kāi)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(jìn)一步降低M1點(diǎn)、D2點(diǎn)兩密封件之間的擠壓強度(確保平滑過(guò)渡),必要時(shí)可使壓力平衡孔與M1點(diǎn)保持適度橫向距離(短暫失效),通過(guò)“密閉空間”的工質(zhì)壓差降低M1點(diǎn)密封壓力,同時(shí),這也為原動(dòng)機D2點(diǎn)密封件控制提供了方便(詳見(jiàn)“D點(diǎn)密封件控制”)。
2.D點(diǎn)密封件控制
對D點(diǎn)密封件的控制,主要控制其在卡槽內的移動(dòng),以確保其通過(guò)性、密封壓力,控制方式包括:
液壓控制:通過(guò)潤滑油直接控制D點(diǎn)密封件在其卡槽內的移動(dòng),即在行星輥端面密封環(huán)上開(kāi)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(shí)施控制;
工質(zhì)壓差控制:通過(guò)密封件卡槽入口或特定孔道,利用工質(zhì)壓差直接或間接控制密封件移動(dòng)。
密封壓力受彈簧壓力、離心力、摩擦力、工質(zhì)壓差等眾多因素影響,其中離心力、工質(zhì)壓差對D點(diǎn)密封壓力的影響:
對于D1點(diǎn)密封件,其在定子內壁曲面(圖3:第16曲線(xiàn)對應曲面)任意點(diǎn)的密封壓力方向,均經(jīng)過(guò)該曲面對應曲線(xiàn)的圓心(圖19)。在不考慮工質(zhì)壓差、摩擦力等有關(guān)情況下(具體應用中必須考慮),該曲線(xiàn)起點(diǎn)(M1點(diǎn))、θ點(diǎn)(圖20:θ——密封件移動(dòng)方向與橫坐標軸的夾角)、B1點(diǎn)的密封壓力分別為(假設三個(gè)點(diǎn)的離心力f、彈簧壓力FT分別相同):
M1點(diǎn)密封壓力:FM1=f+FT/cos(φM1)
離心力與密封件移動(dòng)方向一致(θ點(diǎn))時(shí)的密封壓力:Fθ=f+ FT
B1點(diǎn)密封壓力:FB1=f+FT/cos(φB1)
不難看出,密封壓力在M1點(diǎn)、B1點(diǎn)時(shí)較高、θ點(diǎn)最低,與工質(zhì)壓差的單向變化趨勢不一致。不過(guò),D1點(diǎn)密封件從M1點(diǎn)到B1點(diǎn)過(guò)程中:
對于原動(dòng)機,其密封點(diǎn)高壓側(左側)的工質(zhì)受力面積逐漸增大,工質(zhì)壓差逐漸減小,對于工作機,其密封點(diǎn)高壓側(右側)的工質(zhì)受力面積逐漸減小,工質(zhì)壓差逐漸增大,這反映出密封件受到的工質(zhì)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)。


必要時(shí),還可在D1點(diǎn)密封件卡槽高壓側對應的定子及轉子側壁適當位置,進(jìn)一步開(kāi)設直通卡槽適當位置的“導壓槽孔”(圖21),通過(guò)工質(zhì)壓差直接或間接控制其回縮、或外移。
對于D2點(diǎn)密封件,其密封壓力變化趨勢與D1點(diǎn)密封件相似。為確保通過(guò)性,必要時(shí),可利用D2點(diǎn)與M1點(diǎn)之間“密閉空間”(圖10)里的工質(zhì)壓差快速升高的特性,直接或間接控制D2點(diǎn)密封件回縮、或外移(同時(shí)還會(huì )促使M1點(diǎn)密封件回縮或外移),甚至還可在適當位置開(kāi)設“導壓槽孔”(圖22)以增強控制能力。
3.行星輥圓弧面密封件控制
在定子內壁右側B1點(diǎn)至B4這段圓弧面,由行星輥右側圓弧面D1點(diǎn)至D4點(diǎn)之間密封件負責密封,密封壓力、密封件移動(dòng)、以及離心力方向均通過(guò)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(zhì)壓差控制密封壓力。
在轉子腔槽內,工質(zhì)壓差對密封的影響大大減弱,且有多個(gè)密封件同時(shí)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(xiàn)修正等均能滿(mǎn)足密封壓力要求。
在密封件通過(guò)性方面,無(wú)論行星輥圓弧面密封件常態(tài)為“常凸”或“常凹”,均可通過(guò)行星輥端面的“液壓控制孔”(圖23)對其進(jìn)行時(shí)時(shí)控制,即密封件處于非接觸狀態(tài)時(shí),控制其回縮或外移,以順利通過(guò)G點(diǎn)并進(jìn)入轉子腔槽。
五、密封件潤滑
密封件潤滑主要是針對M點(diǎn)、D點(diǎn)、行星輥圓弧面密封件處于密封狀態(tài)時(shí)(包括轉子腔槽)的潤滑。若采用滾針,M點(diǎn)密封件潤滑油直接從定子潤滑油道進(jìn)入滾針油槽,通過(guò)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(jìn)入滾針“油槽”,然后再從“潤滑油出口”進(jìn)入循環(huán)(兼具冷卻作用)。滾針潤滑相對較簡(jiǎn)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(jiǎn)單有效的潤滑方式是在轉子G1點(diǎn)、G3點(diǎn)附近圓周面開(kāi)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(guò)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(kāi)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(diǎn))密封件即將處于密封狀態(tài)時(shí),行星輥端面密封環(huán)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(shí),可通過(guò)設置兩個(gè)“液壓控制孔”,以便切換接通行星輥圓弧面前進(jìn)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(jìn)側旁適當位置開(kāi)設潤滑油噴口,實(shí)現準確、微距、微量噴射潤滑油,不過(guò)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(diǎn))密封件經(jīng)過(guò)轉子腔槽時(shí),通過(guò)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(dòng)機關(guān))、或涂抹滾針(密封件擠壓開(kāi)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(diǎn))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(jiǎn)單。
在潤滑方式的控制方面,必要時(shí)可充分利用摩擦力方向、離心力方向進(jìn)行控制:
對于摩擦力方向,其始終與行星輥密封件運動(dòng)方向相反,而潤滑油又必須噴射在密封件前進(jìn)方向側,二者剛好反向對應。不過(guò),對這種方向信號的利用不易實(shí)施,難度較大。
對于離心力方向,行星輥圓弧面上各密封件進(jìn)入轉子腔槽后,其離心力會(huì )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(dòng)方向附近時(shí),離心力回縮影響接近最大,如彈簧壓力合適,此時(shí)可接通潤滑通道以潤滑轉子腔槽,可大大簡(jiǎn)化潤滑油控制機制。不過(guò),離心力大小受轉速影響較大,應用環(huán)境受限。
另外,必要時(shí)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(guān)系),通過(guò)每個(gè)密封件對應的離心力“方向響應器”及時(shí)接通某個(gè)密封件前進(jìn)方向的潤滑油噴口。“方向響應器”的結構雖簡(jiǎn)單,但較占用空間位置,僅適用于大直徑的結構。
1.M點(diǎn)密封件潤滑
M點(diǎn)密封件可采用滾針、密封片,滾針的潤滑隨時(shí)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(kāi)設在進(jìn)口側M點(diǎn)旁邊、必要時(shí)可開(kāi)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(diǎn)密封件長(cháng)期處于密封狀態(tài),不需額外過(guò)多控制。若需控制潤滑油量,可利用工質(zhì)壓差直接控制。
對于轉子發(fā)動(dòng)機,M1點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)口側噴射到轉子圓周面(潤滑M1點(diǎn)密封件),經(jīng)過(guò)M1點(diǎn)后潤滑油很快即被高溫燃氣破壞。
M2點(diǎn)密封件位于進(jìn)出口側,進(jìn)口側低溫低壓,方便噴射潤滑油以潤滑M1點(diǎn)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(diǎn)密封件的良好潤滑,需在出口側M2點(diǎn)密封件卡槽內或其附近開(kāi)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(diǎn))、端面密封件的潤滑,采用密封片、密封塊、密封角時(shí),在行星輥圓弧面或密封件卡槽內適當位置開(kāi)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(dòng)潤滑)。
行星輥圓弧面(包括D點(diǎn))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(dòng)潤滑方面(通過(guò)行星輥主動(dòng)提供潤滑),可采用液壓潤滑,或利用轉子腔槽密封修正型線(xiàn)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(jīng)過(guò)此處,潤滑方便。
另外,行星輥端面各點(diǎn)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(shí)際就是行星輥圓弧面與轉子腔槽底部之間的潤滑,在主動(dòng)潤滑方面(通過(guò)轉子腔槽主動(dòng)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(guò)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(fā)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(shí)施的技術(shù)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(huán)境均可實(shí)現較理想的密封潤滑。雖其密封件較多、看似復雜,但換來(lái)的卻是磨損被分攤到多個(gè)密封件,可靠性大大增強。
若采用多個(gè)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。
來(lái)源:本站原創(chuàng )
三、密封件受力分析:
這里主要分析M點(diǎn)與D點(diǎn)密封件接觸時(shí)(實(shí)際處理中,可能會(huì )盡量避免二者直接接觸),以及它們在個(gè)別特殊位置時(shí)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(guān)作用力),目的是方便了解密封件的磨損及控制情況。
不過(guò),高速時(shí)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(jiàn)“密封件控制”),這里不詳細分析,下面以M1、D1、D2點(diǎn)密封件受力為例做簡(jiǎn)要分析(其它各點(diǎn)可依此參考)。
1.M1點(diǎn)密封件受力
M1點(diǎn)密封件與D1點(diǎn)密封件側向接觸時(shí),會(huì )額外受到D1點(diǎn)密封件的擠壓力,以及來(lái)自D1點(diǎn)密封件的摩擦力(作用時(shí)間極短),二者均會(huì )促使其回縮,前者會(huì )促使其向左側卡槽擠壓,后者會(huì )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(diǎn)密封件接觸行星輥凹面時(shí)(圖3,第23曲線(xiàn)對應的曲面),會(huì )額外受到來(lái)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(xiàn)的圓心,摩擦力方向是行星輥凹面曲線(xiàn)接觸點(diǎn)的切線(xiàn)方向(朝右),兩者均會(huì )促使M1點(diǎn)密封件回縮。
M1點(diǎn)密封件位于行星輥凹面右側時(shí),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(diǎn)密封件位于行星輥凹面左側時(shí),擠壓力和摩擦力對密封件卡槽的側向作用力均朝右,這會(huì )加重其對卡槽右側的擠壓、磨損。

2.D1點(diǎn)密封件受力
D1點(diǎn)密封件與M1點(diǎn)密封件接觸時(shí),會(huì )額外受到促使其回縮的擠壓力和摩擦力(作用時(shí)間極短),兩者在卡槽側壁的作用方向相反,可部分抵消。
D1點(diǎn)密封件接觸定子內壁曲面時(shí)(圖3,第16曲線(xiàn)對應的曲面),擠壓力指向定子內壁曲面對應曲線(xiàn)(第16曲線(xiàn))的圓心,摩擦力方向在接觸點(diǎn)與該曲線(xiàn)相切(朝左):
D1點(diǎn)密封件靠M1點(diǎn)側時(shí)(圖18),擠壓力會(huì )擠壓D1點(diǎn)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(diǎn)密封件靠B1點(diǎn)側時(shí),擠壓力會(huì )擠壓D1點(diǎn)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。

3.D2點(diǎn)密封件受力
M1點(diǎn)密封件從行星輥凹面側向過(guò)渡到D2點(diǎn)密封件過(guò)程中,D2點(diǎn)密封件會(huì )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(shí)間極短),兩個(gè)力均會(huì )擠壓卡槽左側;
M1點(diǎn)密封件從D2點(diǎn)密封件側向過(guò)渡到行星輥凹面過(guò)程中,D2點(diǎn)密封件會(huì )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(diǎn)密封件接觸定子內壁曲面時(shí)(圖3,第21曲線(xiàn)對應的曲面):在靠B2點(diǎn)側,擠壓力會(huì )擠壓D2點(diǎn)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(diǎn)側,擠壓力會(huì )擠壓D1點(diǎn)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(shí)(第17、20曲線(xiàn)對應曲面,參見(jiàn)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(xiàn)方向,不會(huì )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(xiàn)方向)會(huì )對卡槽左側壁產(chǎn)生一定擠壓,不過(guò)作用時(shí)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(guò)性、密封壓力、良好潤滑(詳見(jiàn)“密封件潤滑”),對密封件所進(jìn)行的回縮或外移等相應控制,在控制方式上包括工質(zhì)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(tài)分為“常凸”(凸出在卡槽外面)、“常凹”(凹進(jìn)在卡槽里面),對于M點(diǎn)密封件,只能采用“常凸”狀態(tài),以確保其隨時(shí)與轉子圓周面接觸密封。
對于行星輥圓弧面(含D點(diǎn))密封件,兩種常態(tài)均可采用,各有利弊:
常凹狀態(tài):不需過(guò)多修正轉子腔槽型線(xiàn),但密封件回縮控制頻繁、響應速度受限,若控制響應不及時(shí),則會(huì )發(fā)生碰撞,高速時(shí)的響應速度受限,可靠性尤為關(guān)鍵;
常凸狀態(tài):可直接利用密封件自然的接觸壓力及時(shí)保持密封狀態(tài),響應迅速,不需額外增設機構,只需對轉子腔槽型線(xiàn)做適當修正,可靠確保密封件與G點(diǎn)不發(fā)生碰撞(若無(wú)特別說(shuō)明,后面均以常凸狀態(tài)進(jìn)行探討),但修正后的轉子腔槽型線(xiàn),不得影響M1點(diǎn)密封件從D2點(diǎn)密封件到G2點(diǎn)的平滑過(guò)渡。
1.M點(diǎn)密封件控制
M點(diǎn)密封件控制較簡(jiǎn)單,其接觸面受工質(zhì)對其反向擠壓,密封壓力會(huì )隨工質(zhì)壓差增大而減小,可直接從密封件卡槽入口直接引入工質(zhì)壓差以平衡密封壓力。必要時(shí),可在M點(diǎn)附近高壓側適當位置開(kāi)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(jìn)一步降低M1點(diǎn)、D2點(diǎn)兩密封件之間的擠壓強度(確保平滑過(guò)渡),必要時(shí)可使壓力平衡孔與M1點(diǎn)保持適度橫向距離(短暫失效),通過(guò)“密閉空間”的工質(zhì)壓差降低M1點(diǎn)密封壓力,同時(shí),這也為原動(dòng)機D2點(diǎn)密封件控制提供了方便(詳見(jiàn)“D點(diǎn)密封件控制”)。
2.D點(diǎn)密封件控制
對D點(diǎn)密封件的控制,主要控制其在卡槽內的移動(dòng),以確保其通過(guò)性、密封壓力,控制方式包括:
液壓控制:通過(guò)潤滑油直接控制D點(diǎn)密封件在其卡槽內的移動(dòng),即在行星輥端面密封環(huán)上開(kāi)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(shí)施控制;
工質(zhì)壓差控制:通過(guò)密封件卡槽入口或特定孔道,利用工質(zhì)壓差直接或間接控制密封件移動(dòng)。
密封壓力受彈簧壓力、離心力、摩擦力、工質(zhì)壓差等眾多因素影響,其中離心力、工質(zhì)壓差對D點(diǎn)密封壓力的影響:
對于D1點(diǎn)密封件,其在定子內壁曲面(圖3:第16曲線(xiàn)對應曲面)任意點(diǎn)的密封壓力方向,均經(jīng)過(guò)該曲面對應曲線(xiàn)的圓心(圖19)。在不考慮工質(zhì)壓差、摩擦力等有關(guān)情況下(具體應用中必須考慮),該曲線(xiàn)起點(diǎn)(M1點(diǎn))、θ點(diǎn)(圖20:θ——密封件移動(dòng)方向與橫坐標軸的夾角)、B1點(diǎn)的密封壓力分別為(假設三個(gè)點(diǎn)的離心力f、彈簧壓力FT分別相同):
M1點(diǎn)密封壓力:FM1=f+FT/cos(φM1)
離心力與密封件移動(dòng)方向一致(θ點(diǎn))時(shí)的密封壓力:Fθ=f+ FT
B1點(diǎn)密封壓力:FB1=f+FT/cos(φB1)
不難看出,密封壓力在M1點(diǎn)、B1點(diǎn)時(shí)較高、θ點(diǎn)最低,與工質(zhì)壓差的單向變化趨勢不一致。不過(guò),D1點(diǎn)密封件從M1點(diǎn)到B1點(diǎn)過(guò)程中:
對于原動(dòng)機,其密封點(diǎn)高壓側(左側)的工質(zhì)受力面積逐漸增大,工質(zhì)壓差逐漸減小,對于工作機,其密封點(diǎn)高壓側(右側)的工質(zhì)受力面積逐漸減小,工質(zhì)壓差逐漸增大,這反映出密封件受到的工質(zhì)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)。



必要時(shí),還可在D1點(diǎn)密封件卡槽高壓側對應的定子及轉子側壁適當位置,進(jìn)一步開(kāi)設直通卡槽適當位置的“導壓槽孔”(圖21),通過(guò)工質(zhì)壓差直接或間接控制其回縮、或外移。
對于D2點(diǎn)密封件,其密封壓力變化趨勢與D1點(diǎn)密封件相似。為確保通過(guò)性,必要時(shí),可利用D2點(diǎn)與M1點(diǎn)之間“密閉空間”(圖10)里的工質(zhì)壓差快速升高的特性,直接或間接控制D2點(diǎn)密封件回縮、或外移(同時(shí)還會(huì )促使M1點(diǎn)密封件回縮或外移),甚至還可在適當位置開(kāi)設“導壓槽孔”(圖22)以增強控制能力。

3.行星輥圓弧面密封件控制
在定子內壁右側B1點(diǎn)至B4這段圓弧面,由行星輥右側圓弧面D1點(diǎn)至D4點(diǎn)之間密封件負責密封,密封壓力、密封件移動(dòng)、以及離心力方向均通過(guò)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(zhì)壓差控制密封壓力。
在轉子腔槽內,工質(zhì)壓差對密封的影響大大減弱,且有多個(gè)密封件同時(shí)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(xiàn)修正等均能滿(mǎn)足密封壓力要求。
在密封件通過(guò)性方面,無(wú)論行星輥圓弧面密封件常態(tài)為“常凸”或“常凹”,均可通過(guò)行星輥端面的“液壓控制孔”(圖23)對其進(jìn)行時(shí)時(shí)控制,即密封件處于非接觸狀態(tài)時(shí),控制其回縮或外移,以順利通過(guò)G點(diǎn)并進(jìn)入轉子腔槽。

五、密封件潤滑
密封件潤滑主要是針對M點(diǎn)、D點(diǎn)、行星輥圓弧面密封件處于密封狀態(tài)時(shí)(包括轉子腔槽)的潤滑。若采用滾針,M點(diǎn)密封件潤滑油直接從定子潤滑油道進(jìn)入滾針油槽,通過(guò)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(jìn)入滾針“油槽”,然后再從“潤滑油出口”進(jìn)入循環(huán)(兼具冷卻作用)。滾針潤滑相對較簡(jiǎn)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(jiǎn)單有效的潤滑方式是在轉子G1點(diǎn)、G3點(diǎn)附近圓周面開(kāi)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(guò)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(kāi)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(diǎn))密封件即將處于密封狀態(tài)時(shí),行星輥端面密封環(huán)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(shí),可通過(guò)設置兩個(gè)“液壓控制孔”,以便切換接通行星輥圓弧面前進(jìn)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(jìn)側旁適當位置開(kāi)設潤滑油噴口,實(shí)現準確、微距、微量噴射潤滑油,不過(guò)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(diǎn))密封件經(jīng)過(guò)轉子腔槽時(shí),通過(guò)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(dòng)機關(guān))、或涂抹滾針(密封件擠壓開(kāi)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(diǎn))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(jiǎn)單。
在潤滑方式的控制方面,必要時(shí)可充分利用摩擦力方向、離心力方向進(jìn)行控制:
對于摩擦力方向,其始終與行星輥密封件運動(dòng)方向相反,而潤滑油又必須噴射在密封件前進(jìn)方向側,二者剛好反向對應。不過(guò),對這種方向信號的利用不易實(shí)施,難度較大。
對于離心力方向,行星輥圓弧面上各密封件進(jìn)入轉子腔槽后,其離心力會(huì )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(dòng)方向附近時(shí),離心力回縮影響接近最大,如彈簧壓力合適,此時(shí)可接通潤滑通道以潤滑轉子腔槽,可大大簡(jiǎn)化潤滑油控制機制。不過(guò),離心力大小受轉速影響較大,應用環(huán)境受限。
另外,必要時(shí)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(guān)系),通過(guò)每個(gè)密封件對應的離心力“方向響應器”及時(shí)接通某個(gè)密封件前進(jìn)方向的潤滑油噴口。“方向響應器”的結構雖簡(jiǎn)單,但較占用空間位置,僅適用于大直徑的結構。

1.M點(diǎn)密封件潤滑
M點(diǎn)密封件可采用滾針、密封片,滾針的潤滑隨時(shí)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(kāi)設在進(jìn)口側M點(diǎn)旁邊、必要時(shí)可開(kāi)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(diǎn)密封件長(cháng)期處于密封狀態(tài),不需額外過(guò)多控制。若需控制潤滑油量,可利用工質(zhì)壓差直接控制。
對于轉子發(fā)動(dòng)機,M1點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)口側噴射到轉子圓周面(潤滑M1點(diǎn)密封件),經(jīng)過(guò)M1點(diǎn)后潤滑油很快即被高溫燃氣破壞。
M2點(diǎn)密封件位于進(jìn)出口側,進(jìn)口側低溫低壓,方便噴射潤滑油以潤滑M1點(diǎn)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(diǎn)密封件的良好潤滑,需在出口側M2點(diǎn)密封件卡槽內或其附近開(kāi)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(diǎn))、端面密封件的潤滑,采用密封片、密封塊、密封角時(shí),在行星輥圓弧面或密封件卡槽內適當位置開(kāi)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(dòng)潤滑)。
行星輥圓弧面(包括D點(diǎn))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(dòng)潤滑方面(通過(guò)行星輥主動(dòng)提供潤滑),可采用液壓潤滑,或利用轉子腔槽密封修正型線(xiàn)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(jīng)過(guò)此處,潤滑方便。
另外,行星輥端面各點(diǎn)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(shí)際就是行星輥圓弧面與轉子腔槽底部之間的潤滑,在主動(dòng)潤滑方面(通過(guò)轉子腔槽主動(dòng)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(guò)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(fā)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(shí)施的技術(shù)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(huán)境均可實(shí)現較理想的密封潤滑。雖其密封件較多、看似復雜,但換來(lái)的卻是磨損被分攤到多個(gè)密封件,可靠性大大增強。
若采用多個(gè)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。
來(lái)源:本站原創(chuàng )


網(wǎng)友評論
條評論
最新評論