对透平膨胀机密封性及叶轮叶片修形效果的研究分析.pdf

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1、量_l中国化工贸易ChinaChemicalTrade_叠建篮对透平膨胀机密封性及叶轮叶片修形效果的研究分析代昌勇《I~lJlI空分设备【集团】有限责任公司。I~lJll简阳641400)摘要：增压透平膨胀机是一种高速旋转的热力机械，在空分、天然气~,：r-41-_e_中应用广泛。长期以来，我们的膨胀机叶轮零件，在其最j#~5-中，都要由钳工修刮叶片来达到设计要求，时期密封性达到最好。本文从增压透平膨胀机的密封性影响因素入手，对迷宫密封、叶轮叶片修形等解决措施进行了深入阐述。关键词：密封性叶轮叶片措施效果膨胀机的效率高低取决于膨胀机内的各种损失的大小。由于各种使得流体能量损失增加，泄漏量随

2、之减小。泄漏量随密封齿厚度的变化损失的存在，使气体对外做功的能力降低。目前膨胀机普遍采用的密趋势如图2所示。随着密封齿厚度的增加，泄漏量相对减少，泄漏量按线封有两种类型：迷宫式密封和石墨密封(包括石墨碳环密封)。迷宫密性规律”‘封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。由于迷官密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，迷官密封在膨胀机上是用得最广泛的一种密封。一、影响密封性的因素分析1．迷宫特性的影响因素l_1齿的影响。根据国外所

3、进行的试验得出：齿距一定时，齿数越辩封辫雕慝{多，泄露量越少。齿距改变时，齿距越大，泄露量会急剧下降，同时还可以减少透气现象的影响。图21．2膨胀室的影响。国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究，结实际应用中，密封齿不宜太厚。如果密封齿太厚。会减少空腔数量论是浅的膨胀室对减少泄露量有利。根据对膨胀室流动状态的观察，和空腔宽度。空腔数量和空腔宽度的减少又会使泄漏量增大；而密封齿认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。由于旋涡能很快地把能量耗尽，太厚，在转子与定子发生碰撞时，密封齿对轴的作用力较大，有可能使轴所以膨胀室的渐近速度减小，起到减小泄露的效果。受到损伤。所以在实际应用中应尽量减少密封齿厚度，这

4、样即使转子与1．3副室的影响。所谓“副室”是指直通型迷宫光滑面上开的附定子发生碰撞，也只会是密封齿损坏，对轴的影响较小。属槽，开槽后迷官中的流动状态立即发生明显的变化。试验证明，只3．空腔深度对迷宫密封的影响要副室的位置恰当，泄露量的减少率是相当大的。空腔深度越大，紊流程度下降，泄漏量越大。迷宫密封计算泄漏量随迷官密封泄漏量的计算主要是依据经验公式，而这些公式中流量系密封空腔深度的变化趋势如图3所示。数要依据试验获得，。目前有代表性的计算方法为Stodala公式：G=npovo(【t)式中一流量系数4．40A一密封间隙面积，mP0、Pb一进、出1：3压力，Pa蔷矗4．10v0一进口工质密度

5、，kg／m。n一齿数粪但式(1)并不能完全反映出影响迷宫密封的性能的因素，总体来3．∞说影响迷宫密封的性能的因素有总体的结构型式、涡流空腔形状及尺5，59．0寸、节流间隙宽度、节流齿厚度及数量、齿顶形状、齿倾角、介质特空腔深度(衄n)性、压力温度条件、转轴旋转速度和介质流向等，而且各种影响因素互相关联。下面粗浅谈一下几个因素的单独影响。图3间隙对迷官密封流场的影响4．叶轮对密封性的影响在分析间隙对迷官密封泄漏量的影响时，其它条件不变时，仅考虑对于膨胀叶轮，修刮叶片其出口叶背段；对于压缩机叶轮，修刮间隙值变化对泄漏量的影响。如图(1)叶片进口非工作表面段。一般修刮量都比较大，小则tmm，大则

6、3-5不等，对于膨胀机叶轮，修形后可以减少轮背摩擦损失和尾迹损失，据资料上估算约1．5—2％。对于压缩机叶轮，修形后可以减少叶片进口阻塞系数及进口扰流损失，据资料上估算约1-2％。从很多测绘叶轮来看：对于直径为150的叶轮，无论是膨胀叶轮还是压缩机叶轮，其修形长度都在i5~25mm左右，叶片边缘厚度小于0．5mm。从叶轮设计角度来看，修形后流道宽度增大，相对来说，可以增加叶片数量，改善气体流动性能。从加工角度来看，修形后，流道宽度变宽，容易增大加工使用的刀具，也可以更灵活的控制刀具加工时的切削方向和走刀角度。图l迷宫密封模型为了提高和改善叶轮叶片边缘的加工质量，使叶片边缘顺滑，提H一齿高，

7、A一密封齿厚度，W一腔室宽度R一转子半径，C一密封间隙高叶轮零件的加工效率，对加工程序进行优化是必要的。当间隙增加时，泄漏量相应也会增加，泄漏量随间隙的变化趋势如因此，对叶轮加工程序的改进与优化，达到提高其加工质量、不图2所示。随着问隙的变化而呈线性变化。需要手工修整或仅需要很少的修整的目的。2．密封齿厚度对迷官密封的影响二、解决措施和优化手段随着密封齿厚度的增加，流体在流过密封齿间隙时其摩擦损失增大，(下转第225页)