[發明專利]一種蜂窩密封轉子結構

有效

• 申請號: 201510583428.8
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105114629B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 趙歡;孫丹;艾延廷;蔣澤乾;王良全;王猛飛
• 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: 李緒巖

技術領域

本發明涉及一種旋轉機械中的動密封結構，尤其是一種蜂窩密封轉子結構。

背景技術

蜂窩密封是航空發動機、汽輪機、壓縮機等旋轉機械的關鍵部件。相對于傳統的迷宮密封而言，蜂窩密封不但具有較好的封嚴特性，而且還有較好的轉子動力學特性。蜂窩密封允許在高壓差條件下應用而不增加密封的尺寸，具有較高的安全可靠性。因此蜂窩密封被廣泛應用于航空航天、電力、石化等行業領域的旋轉機械中。

蜂窩密封主要是由密封套、密封體、蜂窩帶和轉子組成，蜂窩帶是由六邊形小蜂窩孔組成。蜂窩密封的流場特性與密封機理如下：蜂窩密封內流體流動主要包括蜂窩壁與轉子間隙流體的高速射流和蜂窩芯格內的漩渦流兩部分。在軸向壓差和轉子旋轉的作用下，蜂窩帶和轉子的間隙處由于節流作用形成高速射流，該股射流緊貼著轉軸面以較大的速度進入密封間隙，高速射流促進密封泄漏的直通效應，增加了密封的泄漏量，不利于蜂窩密封的封嚴特性與阻尼特性。另一部分流體在蜂窩芯格作用下形成漩渦，蜂窩芯格特殊的六邊形結構在轉軸面上方形成了一個網狀面結構，封閉式的蜂窩芯格網格將氣流切割分離為無數小渦流，正是這些充滿整個蜂窩腔的漩渦將氣體的能量耗散，從而形成阻尼作用和阻止流體泄漏的密封效果。

研究表明，傳統蜂窩密封由于轉子表面光滑，流體在通過密封間隙時節流加速，蜂窩密封間隙流體射流作用較大，高速射流促進密封泄漏的直通效應，增加了密封的泄漏量，不利于蜂窩密封的封嚴特性與阻尼特性。而緊貼轉子表面和蜂窩孔壁面的流體由于粘性及邊界層作用，切分效應較小，很難實現分離，導致高速射流流經蜂窩芯格較少，蜂窩芯格漩渦產生較少，流體直接從間隙流出出口。蜂窩芯格沒有形成強烈漩渦，流體能量未得到充分耗散。因此光滑轉子導致蜂窩芯格能量耗散作用不充分，蜂窩芯格內形成漩渦較小，大大降低了蜂窩密封的能量耗散作用，直接影響蜂窩密封的封嚴和阻尼作用。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種蜂窩密封轉子結構。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種蜂窩密封轉子結構，包括密封套，密封體，環向凹弧楔形凸臺，蜂窩帶和轉子。密封體安裝在密封套上，密封體上周向設有蜂窩帶。轉子處于蜂窩帶形成的環形腔內。轉子沿軸向在其周向表面設有多組環向凹弧楔形凸臺。環向凹弧楔形凸臺的弧面與轉子表面之間的夾角5°≤θ₁≤45°，與凸臺垂直面之間的夾角5°≤θ₂≤45°，環向凹弧楔形凸臺的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.2～0.6倍，相鄰環向凹弧楔形凸臺的軸向間距l為蜂窩對邊距的0.5～3倍。R為蜂窩帶底端到轉子軸心的徑向距離，r為轉子的半徑。

優選的，所述的蜂窩帶是由六邊形蜂窩芯格組成，蜂窩芯格的對邊距為2～5mm，芯格壁厚為0.1～0.5mm，芯格深度為2～8mm。

優選的，密封套內設有T型槽，密封體通過在圓周方向上的T型槽與密封套固定在一起。

本發明借鑒邊界層分離理論，提出一種蜂窩密封轉子結構，其主要優點如下：

1、不改變傳統蜂窩密封的整體結構，只在轉子周向表面設置多組環向凹弧楔形凸臺，使得該蜂窩密封結構簡單，易于加工；

2、本發明設計的轉子周向表面環向凹弧楔形凸臺結構具有高效的切分效應，促進蜂窩密封間隙射流流體的邊界層分離，由環向凹弧楔形凸臺將密封間隙射流引入蜂窩芯格中，流體在蜂窩芯格形成較強漩渦，使得蜂窩芯格充分發揮能量耗散作用，提高蜂窩密封的封嚴特性與阻尼特性；

3、環向凹弧楔形凸臺結構增加了密封間隙射流流體的流動阻力，降低了引起密封泄漏的直通效應，提高了蜂窩密封的封嚴特性。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是轉子表面環向凹弧楔形凸臺結構示意圖。

圖3是圖1的A-A向視圖。

圖中：1-密封套；2-密封體；3-蜂窩帶；4-環向凹弧楔形凸臺；5-轉子。

具體實施方式