[實用新型]一種人字形阻旋柵密封結構

有效

• 申請號: 201420745576.6
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN204284448U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 孫丹;王雙;劉寧寧;王克明;艾延廷
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16
• 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：本實用新型是一種應用于旋轉機械中的密封結構，尤其是一種新型降低進氣預旋抑制氣流激振力的人字形阻旋柵密封結構。

背景技術:密封結構是航空發動機、汽輪機、壓縮機等旋轉機械的關鍵部件，密封結構在抑制旋轉機械流體泄漏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。

研究表明，密封氣流激振產生的主要原因是由密封內流體的周向速度產生的交叉剛度引起的。密封內流體的周向速度由以下兩個方面產生：一是密封內流體在旋轉轉子的粘性摩擦帶動下產生周向流動；二是在進入密封前的流體具有較大入口預旋速度。這兩者均可使流體在密封中具有一定的周向速度。流體在密封間隙的周向流動，使得密封間隙流體周向壓力分布不均勻，由不均勻的壓力分布產生氣流激振力，進而產生交叉剛度引起密封失穩。

為減小密封氣流激振力，提高密封的穩定性，人們在傳統迷宮密封的基礎上，通過改變密封本身的結構提出了多種密封結構。1982年，Von?Pragenau通過改變密封內周向表面的粗糙程度來降低密封內流體的周向流速，提出了蜂窩密封結構。鑒于蜂窩密封加工工藝復雜等因素，國外學者提出了與蜂窩密封結構相似，具有圓柱孔的孔型密封結構。1991年美國德克薩斯A&M大學透平機械實驗室的Vance和Shultz研發了袋型密封。袋型密封的周向隔板和凹槽能有效地減小流體的周向流動速度。上述密封形式雖然機理不完全相同，但本質上都屬于通過改變密封內部結構增加流體通過周向腔室的阻力，削弱密封內流體的周向流動，進而減小密封交叉剛度，以達到增加轉子穩定性的目的。上述密封并沒有針對降低入口預旋做出相應措施，而密封進口預旋是引起密封失穩的重要因素，因此，密封氣流激振問題不可能得到根本解決。

實用新型內容：本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提出一種人字形阻旋柵密封結構，該結構可以有效降低密封進氣預旋，減小氣流激振力，改善密封的穩定性，從而提高發動機、汽輪機等旋轉機械的轉子穩定性。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種人字形阻旋柵密封結構，包括轉子，密封體和人字形阻旋柵。密封體套在轉子的外表面上，其下端設有密封齒，多個人字形阻旋柵均布在密封體的端面上。

優選的，所述的人字形阻旋柵的徑向長度范圍處于密封體的肩部與齒尖之間，人字形阻旋柵兩條邊的夾角范圍為120°～150°，且邊長均為10～17mm，寬度均為3～5mm，高度均為3～5mm，相鄰人字形阻旋柵的間距為10～25mm。

優選的，人字形阻旋柵與密封體為一個整體結構。

優選的，所述的密封體外環設有T形結構，用于與密封套連接。

本實用新型提出的一種降低密封入口預旋抑制氣流激振力的人字形阻旋柵密封結構，其主要優點如下：

(1)結構簡單，不改變傳統密封的內部結構，只在傳統密封入口端部周向均勻設置人字形阻旋柵結構，任何形式的迷宮密封、蜂窩密封、孔型密封、袋型密封等都可以據此改變為相應的人字形阻旋柵密封結構；

(2)在密封入口處設置人字形阻旋柵結構，增加了密封入口來流周向流動阻力，可有效降低密封進氣入口的預旋速度。

(3)人字形阻旋柵可有效降低密封的交叉剛度，增加密封的主阻尼，改善密封的穩定性，提高航空發動機、汽輪機、壓縮機等旋轉機械的轉子穩定性。

附圖說明

本實用新型專利提出阻旋柵密封結構適用于任何一種旋轉非接觸式密封結構，附圖中以迷宮密封為例進行說明。

圖1是人字形阻旋柵密封體及轉子軸向結構示意圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖。

圖3是人字形阻旋柵的結構示意圖。

圖4是T型槽、密封、轉子整體周向局部視圖。

圖中，1是人字形阻旋柵，2是密封體，3是密封齒，4是密封套，5是T形槽，6是轉子，O是轉子的圓心。

具體實施方式：

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清晰、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1-圖4所示：一種人字形阻旋柵密封結構，包括轉子6，密封體2和人字形阻旋柵1。其安裝方式為T型槽安裝方式，將本密封結構設計成固定于汽缸T型槽5的固定部件，套在轉子6表面。密封體2套在轉子6的外表面上，其下端設有密封齒3，密封套4設置在密封體2的上端，兩者通過T型槽5連接。多個人字形阻旋柵1均布在密封體2的端面上。所述的人字形阻旋柵1的徑向長度范圍處于密封體2的肩部與齒尖之間，人字形阻旋柵兩條邊的夾角α范圍為130°，且邊長L均為15mm，寬度W均為4mm，高度H均為4mm，相鄰人字形阻旋柵的間距為16mm。人字形阻旋柵1與密封體2澆鑄成一個整體結構。如圖4所示，箭頭方向為氣流的方向，密封結構的右側為高壓側，左側為低壓側，在入口處設置的人字形阻旋柵1，起到導流葉片作用，對來流氣體產生一定的阻力作用，正是這種阻力作用，降低了密封腔內氣流的周向速度，抑制了密封內氣體產生的氣流激振力，提高了轉子穩定性。旋轉機械中氣體進入密封之前有預旋速度，阻旋柵1會有效降低流經氣體的周向速度，進而減小了密封的交叉剛度，有助于提高密封的穩定性，進而提高旋轉機械的轉子穩定性，密封塊材料為普通的45鋼、GC_r15等材料。