談風電齒輪箱中的迷宮密封 | 安維士

　　

　　風電齒輪箱中的齒輪和軸承在運轉過程需要潤滑油進行潤滑，故而必須考慮潤滑油的密封，防止潤滑油泄露污染環境甚至造成故障。

　　

　　由于風電齒輪箱中的齒輪和軸承運轉時，會使油溫升高，同時存在箱內外不均的氣壓，潤滑油很容易發生漏油、甩油等問題。為了減小泄露損失，保證齒輪箱高效工作，常見的一種齒輪箱的軸端密封就是非接觸式迷宮密封。

　　

　　

　　迷宮密封是在轉軸周圍設若干個依次排列的環行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質在通過曲折迷宮的間隙時產生節流效應而達到阻漏的目的。

　　

　　流體通過迷宮產生阻力并使其流量減少的機能稱為“迷宮效應”。對液體，有流體力學效應，其中包括水力磨阻效應、流束收縮效應；對氣體，還有熱力學效應，即氣體在迷宮中因壓縮或者膨脹而產生的熱轉換；此外，還有“透氣效應”等。而迷宮效應則是這些效應的綜合反應。

圖(1) 流體通過迷宮產生節流效應

　　

　　由于迷宮密封的轉子和機殼間存在間隙，無固體接觸，毋須潤滑，并允許有熱膨脹，適應高溫、高壓、高轉速頻率的場合，這種密封形式被廣泛用于汽輪機、燃汽輪機、壓縮機、鼓風機的軸端和各級間的密封，其他的動密封的前置密封。

　　

　　

　　理想的迷宮流道模型，它是由一個個環形齒隙和齒間空腔串聯而成的。實際設計的迷宮密封有各種形式，如圖(2)所示。

圖(2) 迷宮密封的常見形式

　　

　　

　　由于風電齒輪箱的潤滑油是液態流體，潤滑油經過迷宮結構時，主要受摩阻效應和流束收縮效應影響。

　　

　　摩阻效應是指泄漏液體在迷宮中流動時，因液體粘性而產生的摩擦，使流速減慢流量（泄漏量）減少。簡單說來，流體沿流道的沿程摩擦和局部磨阻構成了磨阻效應，前者與通道的長度和截面形狀有關，后者與迷宮的彎曲數和幾何形狀有關。一般是：在流道截面一定的情況下，當流道長、拐彎急、齒頂尖時，壓差損失顯著，泄漏量減小。流束收縮效應是指流體通過迷宮縫口，會因慣性的影響而產生收縮，流束的截面減小，主要受縫口面積影響。

　　

　　因此，要想達到良好的密封效果，迷宮密封結構應設計合理的環齒密封，使得液體經過的迷宮滿足縫口小、流道長、拐彎急、齒頂尖的特點。

　　

　　

　　風電齒輪箱的軸端密封的實際密封效果不僅與密封結構相關，還與潤滑油量、油壓、回油結構以及內外腔氣壓差等相關。因此，為保證齒輪箱的軸端密封，除了應設計良好的密封結構，還應控制合適的油量和油壓、保證潤滑油回油通道順暢、采用合適的裝置平衡內外腔氣壓等。