Бесконтактные щелевые уплотнения применяемые в гибридных энергетических машинах

Гибридная энергетическая машина сочетает в себе компрессор и насос которые находятся в одном корпусе. Над поршнем находится компрессорная полость, а под поршнем насосная. Для герметизации рабочих полостей в данной конструкции применяют бесконтактные уплотнения.

Бесконтактные уплотнения создают между герметизирующими полостями минимально возможный зазор – щель, в котором осуществляется дросселирование рабочей жидкости. Расход жидкости через щель зависит от значения перепада давлений между герметизирующими полостями, а также от площади щели, которая определяется величиной зазора и длиной щели.

Щелевые уплотнения могут выполняться как с радиальными, так и с осевыми зазорами. Утечки жидкости через уплотнение являются большими [1, с. 3]. Уменьшения щели можно произвести путем нанесения на неподвижную деталь мастики на порошкообразном графите.

Уплотнения предназначены для снижения перетечек рабочей среды и устанавливаются между полостями, заполненными жидкостью или газом, но с разными давлениями. Надежная изоляция полостей возможна лишь при контактных уплотнениях.

В качестве бесконтактных уплотнений используют гладкое щелевое и ступенчатое уплотнение.

Недостаток щелевого уплотнения - высокая стоимость изготовления сопрягаемых деталей и возможность зарастания щели.

Поршневое концентричное уплотнение представляет прямой участок без каких-либо неровностей. При работе агрегата в процессе нагнетания жидкости при давлении P₁ в насосной секции, жидкость под давлением перетекает через щель δ₁ в полость компрессора, где происходит процесс всасывания при давлении P₂, такое направление течения жидкости принято называть прямым.

Рисунок 1. Гладкое концентричное щелевое уплотнение

Рисунок 2. Принципиальная схема действия концентричной щели

В ступенчатом поршневом уплотнении при ходе поршня от ВМТ к НМТ длина щели с величиной зазора δ₁ уменьшается, а длина щели с величиной зазора δ₂, увеличивается [2, с. 46]. Что приводит к снижению общего гидравлического сопротивления щели. Очевидно, что при ходе поршня вниз в компрессорной секции происходит расширение и всасывание, а в насосной секции сжатие и нагнетание жидкости. За счет возникающего перепада давления жидкость перетекает из насосной в компрессорную секцию. По мере движения поршня перепад давления остается постоянным, а гидравлическое сопротивление щели уменьшается, что вызывает повышение расхода жидкости через уплотнение.

Рисунок 3. Ступенчатое щелевое уплотнение

Наиболее часто в практических ситуациях уплотнение устанавливается с эксцентриситетом, это означает что поршень в цилиндре расположен не концентрично, тем самым его эксцентриситет меняется по углу поворота коленчатого вала. Данная конструкция сложна в изготовлении, а также отличается относительно малым сроком службы по сравнению с концентричным щелевым уплотнением ступенчатого вида.

Рисунок 4. Эксцентричное расположение щелевого уплотнения ступенчатого вида

В современных машинах наиболее предпочтительно используется ступенчатое уплотнение так как в нем обеспечивается разность расходов в прямом и обратном направлении жидкости.