В чем разница между щеточным и лабиринтным уплотнением?

В сфере технологий герметизации щеточные уплотнения и лабиринтные уплотнения — это два различных решения, которые используются для контроля утечки жидкости и поддержания перепадов давления во вращающихся машинах. Хотя оба служат для герметизации, их конструкции, материалы и эксплуатационные характеристики существенно различаются.

В этой статье мы подробно рассмотрим тонкости щеточных и лабиринтных уплотнений, сравним их конструкции, области применения и эффективность в различных промышленных условиях.

Что такое щеточная печать?

Щеточное уплотнение — это тип механическая печать который использует плотный пакет щетины, обычно из нержавеющей стали, для создания гибкого уплотнительного механизма между неподвижными и вращающимися компонентами в турбомашинах. Щетинки наклонены в направлении вращения, что обеспечивает податливый уплотнительный интерфейс, который может выдерживать радиальное перемещение и отклонения вала, сохраняя при этом минимальный зазор. Эта уникальная конструкция позволяет щеточным уплотнениям обеспечивать эффективное уплотнение даже при высоких перепадах давления и скоростях вращения.

Щеточные уплотнения предлагают несколько преимуществ по сравнению с традиционными лабиринтными уплотнениями. Щетинный пакет соответствует поверхности ротора, минимизируя зазоры утечки и уменьшая поток утечки. Податливость щетины позволяет лучше приспосабливаться к динамике ротора, тепловому расширению и другим эксплуатационным факторам. Кроме того, щеточные уплотнения могут использоваться в сочетании с лабиринтными уплотнениями или другими технологиями уплотнения для дальнейшего повышения эффективности уплотнения.

Применение щеточных уплотнений расширилось в различных отраслях промышленности, включая паровые турбины, газовые турбины и аэрокосмические двигатели. В паровых турбинах щеточные уплотнения могут значительно сократить утечку пара, повышая общую эффективность машины и сокращая дорогостоящие потери пара. Щеточные уплотнения также используются в промышленных газовых турбинах и реактивных двигателях для минимизации потока воздуха утечки, что приводит к повышению эксплуатационной эффективности.

Что такое лабиринтное уплотнение

А лабиринтное уплотнение это тип бесконтактного уплотнения, который использует ряд сложных, лабиринтообразных проходов для создания мучительного пути для потока жидкости. Уплотнение состоит из ряда лабиринтных зубов или ребер, расположенных в определенном порядке, причем каждый зуб создает небольшой перепад давления. Когда жидкость проходит через лабиринт, она испытывает ряд расширений и сокращений, что приводит к значительному снижению давления через уплотнение.

Лабиринтные уплотнения основаны на принципе создания множественных перепадов давления для минимизации потока утечки. Эффективность лабиринтного уплотнения зависит от таких факторов, как количество зубцов лабиринта, их геометрия и зазор между вращающимися и неподвижными компонентами. Зазор должен быть как можно меньше, но при этом обеспечивать безопасную эксплуатацию и учитывать такие факторы, как тепловое расширение и динамика ротора.

Одним из главных преимуществ лабиринтных уплотнений является их бесконтактный характер, что минимизирует износ поверхности ротора и продлевает срок службы уплотнения. Лабиринтные уплотнения также относительно просты по конструкции и легко изготавливаются и обслуживаются. Однако они чувствительны к изменениям зазора и могут испытывать повышенную утечку, если зазор становится слишком большим из-за износа или условий эксплуатации.

Лабиринтные уплотнения находят применение в различных вращающихся машинах, таких как паровые турбины, газовые турбины и компрессоры. Они часто используются в сочетании с другими технологиями уплотнений, такими как щеточные уплотнения или истираемые уплотнения, чтобы обеспечить комплексное решение для герметизации.

Основные различия между щеточным и лабиринтным уплотнением

Механизм уплотнения

Щеточные уплотнения состоят из плотно упакованных щетинок, обычно из нержавеющей стали, которые образуют податливый уплотнительный интерфейс. Щетинки изгибаются и адаптируются к движениям ротора, поддерживая близкий зазор.

В отличие от этого, лабиринтные уплотнения полагаются на ряд жестких зубцов или ножевых кромок, которые создают извилистый путь для потока жидкости. Лабиринтные уплотнения не имеют податливого уплотнительного элемента, как щеточные уплотнения.

Контакт

Щеточные уплотнения являются уплотнениями контактного типа, то есть щетинки слегка соприкасаются с поверхностью ротора. Этот контакт позволяет щеточным уплотнениям компенсировать отклонения и вибрации ротора, сохраняя при этом эффективное уплотнение.

Лабиринтные уплотнения, с другой стороны, являются бесконтактными уплотнениями. Они поддерживают небольшой зазор между зубьями уплотнения и ротором, полагаясь на перепад давления по лабиринтному пути для уменьшения утечки.

Уменьшение утечек

Щеточные уплотнения обеспечивают превосходное снижение утечек по сравнению с лабиринтными уплотнениями. Уступчивый щетинный пакет соответствует ротору, минимизируя зазоры для утечек. Одно щеточное уплотнение может снизить утечку до 90% по сравнению с обычными лабиринтными уплотнениями.

Лабиринтные уплотнения, хотя и эффективны, имеют внутреннюю утечку из-за зазора между зубьями уплотнения и ротором. Утечка в лабиринтных уплотнениях увеличивается со временем, поскольку зазоры увеличиваются из-за износа и теплового расширения.

Долговечность

Лабиринтные уплотнения, как правило, имеют более высокую прочность по сравнению с щеточными уплотнениями. Жесткая геометрия лабиринтных уплотнений делает их устойчивыми к износу и ухудшению.

Щеточные уплотнения, ввиду их контактной природы, со временем изнашиваются, поскольку щетинки трутся о поверхность ротора.

Диапазон температур

Как щеточные, так и лабиринтные уплотнения могут работать в широком диапазоне температур. Однако щеточные уплотнения имеют небольшое преимущество в высокотемпературных применениях. Щетинки щеточных уплотнений, как правило, изготавливаемые из суперсплавов на основе кобальта или никеля, могут выдерживать температуры до 800 °C (1472 °F). Лабиринтные уплотнения, в зависимости от используемого материала, могут работать при температурах до 650 °C (1200 °F). Податливая природа щеточных уплотнений позволяет им более эффективно приспосабливаться к тепловому расширению, чем жесткие лабиринтные уплотнения.

Приложения

Щеточные уплотнения и лабиринтные уплотнения находят применение в различных турбомашинах, включая паровые турбины, газовые турбины, компрессоры и насосы. Щеточные уплотнения особенно эффективны в приложениях с высокими перепадами давления, таких как уплотнение сальника паровой турбины и уплотнение поддона подшипника газовой турбины. Они также используются в сочетании с лабиринтными уплотнениями для повышения общей производительности уплотнения.

Лабиринтные уплотнения широко используются в приложениях с низкими перепадами давления и там, где предпочтительнее бесконтактное уплотнение. Они обычно встречаются в уплотнениях турбокомпрессоров, уплотнениях проушин компрессоров и в качестве межступенчатых уплотнений в турбинах и компрессорах.