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壓縮機網發布時間：04-2909:09密封件受力分析：這里主要分析M點與D點密封件接觸時（實際處理中，可能會盡量避免二者直接接觸），以及它們在個別特殊位置時的受力情況，包括受力大小、方向、變化趨勢等（這里不探討人為控制密封件的有關作用力），目的是方便了解密封件的磨損及控制情況。不過，高速時密封件離心力的影響不可忽視，包括對密封效果、密封件控制、密封件擠壓、密封件卡槽磨損、以及對定子型面的影響等（參見“密封件控制”），這里不詳細分析，下面以M1、D1、D2點密封件受力為例做簡要分析（其它各點可依此參考）。1.M1點密封件受力M1點密封件與D1點密封件側向接觸時，會額外受到D1點密封件的擠壓力，以及來自D1點密封件的摩擦力（作用時間極短），二者均會促使其回縮，前者會促使其向左側卡槽擠壓，后者會促使其向右側卡槽擠壓，可部分抵消側向擠壓，一定程度減輕密封件對其卡槽的擠壓、磨損（滾針）。M1點密封件接觸行星輥凹面時（圖3，第23曲線對應的曲面），會額外受到來自行星輥凹面的擠壓力和摩擦力（圖17），位置不同、受力不同，擠壓力方向均指向行星輥凹面曲線的圓心，摩擦力方向是行星輥凹面曲線接觸點的切線方向（朝右），兩者均會促使M1點密封件回縮。M1點密封件位于行星輥凹面右側時，擠壓力和摩擦力對密封件卡槽的側向作用力方向相反，部分抵消，可減輕其對卡槽的擠壓、磨損；M1點密封件位于行星輥凹面左側時，擠壓力和摩擦力對密封件卡槽的側向作用力均朝右，這會加重其對卡槽右側的擠壓、磨損。2.D1點密封件受力D1點密封件與M1點密封件接觸時，會額外受到促使其回縮的擠壓力和摩擦力（作用時間極短），兩者在卡槽側壁的作用方向相反，可部分抵消。D1點密封件接觸定子內壁曲面時（圖3，第16曲線對應的曲面），擠壓力指向定子內壁曲面對應曲線（第16曲線）的圓心，摩擦力方向在接觸點與該曲線相切（朝左）：D1點密封件靠M1點側時（圖18），擠壓力會擠壓D1點密封件卡槽右側壁并促使去回縮，部分抵消摩擦力對左側壁的擠壓；D1點密封件靠B1點側時，擠壓力會擠壓D1點密封件卡槽左側壁并促使其回縮（摩擦力促使其外移），疊加摩擦力對左側壁的擠壓。3.D2點密封件受力M1點密封件從行星輥凹面側向過渡到D2點密封件過程中，D2點密封件會額外受到促使其回縮的擠壓力和促使其外移的摩擦力（作用時間極短），兩個力均會擠壓卡槽左側；M1點密封件從D2點密封件側向過渡到行星輥凹面過程中，D2點密封件會額外受到促使其回縮并擠壓卡槽右側的擠壓力、以及擠壓卡槽左側的摩擦力，前者對卡槽右側的擠壓是主要的；D2點密封件接觸定子內壁曲面時（圖3，第21曲線對應的曲面）：在靠B2點側，擠壓力會擠壓D2點密封件卡槽右側壁并促使去回縮，部分抵消摩擦力對左側壁的擠壓；在靠M1點側，擠壓力會擠壓D1點密封件卡槽左側壁并促使去回縮，疊加摩擦力對左側壁的擠壓。4.行星輥圓弧面密封件受力對于滾針、密封片、小型密封塊，行星輥圓弧面密封件接觸定子圓弧形內壁底部時（第17、20曲線對應曲面，參見圖3、4、13），其密封件受到的擠壓力（包括離心力）指向轉子軸心及行星輥軸心，理論上垂直于接觸面的切線方向，不會對密封件卡槽側壁形成擠壓，其垂直于卡槽側壁面的摩擦力（切線方向）會對卡槽左側壁產生一定擠壓，不過作用時間極短，磨損幾乎可以忽略。對于較大型密封塊，擠壓力及摩擦力對卡槽側壁的擠壓、磨損不可忽視。密封件控制密封件控制是指為確保密封件通過性、密封壓力、良好潤滑（詳見“密封件潤滑”），對密封件所進行的回縮或外移等相應控制，在控制方式上包括工質壓差、潤滑油液壓、彈簧壓力、離心力等（相對于定子內壁面，行星輥密封件離心力與密封壓力的方向一致，這里僅粗略探討）。行星輥密封件的常態分為“常凸”（凸出在卡槽外面）、“常凹”（凹進在卡槽里面），對于M點密封件，只能采用“常凸”狀態，以確保其隨時與轉子圓周面接觸密封。對于行星輥圓弧面（含D點）密封件，兩種常態均可采用，各有利弊：常凹狀態：不需過多修正轉子腔槽型線，但密封件回縮控制頻繁、響應速度受限，若控制響應不及時，則會發生碰撞，高速時的響應速度受限，可靠性尤為關鍵；常凸狀態：可直接利用密封件自然的接觸壓力及時保持密封狀態，響應迅速，不需額外增設機構，只需對轉子腔槽型線做適當修正，可靠確保密封件與G點不發生碰撞（若無特別說明，后面均以常凸狀態進行探討），但修正后的轉子腔槽型線，不得影響M1點密封件從D2點密封件到G2點的平滑過渡。1.M點密封件控制M點密封件控制較簡單，其接觸面受工質對其反向擠壓，密封壓力會隨工質壓差增大而減小，可直接從密封件卡槽入口直接引入工質壓差以平衡密封壓力。必要時，可在M點附近高壓側適當位置開設直通卡槽的“壓力平衡孔”直接或間接調控壓差，孔口大小可隨壓差成正比變化、或卡槽內密封件受壓面積適度大于其密封面受力面積，以確保密封壓力保持在合理范圍。對于工作機，為進一步降低M1點、D2點兩密封件之間的擠壓強度（確保平滑過渡），必要時可使壓力平衡孔與M1點保持適度橫向距離（短暫失效），通過“密閉空間”的工質壓差降低M1點密封壓力，同時，這也為原動機D2點密封件控制提供了方便（詳見“D點密封件控制”）。2.D點密封件控制對D點密封件的控制，主要控制其在卡槽內的移動，以確保其通過性、密封壓力，控制方式包括：液壓控制：通過潤滑油直接控制D點密封件在其卡槽內的移動，即在行星輥端面密封環上開設對應的液壓控制孔（圖23），該孔轉到對應位置即與轉子腔槽側壁的潤滑油孔接通以實施控制；工質壓差控制：通過密封件卡槽入口或特定孔道，利用工質壓差直接或間接控制密封件移動。密封壓力受彈簧壓力、離心力、摩擦力、工質壓差等眾多因素影響，其中離心力、工質壓差對D點密封壓力的影響：對于D1點密封件，其在定子內壁曲面（圖3：第16曲線對應曲面）任意點的密封壓力方向，均經過該曲面對應曲線的圓心（圖19）。在不考慮工質壓差、摩擦力等有關情況下（具體應用中必須考慮），該曲線起點（M1點）、θ點（圖20：θ——密封件移動方向與橫坐標軸的夾角）、B1點的密封壓力分別為（假設三個點的離心力f、彈簧壓力FT分別相同）：M1點密封壓力：FM1=f+FTcos（φM1）離心力與密封件移動方向一致（θ點）時的密封壓力：Fθ=f+ FTB1點密封壓力：FB1=f+FTcos（φB1）不難看出，密封壓力在M1點、B1點時較高、θ點最低，與工質壓差的單向變化趨勢不一致。不過，D1點密封件從M1點到B1點過程中：對于原動機，其密封點高壓側（左側）的工質受力面積逐漸增大，工質壓差逐漸減小，對于工作機，其密封點高壓側（右側）的工質受力面積逐漸減小，工質壓差逐漸增大，這反映出密封件受到的工質壓力變化對密封壓力變化影響不大，密封壓力變化主要受密封件擠壓影響（包括彈簧壓力及液壓力）。必要時，還可在D1點密封件卡槽高壓側對應的定子及轉子側壁適當位置，進一步開設直通卡槽適當位置的“導壓槽孔”（圖21），通過工質壓差直接或間接控制其回縮、或外移。對于D2點密封件，其密封壓力變化趨勢與D1點密封件相似。為確保通過性，必要時，可利用D2點與M1點之間“密閉空間”（圖10）里的工質壓差快速升高的特性，直接或間接控制D2點密封件回縮、或外移（同時還會促使M1點密封件回縮或外移），甚至還可在適當位置開設“導壓槽孔”（圖22）以增強控制能力。3.行星輥圓弧面密封件控制在定子內壁右側B1點至B4這段圓弧面，由行星輥右側圓弧面D1點至D4點之間密封件負責密封，密封壓力、密封件移動、以及離心力方向均通過行星輥軸心及轉子軸心，即與密封件卡槽方向一致（理論上），可直接利用工質壓差控制密封壓力。在轉子腔槽內，工質壓差對密封的影響大大減弱，且有多個密封件同時參與密封，各密封件的密封壓力可適度降低，彈簧壓力、離心力、腔槽底部型線修正等均能滿足密封壓力要求。在密封件通過性方面，無論行星輥圓弧面密封件常態為“常凸”或“常凹”，均可通過行星輥端面的“液壓控制孔”（圖23）對其進行時時控制，即密封件處于非接觸狀態時，控制其回縮或外移，以順利通過G點并進入轉子腔槽。密封件潤滑密封件潤滑主要是針對M點、D點、行星輥圓弧面密封件處于密封狀態時（包括轉子腔槽）的潤滑。若采用滾針，M點密封件潤滑油直接從定子潤滑油道進入滾針油槽，通過輔助滾針或滾針護墊上的“油槽”給密封滾針涂抹一層極薄的潤滑油（可大大降低潤滑油消耗量），而行星輥密封件潤滑油則從行星輥端面的“潤滑油入口”（圖15、16）進入滾針“油槽”，然后再從“潤滑油出口”進入循環（兼具冷卻作用）。滾針潤滑相對較簡單，后面不再探討。若采用其他密封件（密封片、密封塊、密封角等），最簡單有效的潤滑方式是在轉子G1點、G3點附近圓周面開設潤滑油噴口（單向，后同），直接給定子內壁底部噴射潤滑油，其他潤滑方式主要有：擠壓潤滑：通過密封件受到擠壓回縮接通潤滑油通道，響應迅速，可靠性高，但密封件回縮位移量極小，不便直接用于開啟潤滑油通道，可能需要利用液壓放大后的位移量去控制潤滑油通道。液壓潤滑：行星輥圓弧面（含D點）密封件即將處于密封狀態時，行星輥端面密封環上特定對應位置的“液壓控制孔”（圖23）與轉子腔槽側壁上的潤滑油孔道接通，可準確響應控制。必要時，可通過設置兩個“液壓控制孔”，以便切換接通行星輥圓弧面前進側的潤滑油噴口。擠壓潤滑、液壓潤滑兩種方式均需在密封件前進側旁適當位置開設潤滑油噴口，實現準確、微距、微量噴射潤滑油，不過結構相對較復雜、噴射量不易準確把控。涂抹潤滑：行星輥圓弧面（包括D點）密封件經過轉子腔槽時，通過轉子腔槽底部特定位置的潤滑油噴口（需在行星輥端面與轉子腔槽側壁之間適當位置設置啟動機關）、或涂抹滾針（密封件擠壓開啟）涂抹適量潤滑油，既可潤滑轉子腔槽底部，還可用于潤滑定子曲面（D點）及圓弧面，該潤滑方式可省去行星輥上較復雜的潤滑機制，控制簡單。在潤滑方式的控制方面，必要時可充分利用摩擦力方向、離心力方向進行控制：對于摩擦力方向，其始終與行星輥密封件運動方向相反，而潤滑油又必須噴射在密封件前進方向側，二者剛好反向對應。不過，對這種方向信號的利用不易實施，難度較大。對于離心力方向，行星輥圓弧面上各密封件進入轉子腔槽后，其離心力會在不同位置、不同程度促使密封件回縮。離心力方向在密封件回縮移動方向附近時，離心力回縮影響接近最大，如彈簧壓力合適，此時可接通潤滑通道以潤滑轉子腔槽，可大大簡化潤滑油控制機制。不過，離心力大小受轉速影響較大，應用環境受限。另外，必要時還可利用行星輥上密封件所受離心力在上、下、左、右的方向性變化特性（基本對應了密封件在定子內壁、轉子腔槽的接觸密封關系），通過每個密封件對應的離心力“方向響應器”及時接通某個密封件前進方向的潤滑油噴口。“方向響應器”的結構雖簡單，但較占用空間位置，僅適用于大直徑的結構。1.M點密封件潤滑M點密封件可采用滾針、密封片，滾針的潤滑隨時接通，接觸即可潤滑，不需額外控制，密封片需采用擠壓潤滑、液壓潤滑：對于普通流體機械，潤滑油噴口開設在進口側M點旁邊、必要時可開設在密封片卡槽內（直接噴射到轉子圓周面），盡量縮短噴射距離，M點密封件長期處于密封狀態，不需額外過多控制。若需控制潤滑油量，可利用工質壓差直接控制。對于轉子發動機，M1點密封件位于燃燒室側，高溫高壓，壓差極大，對密封、潤滑要求極高，潤滑油可在M2點進口側噴射到轉子圓周面（潤滑M1點密封件），經過M1點后潤滑油很快即被高溫燃氣破壞。M2點密封件位于進出口側，進口側低溫低壓，方便噴射潤滑油以潤滑M1點密封件，出口側壓差低，對密封要求不高，但高溫，不方便直接噴射潤滑油到轉子圓周面（宜采用滾針）。為確保M2點密封件的良好潤滑，需在出口側M2點密封件卡槽內或其附近開設潤滑油噴口，必要可在噴口附近適當位置增設高壓隔熱氣簾（耗氣量極小），保護噴出的潤滑油不接觸高溫廢氣。2.行星輥密封件潤滑：行星輥潤滑包括對行星輥圓弧面（包括D點）、端面密封件的潤滑，采用密封片、密封塊、密封角時，在行星輥圓弧面或密封件卡槽內適當位置開設有潤滑油噴口，可采用擠壓潤滑、液壓潤滑、或涂抹潤滑（被動潤滑）。行星輥圓弧面（包括D點）密封件潤滑：行星輥圓弧面潤滑包括行星輥圓弧面與定子內壁面之間的潤滑，以及行星輥圓弧面與轉子腔槽底部之間的潤滑，在主動潤滑方面（通過行星輥主動提供潤滑），可采用液壓潤滑，或利用轉子腔槽密封修正型線擠壓潤滑、或者利用離心力方向變化提供擠壓潤滑。行星輥端面密封件潤滑：行星輥端面潤滑包括行星輥端面與轉子腔槽側壁面之間的潤滑、與工作腔定子側壁面之間的潤滑、以及行星輥圓弧面密封件兩端與齒形密封條之間的潤滑，可能需多道密封（圖23），行星輥潤滑油通道（明道）經過此處，潤滑方便。另外，行星輥端面各點軌跡交叉重疊較多，即最外側密封件與內側潤滑油道的軌跡重疊較多，這有利于最外側密封件的潤滑。3.轉子腔槽潤滑轉子腔槽潤滑實際就是行星輥圓弧面與轉子腔槽底部之間的潤滑，在主動潤滑方面（通過轉子腔槽主動提供潤滑），可在轉子腔槽底部適當位置設置潤滑油噴射口或者潤滑油涂抹滾針，通過擠壓潤滑、液壓潤滑、或涂抹潤滑等方式，直接對行星輥圓弧面密封件噴射、涂抹潤滑油。總結：從上面的粗略探討不難發現，該結構在密封潤滑方面有諸多選擇方案，并不存在難以實施的技術難題，充分利用其在結構、運行原理方面的特性，大多數使用環境均可實現較理想的密封潤滑。雖其密封件較多、看似復雜，但換來的卻是磨損被分攤到多個密封件，可靠性大大增強。若采用多個行星輥（圖24、25，適宜大直徑結構），行星輥圓弧面更少，密封、潤滑更方便。在空氣壓縮方面，若作為壓縮機后級與透平式結構聯合使用，可大大減少壓縮機級數，輕易實現大流量、高壓比，效率可明顯提升。本文由壓縮機網：李松原創，歡迎關注，帶你一起長知識！原標題：行星式流體能量轉換結構密封難點分析注：未經授權，請勿私自轉載！

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