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流体密封技术总结

1.刷式密封
最初研制的刷式密封用于军用飞机的发动机。

刷式密封由牢固地固定在一个后板和侧板之间的浓密排列的金属丝鬓毛组成。

鬓毛径向向内伸展,将其末端加工以适合转子表面,为了适应转子的径向运动,鬓毛沿轴旋转方向布置成450倾角。

当发动机变热时,鬓毛与转子表面轻微软接触,其弹性能使其追踪转子的径向偏移。

在下游侧,后板限制鬓毛因压力导致的挠曲,通常在冷发动机上,鬓毛的尖端恰好离开转子,且其间隙恰好在运行中通过热膨胀和/或压力闭合。

转子与后板之间的间隙时确定刷式密封压力能力的一个关键参数,此间隙必须保持最小,但又大到足以在任何运行条件下避免接触转子。

实验表明一个精心设计的刷式密封的气体泄漏率不大于更大的传统迷宫密封泄漏率的20%。

实验室试验和飞行经验表明径向偏移在0.5mm以下的刷式密封能在0.3MPa压力、100m/s转子线速度和5000C气体温度下工作。

一般的地,最小间隙30μm的浮动衬套密封的气体泄漏量预计最多为精心设计的刷式密封泄漏率的一半,或者低于迷宫密封的泄露量的15%。

从原则上看,浮动衬套又向低泄漏气体密封迈进了一步,但由于在控制窄间隙密封方面的困难,特别是在发动机转速和温度处于瞬变情况下,这一潜力还难以实现。

看来将来在军用和商用飞机气轮发动机中,传统的
迷宫密封将逐渐被刷式密封代替。

2、气膜密封
是一个薄的稳定气膜将密封端面分开,然而,气体黏度低需要更强大的流体动压机构来产生使端面脱离实际接触所需的压力,并提供抵抗瞬间载荷变化的必需的刚度。

把膜控制气体密封应用于现在飞机气轮机上,将提高发动机的总功率,因为在发动机的许多部位都需要把高度压缩的气体的泄漏率减到最小,此外,极热的空气过量流入轴承腔会招致着火的危险。

在现代喷气发动机内,在某些密封部位的条件是特别严峻的:空气压力可高达3.5MPa,温度为6500C,滑动速度范围可达250m/s。

在未来的开发品中设想甚至更高速度和温度,也许500 m/s和750~8000C。

传统的解决方案是使用迷宫密封,更现代的措施是使用刷式密封和浮动衬套。

自20世纪60年代中期以来已经投入很大努力来开发飞机汽轮机用气膜控制技术。

早期的形式具有较大的密封环,有时为扇形,这些环都配有流体静压孔板或是螺旋槽和加强流体动力学用雷利阶梯。

虽然在飞机发动机上的应用中这些环中没有一个得到认可,但是在20世纪80年代,膜控制气体密封在不足13.0MPa、2000C和100m/s的工业气体压缩机上的应用得到认可。

膜控制气体密封引起注意是其耐高温和高压能力大大高于刷式密封,这一点使这种密封在飞机压缩
机的应用方面具有特殊的吸引力。

在20世纪90年代早期重新开始研制混合膜控制压缩机排气密封,
3.磁流体密封
人们早在研究磁性液体离合器时就有磁性流体密封的设想,Razdowitz于1948年就申请了英国专利,其基本构思是将运动部件之间的液体“固化”以防止泄漏,但因所配制的磁性流体粘度太大且不稳定而没有实用价值。

本世纪六十年代初,为了解决宇宙飞船和宇宙服可动部分的密封及在空间失重状态下的燃料补充问题,美国国家航空和航天管理局(NASA)开发了磁性流体这是一种对磁场敏感而且可以流动的液体磁性材料。

1965年,Papell获得了世界上第一项具有实用意义的制备磁性流体的专利。

1966年,日本也研制成功了磁性流体,磁性流体问世后仅短短几年就走出实验室而应用于科学实验和工业装置中。

六十年代末,美国成立了磁性流体公司,日本、前苏联和英国也都相继开展了磁性流体及其应用的研究。

磁性流体是由基液、固体磁性微粒和包覆磁性微粒与分散剂组成的一种胶体溶液。

磁性流体密封的原理:永久磁铁在磁路中产生强磁场,将磁性流体保持在密封间隙内形成液体“O ”形密封环,磁场力与外加压差相平衡,磁性流体密封没有磨损,故其具有无泄漏和无需维修等优点
密封结构设计分为永久磁铁设计和密封参数设计,首先进行永久磁铁设计,其主要目的是根据磁源性能,计算永久磁铁尺寸,以期使永久磁铁得到最佳利用,并通过永久磁铁工作点的选择,确定最佳永久磁铁形状,提高密封能力其次进行密封参数设计,主要需确定的参数有密封间隙、磁极形状级间宽度、磁极斜角、密封级数和齿槽尺寸密封间隙、齿宽、槽宽和齿高等然后, 根据使用要求,进行密封结构中各零部件的形状、结构、性能、和尺寸设计。

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