Лабиринтные уплотнения

Конструкции лабиринтных уплотнений для центробежных насосов

В высокооборотных центробежных насосах на высокие давления на уплотнениях рабочего колеса дросселируются большие (более 10 МПа) перепады давления. При этом важной и трудной задачей является выбор уплотнений, которые при достаточной простоте и надежности обеспечивали бы минимальные объемные потери и допустимые вибрации ротора во всем диапазоне рабочих частот вращения.

В насосах для перекачки жидкостей, способных возгораться от повышения температур в местах трения ротора о статор, вопросы снижения вибраций и обеспечения бесконтактной работы приобретают первостепенное значение. В этих случаях устранения возможных контактов в уплотнении колеса пытаются достичь за счет увеличения радиального зазора до 0,5—1,0 мм, а ограничить протечки — за счет лабиринтов с перекрывающимися гребнями (рис. 6.18). Однако опыт паротурбостроения [12, 13, 14], а также испытания подобных уплотнений на масле [15,16] показали, что они способны возбуждать автоколебания ротора с большими амплитудами, исключающими возможность нормальной эксплуатации насоса.

Рис. 6.18. Лабиринтные уплотнения рабочего колеса турбонасосного агрегата: 1 — основной диск; 2 — покрывающий диск

В последнее время в центробежных компрессорах высокого давления начали применять специальные лабиринтные уплотнения, получившие название сотовых по виду ячеистой структуры уплотняющего элементу (рис. 6.19, а). Соты образованы гофрированными лентами из стальной коррозионно-стойкой фольги. Сотовые элементы крепятся к корпусу втулки-основания и соединяются между собой методом высокотемпературной вакуумной пайки порошковыми припоями. Благодаря ячеистой структуре уплотняющий элемент обладает большой жесткостью и не сминается при больших перепадах давления. Глубина ячеек 4—6 мм, размер грани 2—4 мм, толщина фольги 0,05—0,1 мм. Малая толщина ленты и улучшенный теплоотвод уменьшают опасность задиров, что позволяет делать уплотнение с малыми радиальными зазорами и тем самым снижать протечки.

Своеобразным гибридом лабиринтного и сотового уплотнений является уплотнение (рис. 6.19, б), на статорной втулке которого выфрезерованы серповидные лунки [17, 18]. Такие лунковые уплотнения проще в изготовлении, чем сотовые, и в то же время обладают большей гидростатической жесткостью.

Рис. 6.19. Конструкции уплотнений:
а — сотовое; б — лунковое; в — лабиринтное с перекрывающимися гребнями; г— гладкое щелевое

А. Н. Гулый [16] провел сравнительные испытания трех типов лабиринтных уплотнений, показанных на рис. 6.19, и получил как расходные характеристики, так и коэффициенты гидростатической жесткости. Последние определены методом оценивания параметров по экспериментальным частотным передаточным функциям неуравновешенного ротора, вращающегося в соответствующем уплотнении.

Все испытанные уплотнения имели длину 20 мм, диаметр 70 мм и средний радиальный зазор 0,22 мм. Размер ячейки сотового уплотнения по ширине (между гранями) и глубине  — 3 мм, толщина ленты 0,4 мм. Лунки (восемь по окружности и четыре по длине) имели радиус 15 мм, глубину 5 мм, ширину 3,5 мм и располагались в шахматном порядке. Ширина перемычек по длине и окружности соответственно равна 1,5 и 0,5 мм. Лабиринтные уплотнения, показанные на рис. 6.19, в, испытывались при различном взаимном положении перекрывающихся гребней и при различных радиальных зазорах (рис. 6.20).

Рис. 6.20. Варианты лабиринтных уплотнений

В качестве эталона для оценки расходных и жесткостных характеристик принято гладкое щелевое уплотнение с той же длиной и с тем же радиальным зазором (рис. 6.19, г).