[發明專利]一種阻斷螺旋形流動現象的正交嵌入式密封方法及其裝置

無效

• 申請號: 201310589057.5
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103591299A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 楊建剛;李新陽;張萬福
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F16J15/447
• 分類號: F16J15/447
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖念

技術領域

本發明一種應用于透平機械、壓縮機等旋轉機械的新型密封方法及其裝置。

背景技術

密封是旋轉機械抑制流體泄漏的關鍵部件。旋轉機械密封在抑制流體泄漏的同時還會產生激振力，影響轉子的穩定性。隨著旋轉機械向大容量、高參數方向發展，密封內的流體激振問題日益突出。進入傳統密封中的流體在進口預旋或轉子摩擦的帶動下，不僅有軸向流動，而且在密封腔內還有一定的周向分速度，形成螺旋形的流動軌跡。產生激振力的原因在于流體在密封內的螺旋形流動現象，導致密封腔內沿周向的壓力不均勻分布，產生一個垂直于轉子位移方向的切向力，一旦切向力超過系統本身的阻尼力，轉子就會產生渦動，且當切向激振力的頻率與轉子渦動頻率接近時，會使轉子失穩的風險增大。

為了提高密封抗流體激振的能力，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式、孔型、刷式、反預旋、袋式阻尼密封等新型密封型式，并開展了大量的理論與試驗研究，取得了一定的效果。盡管如此，如何大幅提高密封抗流體激振能力并解決泄漏量和耐磨性之間的矛盾仍然是個難題，現有密封型式并不足以滿足現代旋轉機械發展對密封高性能的需求。

傳統梳齒密封在耐磨性和泄漏量之間存在矛盾。旋轉機械在起停機過程中過臨界轉速時，轉子振幅較大，如果密封安裝間隙較小，密封齒很容易磨損。密封齒與軸發生碰磨時，會造成軸局部過熱，甚至導致大軸彎曲。在機組檢修時，不得不增大密封安裝間隙，提高了泄漏量，以犧牲經濟性為代價來確保機組的安全性。雖然在1987年由GE公司雇員Ron?Brandon提出并完成設計制造的自調整密封解決了這樣的矛盾，但是對于密封的加工尺寸、彈簧質量和安裝工藝等要求頗高，而且在起停機時可能出現密封塊卡死導致動靜摩擦，損傷齒、軸，并產生振動。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種阻斷螺旋形流動現象、減少流體泄漏量、提高旋轉機械密封齒的耐磨性和系統的穩定性的正交嵌入式密封方法及其裝置。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明的一種阻斷螺旋形流動現象的正交嵌入式密封方法，首先在轉子上安裝一密封盤，然后在密封盤兩側分別設一組凹槽，將密封齒設在凹槽內；通過密封盤改變流體的流動軌跡，阻斷流體沿軸向的流動，迫使流體沿著設計的軌跡流動。

一種阻斷螺旋形流動現象的正交嵌入式密封裝置，包括轉子、設在轉子上的密封盤；所述密封盤外設有一靜子外套；所述密封盤兩側分別設有一組凹槽，所述每個凹槽內均設有一密封齒，所述密封齒與靜子外套連接。

優選地，所述密封盤兩側和凹槽數量均為2個以上。

優選地，所述密封盤兩側的凹槽呈相間排布，這樣設計可以節約使用密封盤體積，縮小整個裝置的大小。

優選地，所述密封盤兩側的凹槽呈相對排布。

優選地，所述密封齒與凹槽底部的距離≦0.5mm。

螺旋形流動現象是導致流體激振的根本原因，產生螺旋形流動的本質在于流體沿轉子軸向流動，在轉子高速旋轉的帶動下，流體形成螺旋形流動現象。本發明通過在轉子上設計的嵌入式密封盤，將流體的泄漏方向改為正交于其流動方向，在密封盤的阻隔下，螺旋形流動現象被切斷，從而提高系統的穩定性。

本發明采用密封齒與密封盤正交嵌入的新型設計，流體進入密封腔后，在密封盤的阻隔下，形成繞流。由于齒與盤的嵌入式布置，流體每經過一級密封間隙便形成一次節流，在齒間的密封腔內形成漩渦，具有良好的湍流增阻效應，減小流體泄漏量，提高密封的效率。同時，密封齒頂部與密封盤存在間隙，有效避免了因旋轉機械在運行中的軸向膨脹，以及密封內流體對密封盤的軸向沖擊力造成轉子在軸向的位移而導致動靜碰磨；密封齒正交布置，由于轉子振動主要是在轉子橫截面垂直和水平方向上，回旋振動對密封齒的碰磨明顯減小，提高密封耐磨性。

有益效果：本發明的相對于現有技術而言具有如下優點：

(1)減小流體激振力，提高系統穩定性。通過在轉子上設計的嵌入式密封盤，改變流體泄漏方向，流體不再沿轉子軸向流動，本質上切斷螺旋形流動現象，減小流體激振，提高系統的穩定性。密封齒與轉子的同向布置，減小轉子振動對密封齒的碰磨，提高密封的耐磨性。

(2)減小流體泄漏量，提高系統經濟性。新型正交嵌入式密封在密封盤的阻隔下，流體在密封腔內形成繞流，在每級齒與盤間節流效應明顯，在齒間密封腔內形成漩渦，湍流增阻效果明顯，能量耗散大。

附圖說明

圖1是本發明提供的裝置中的實施例1結構示意圖。

圖2是本發明提供的裝置中實施例1的阻斷螺旋形流動現象的原理分析示意圖。