[發(fā)明專利]一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710132590.7
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106949245B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志剛;李軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F16J15/44
• 分類號: F16J15/44;F16J15/447
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)(4)包括由內(nèi)至外依次設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部件(1)周向上的靜子內(nèi)環(huán)(2)和靜子外環(huán)(3)；其中，

靜子外環(huán)(3)的內(nèi)表面(5)上加工有若干密封齒結(jié)構(gòu)(8)；

靜子外環(huán)(3)上的密封齒結(jié)構(gòu)(8)與靜子內(nèi)環(huán)(2)的外表面(6)之間存在徑向間隙(15)，且徑向間隙(15)的寬度大于靜子內(nèi)環(huán)(2)與旋轉(zhuǎn)部件(1)之間存在的密封間隙(16)的寬度；

靜子外環(huán)(3)的內(nèi)表面(5)與靜子內(nèi)環(huán)(2)的外表面(6)之間形成的環(huán)形腔室被密封齒結(jié)構(gòu)(8)分割為若干高壓止旋腔(7)；

高壓止旋腔(7)與旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)(4)的高壓端相連，每個(gè)高壓止旋腔(7)內(nèi)的壓力通過密封齒結(jié)構(gòu)(8)的個(gè)數(shù)、位置、形狀和徑向間隙(15)調(diào)節(jié)；

靜子內(nèi)環(huán)(2)安裝在靜子外環(huán)(3)上，靜子內(nèi)環(huán)(2)靠近旋轉(zhuǎn)部件(1)的表面上開設(shè)有密封腔(13)，且密封腔(13)與旋轉(zhuǎn)部件(1)組成工質(zhì)的泄漏通道，工質(zhì)從高壓端流向低壓端；

靜子內(nèi)環(huán)(2)靠近旋轉(zhuǎn)部件(1)的表面上還開設(shè)有若干環(huán)形的低壓止旋腔(9)，且低壓止旋腔(9)布置在軸向相鄰的兩個(gè)密封腔(13)之間，低壓止旋腔(9)內(nèi)的壓力小于對應(yīng)的高壓止旋腔(7)內(nèi)的壓力；

靜子內(nèi)環(huán)(2)上開設(shè)有連通高壓止旋腔(7)和低壓止旋腔(9)的止旋射流孔(10)；

高壓止旋腔(7)、低壓止旋腔(9)和止旋射流孔(10)構(gòu)成了高速止旋射流通道，工質(zhì)通過止旋射流孔(10)，從高壓止旋腔(7)流入低壓止旋腔(9)，形成高速射流。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，止旋射流孔(10)沿靜子內(nèi)環(huán)(2)的周向等弧度布置，其數(shù)量為4的倍數(shù)，止旋射流孔(10)的中心線與半徑方向存在射流角α，且有30°≤α≤60°，在低壓止旋腔(9)內(nèi)形成的高速射流具有與旋轉(zhuǎn)部件(1)旋轉(zhuǎn)方向相反的周向速度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，止旋射流孔(10)呈等截面圓柱型、收縮圓錐形或者縮放雙曲型，其加工截面為圓、橢圓或者狹縫。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，靜子內(nèi)環(huán)(2)上的密封腔(13)具有迷宮環(huán)形腔結(jié)構(gòu)、袋型腔結(jié)構(gòu)、圓孔腔結(jié)構(gòu)或者六邊形蜂窩腔結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，迷宮環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的密封腔(13)采用沿流動方向逐漸減小的密封齒(11)的密封間隙(16)，以及密封腔(13)上游密封齒(11)的齒頂凹槽(12)，共同作用形成收斂型密封間隙，且密封間隙收斂角為0°≤β≤15°；

袋型腔結(jié)構(gòu)的密封腔(13)的密封齒(11)與旋轉(zhuǎn)部件(1)的外表面之間的密封間隙(16)沿流動方向恒定不變，采用在密封腔(13)上游密封齒(11)開設(shè)齒頂凹槽(12)的方法，形成收斂型密封間隙；

圓孔腔結(jié)構(gòu)和六邊形蜂窩腔結(jié)構(gòu)的密封腔(13)均采用在密封腔(13)內(nèi)表面切削具有收斂角β斜面的方法，使密封間隙(16)沿流動方向線性減小，形成收斂型密封間隙，且密封間隙收斂角0°≤β≤15°。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，密封腔(13)的腔室深度(18)沿流動方向逐漸減小，形成收斂型密封腔，根據(jù)腔室深度(18)沿流動方向減小規(guī)律的不同，收斂型密封腔(13)分為直線收縮型、二次曲線收縮型和余弦曲線收縮型。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自止旋收斂型旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，迷宮環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的密封腔(13)采用切削靜子內(nèi)環(huán)(2)內(nèi)表面的加工方法，或者采用在靜子內(nèi)環(huán)(2)的內(nèi)表面上鑲嵌金屬薄片的加工方法，形成密封齒(11)、密封腔(13)和低壓止旋腔(9)；

袋型腔結(jié)構(gòu)和圓孔腔結(jié)構(gòu)的密封腔(13)采用切削靜子內(nèi)環(huán)(2)內(nèi)表面的加工方法，獲得環(huán)形的低壓止旋腔(9)；

六邊形蜂窩腔結(jié)構(gòu)的密封腔(13)采用切削靜子內(nèi)環(huán)(2)內(nèi)表面的加工方法，加工出環(huán)形低壓止旋腔(9)和焊接面(19)，且焊接面(19)的半徑沿流動方向逐漸減小，并采用將楔形蜂窩板(20)焊接在靜子內(nèi)環(huán)(2)上的焊接面(19)的方法獲得密封腔(13)。