Uszczelnienia labiryntowe: uszczelnianie bezstykowe wałów i łożysk. Uszczelnienie labiryntowe zmusza wyciekający płyn do przejścia przez zazębiające się zęby i komory, obniżając ciśnienie etapami, tak że przeciek spada do akceptowalnego poziomu zamiast być całkowicie wyeliminowanym.
Ponieważ wirnik i stojan nigdy się nie stykają, uszczelnienia labiryntowe unikają tarcia, ciepła i zużycia ograniczających uszczelnienia stykowe, co czyni je standardowym wyborem tam, gdzie prędkości wału są wysokie, żywotność uszczelnienia musi być długa, a niewielki, kontrolowany przeciek jest dopuszczalny.
Uszczelnienie labiryntowe składa się z cienkich, promieniowych płetw lub zębów obrobionych na wirującym wale lub na nieruchomej obudowie, skierowanych ku powierzchni przeciwległego elementu przy niewielkim prześwicie promieniowym.
Każdy ząb wymusza przepływ płynu przez wąską szczelinę do nieco większej komory, gdzie płyn się rozpręża i traci prędkość oraz ciśnienie, przekształcając energię ciśnienia w ciepło powstające wskutek turbulencji.
Powtarzanie tego cyklu na wielu zębach zmniejsza różnicę ciśnień w małych krokach, więc przepływ uchodzący przez ostatni ząb stanowi tylko ułamek tego, co przepuściłby pojedynczy otwór o tym samym prześwicie.
Przeciek nigdy nie jest całkowicie zatrzymany, ponieważ uszczelnienie opiera się na prześwicie roboczym, a nie na styku ślizgowym. Projektowe wartości przecieku ustala się na podstawie liczby zębów, prześwitu promieniowego, geometrii komór i różnicy ciśnień, i traktuje się je jako kontrolowaną, przewidywalną stratę, a nie stan awaryjny.
Brak kontaktu ściernego powoduje, że uszczelnienia labiryntowe generują znikome ciepło tarcia i zużywają niewielką lub żadną moc wału, co jest zaletą w dużych turbogeneratorach i turbosprężarkach, gdzie opór uszczelnienia mógłby inaczej powodować mierzalną utratę sprawności. W normalnej eksploatacji nie ma zakończenia żywotności związanego z zużyciem, więc trwałość serwisowa zależy od stanu mechanicznego maszyny, a nie od powierzchni zużywającej się. To sprawia, że uszczelnienia labiryntowe są dobrze przystosowane do:
Wadą jest to, że uszczelnienie oparte na prześwicie jest bardziej przeciekowe niż prawidłowo działające uszczelnienie stykowe, a jego wydajność jest wrażliwa na pozycję wirnika, rozszerzanie termiczne i każde zdarzenie tarcia, które zmienia prześwit roboczy.
Uszczelnienia labiryntowe są domyślnym wewnętrznym uszczelnieniem w turbinach parowych i gazowych, kontrolując przecieki między stopniami i w uszczelnieniach czołowych wałów, tolerując wysokie prędkości oraz gorący, zanieczyszczony gaz procesowy, który zapchałby uszczelnienie stykowe. W sprężarkach odśrodkowych uszczelnienia labiryntowe, czasami w parze z suchymi uszczelnieniami gazowymi, stosowane są przy bębnach równoważących i w miejscach międzystopniowych do kontrolowania recyrkulacji i siły osiowej.
Drugie istotne zastosowanie to izolator łożyska: kompaktowe urządzenie labiryntowe montowane przy wieczku obudowy łożyska, zamiast konwencjonalnej uszczelki wargowej. Jego zadaniem jest utrzymanie kurzu, wody z mycia i wilgoci na zewnątrz obudowy przy jednoczesnym utrzymaniu smaru wewnątrz, a nie zatrzymywanie płynu pod ciśnieniem. Wiele izolatorów łączy ścieżkę labiryntową z obracającym się pierścieniem typu O lub z rowkiem odpływowym, który odprowadza wilgoć z powrotem na zewnątrz, zanim dotrze do łożyska.
Wybór między uszczelnieniem labiryntowym a uszczelnieniem stykowym, takim jak uszczelnienie mechaniczne lub pakowanie osłonowe (gland packing), sprowadza się do akceptowalnego przecieku w zamian za tolerowane zużycie, tarcie i koszty konserwacji.
| Cecha | Uszczelnienie labiryntowe | Uszczelnienie mechaniczne | Pakowanie osłonowe |
|---|---|---|---|
| Typ kontaktu | Bezustykowe, prześwit roboczy | Stykające się powierzchnie, lub bezstykowe dla uszczelnień gazowych | Stykowe, sprężone pierścienie |
| Przeciek | Niski, lecz niezerowy (zaprojektowany) | Bardzo niski do niemal zerowego przy prawidłowym stanie | Kontrolowane sączenie (zaprojektowane) |
| Zużycie / ograniczenie żywotności | Normalnie brak | Zużycie powierzchni uszczelniających, zmęczenie sprężyn | Zużycie pierścieni, zużycie tulei |
| Przystosowanie do prędkości | Bardzo wysokie | Wysokie, przy odpowiednim płukaniu | Niskie do umiarkowanych |
| Utrata mocy | Znikoma | Umiarkowana, tarcie powierzchni | Umiarkowana do znacznej |
| Typowe zastosowania | Stopnie turbin/sprężarek, izolatory łożysk | Uszczelnienia wałów pomp i mieszarek | Starsze pompy, zawory |
Wybór uszczelnienia labiryntowego zależy od kilku zmiennych:
Ponieważ uszczelnienia labiryntowe nie mają komponentu zużywającego się, który należałoby sprawdzać w stałych odstępach czasu, monitorowanie stanu opiera się na wskaźnikach pośrednich: rosnącym wskaźniku przecieku, spadku sprawności stopnia, zanieczyszczeniu łożysk lub odczytach ciężkości drgań zgodnych z tarciem wirnika.
Śledzenie tych trendów przewyższa politykę wymiany opartą na kalendarzu, ponieważ uszczelnienie nie degraduje się według przewidywalnego harmonogramu tak jak zestaw pakowania czy powierzchnia uszczelniająca. Rejestrowanie przecieków, stanu smaru i zdarzeń tarcia przypisanych do aktywa w systemie CMMS pozwala zespołowi niezawodności wykryć powolne przesunięcie prześwitu zanim spowoduje ono uszkodzenie łożyska.
Zarezerwuj demo Fabrico , aby zobaczyć tę historię powiązaną z kartą aktywa.
Nie. Ograniczają przeciek do niskiej, przewidywalnej wartości poprzez obniżenie ciśnienia na serii prześwitów, a nie przez osiągnięcie zerowego przecieku. Zawsze pewna ilość przepływu przechodzi przez prześwit.
Generują minimalne tarcie i ciepło, bez zużycia powierzchni czy pakowania, więc pracują niezawodnie przy prędkościach i temperaturach, które zniszczyłyby uszczelnienie stykowe.
Izolator łożyska to kompaktowe urządzenie labiryntowe montowane przy wieczku obudowy łożyska. Chroni przed zanieczyszczeniem i utrzymuje smar wewnątrz, zamiast zatrzymywać płyn procesowy pod ciśnieniem, i zazwyczaj zastępuje uszczelkę wargową.
Tak, choć nie przez zużycie w sposób charakterystyczny dla uszczelnień stykowych. Tarcie wirnika wskutek niewspółosiowości lub rozszerzania termicznego może powiększyć prześwit lub uszkodzić zęby, a erozja spowodowana abrazyjnym płynem może powiększyć szczelinę, podnosząc przeciek ponad wartość projektową.
Zaloguj
Blog
