[發明專利]一種新型高穩定橢圓密封結構

無效

• 申請號: 201310019168.2
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103047417A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 孫丹;艾延廷;肖忠會;王學軍;鄭鐵生
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F16J15/40
• 分類號: F16J15/40
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃

技術領域：本發明涉及一種應用于旋轉機械中的密封結構，尤其涉及一種新型高穩定橢圓密封結構。

背景技術：密封是航空發動機、汽輪機、壓縮機等旋轉機械的關鍵部件，密封在抑制旋轉機械流體泄露的同時還會產生氣流激振力，影響轉子穩定性。隨著旋轉機械工作介質參數的不斷提高，由密封氣流力所引起的氣流激振問題越來越突出。

密封動力學原理與動壓滑動軸承作用原理相似。密封氣膜間隙具備了形成動壓氣膜的必要條件：①轉子與靜子之間形成楔形間隙；②轉子與靜子之間連續充滿粘性液體；③轉子與靜子之間有相對運動速度。密封結構間隙氣流力產生的氣流激振與滑動軸承間隙油膜力產生的油膜振蕩有共同點：①都是旋轉機械微小間隙流體產生，均屬于流體激振；②流體激振原理相同，都是由切向流體激振力使得轉子渦動，當渦動頻率與轉子固有頻率接近時，產生流體激振；③振動現象相同，都屬于自激振動，使得旋轉機械產生低頻振動。對滑動軸承而言，軸承形式對穩定性的影響很大，圓柱滑動軸承的穩定性較差，為了提高穩定性，橢圓軸承常應用于大型旋轉機械。研究表明，與圓柱滑動軸承，橢圓軸承提高了軸承的油膜剛度和穩定性，是工程設計中廣泛應用的增穩措施。

近年來，為提高密封的穩定性，減小氣流激振力，人們在傳統疏齒密封的基礎上，通過改變密封本身的結構提出了蜂窩、反旋流、阻尼、袋式等新型密封型式，取得了一定的效果。但密封結構型式的不斷改進導致結構越來越復雜，容易產生由于摩擦引起的不穩定振動故障。上述形式的密封結構雖然機理不完全相同，但本質上都屬于圓形密封結構，即密封沿周向結構均為圓形。對于圓形密封而言，氣流在偏心轉子與定子之間的楔形間隙內所產生的氣體軸承效應是導致密封氣流激振的重要因素。因此，氣流激振問題不可能得到根本解決。

發明內容：針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種新型高穩定橢圓密封結構。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種新型高穩定橢圓密封結構，包括密封套和密封體，密封體固定在密封套上，密封體上有周向的迷宮密封齒，密封齒分為上下兩段等長的圓弧結構，這兩段圓弧的包角小于180゜，其中上段圓弧的圓心為O₂，下段圓弧的圓心為O₁，上下兩端圓弧的半徑均為R，且上下兩段圓弧的圓心距離密封幾何中心位置的距離均為其中r為轉子的半徑。

本發明借鑒橢圓滑動軸承的思想，不改變傳統圓形密封的整體結構，將傳統的圓形密封結構設計成為橢圓密封結構，其主要優點如下：

1、結構簡單，任何圓形密封如迷宮密封、蜂窩密封、刷式密封等都可以據此改變為相應的橢圓迷宮密封、橢圓蜂窩密封、橢圓刷式密封等；

2、與傳統圓形密封相比，橢圓密封在工作中形成上下兩個氣楔，形成兩個動壓氣膜，增加了動壓氣膜的約束，提高了密封的氣膜剛度，有助于提高穩定性，提高密封的抗氣流激振能力。

附圖說明：

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是橢圓密封結構周向局部視圖。

圖3是橢圓密封結構軸向局部試圖。

圖中：1-密封齒；2-氣膜；3-轉子；4-密封套；5-T型槽；6-密封體；7-密封齒上段圓?。?-密封齒下段圓弧。

具體實施方式：

如圖1-圖3所示，一種新型高穩定橢圓密封結構，包括密封套4，T型槽5和密封體6，密封套4內設有T型槽5，密封體6通過在圓周方向向上T型槽5與密封套4固定在一起，密封體6上有周向的迷宮密封齒1，密封齒1與轉子3之間有氣膜2，密封齒1分為上下兩段等長的圓弧結構：密封齒上段圓弧7與密封齒下段圓弧8，這兩段圓弧的包角小于180゜，其中密封齒上段圓弧7的圓心為O₂，密封齒下段圓弧8的圓心為O₁，上下兩端圓弧的半徑均為R，且上下兩段圓弧的圓心距離密封幾何中心位置的距離均為其中r為轉子的半徑，轉子的圓心為O，轉子的轉速為ω。

這樣，轉子與靜子間的相對滑動表面形成油膜，在轉子與靜子間的楔形間隙下產生動壓。橢圓密封的特點是：與傳統圓形密封相比，橢圓密封在工作中形成上下兩個氣楔，形成兩個動壓氣膜，增加了動壓氣膜的約束，增強了密封的穩定性；且即使軸在密封中心位置（O)，轉子相對于軸瓦圓弧中心（O₁，O₂）也并不處在同心位置，而處在偏心較大的位置。因此與圓形密封相比提高了密封的氣膜剛度，進而提高了密封的穩定性。

本發明沿用當前很多固定密封安裝固定的T型槽安裝方式。將橢圓密封設計成固定于汽缸T型槽的固定部件，不改變傳統圓形密封的整體結構，只將傳統密封的密封齒部分由圓形結構改為上下兩段等長的圓弧結構。當轉子轉動時，形成兩個氣楔，形成兩個動壓氣膜，增加了動壓氣膜的約束，增強了密封氣膜剛度，有助于提高密封的穩定性。密封塊材料為普通的45鋼、GC_r15等材料。