[發(fā)明專利]一種基于負(fù)壓腔體的轉(zhuǎn)軸螺紋循環(huán)水密封結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010028072.2
• 申請(qǐng)日: 2020-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN111237472B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝永慧;楊斌;張荻;張哲源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F16J15/40
• 分類號(hào): F16J15/40;G01N3/56;G01N17/00
• 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

本發(fā)明一種基于密封腔體的轉(zhuǎn)軸螺紋水密封結(jié)構(gòu)，該密封作用涉及的主要部件包括轉(zhuǎn)軸、四頭矩形左旋螺紋?雙頭矩形右旋螺紋組合結(jié)構(gòu)、腔體，帶螺紋水密封結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸部分與腔體之間設(shè)計(jì)有不銹鋼密封墊圈，且密封有效作用的區(qū)域是轉(zhuǎn)軸與腔體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部分。密封系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，從左端蓋進(jìn)水口引入水，經(jīng)不銹鋼密封墊的進(jìn)水通道流入軸上反向螺紋中間凹槽處，同時(shí)雙頭矩形右旋螺紋結(jié)構(gòu)和另一側(cè)的四頭矩形左旋螺紋結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時(shí)一起向中間凹槽處壓水，即在轉(zhuǎn)軸和不銹鋼密封墊圈之間充滿了水，而水又從對(duì)稱的排水通道內(nèi)排出，由此動(dòng)態(tài)密封得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可保證密封腔體安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)能夠有效地模擬實(shí)際汽輪機(jī)運(yùn)行條件，提高水蝕測(cè)量效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于汽輪機(jī)葉片材料抗水蝕測(cè)量的基于負(fù)壓腔體的轉(zhuǎn)軸螺紋循環(huán)水密封結(jié)構(gòu)。這種通用密封結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用于摩擦學(xué)、表面涂層、機(jī)械加工等領(lǐng)域的一些試驗(yàn)裝置或機(jī)械加工設(shè)備中，類似涉及旋轉(zhuǎn)部件的負(fù)壓腔體密封。

背景技術(shù)

汽輪機(jī)中的葉片水蝕是一種常見現(xiàn)象。隨著汽輪機(jī)單機(jī)功率的增加，采用更長(zhǎng)的末級(jí)葉片是提高汽輪機(jī)效率的必然手段，對(duì)于現(xiàn)代大功率汽輪機(jī)的末級(jí)葉片而言，其葉輪端部的輪周速度可高達(dá)650m/s以上，由此導(dǎo)致葉片的工作條件也愈發(fā)嚴(yán)酷。葉片水蝕現(xiàn)象危害嚴(yán)重，輕則破壞葉片型線，降低葉柵效率，重則導(dǎo)致葉片斷裂，危及機(jī)組運(yùn)行。目前，汽輪機(jī)末級(jí)葉片的材料水蝕問(wèn)題仍然是影響大機(jī)組運(yùn)行安全可靠性和熱經(jīng)濟(jì)性的主要問(wèn)題。然而水蝕問(wèn)題是一個(gè)包含介質(zhì)相變、材料失效、流固耦合、激波擴(kuò)展等多種作用過(guò)程的復(fù)雜問(wèn)題，理論分析與數(shù)值計(jì)算很難對(duì)水蝕過(guò)程進(jìn)行完整的分析描述，因此實(shí)驗(yàn)測(cè)試是目前研究材料水蝕特性最有效的手段。

從19世紀(jì)20年代起，許多研究者就陸續(xù)對(duì)材料水蝕進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，試圖搭建準(zhǔn)確和穩(wěn)定的測(cè)量分析系統(tǒng)，建立標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試流程。由于使用實(shí)際汽輪機(jī)進(jìn)行葉片材料抗水蝕測(cè)試是一項(xiàng)昂貴和緩慢的過(guò)程，因此選擇其關(guān)鍵參數(shù)簡(jiǎn)化測(cè)量系統(tǒng)，建立實(shí)驗(yàn)室即可完成的測(cè)量分析系統(tǒng)是十分必要的。而要模擬實(shí)際汽輪機(jī)的運(yùn)行條件，材料試件的旋轉(zhuǎn)速度及沖蝕射流的撞擊速度都需要盡可能達(dá)到汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的條件，這就對(duì)試件撞擊空間的真空度帶來(lái)了更高的要求。而包含旋轉(zhuǎn)部件的靜止腔體，其密封難點(diǎn)在于，既要保證射流撞擊試件發(fā)生在具有一定真空度的空間內(nèi)，又要保證轉(zhuǎn)盤在持續(xù)高速射流的撞擊下不因轉(zhuǎn)軸處的進(jìn)氣現(xiàn)象出現(xiàn)不穩(wěn)定振動(dòng)。因此，設(shè)計(jì)并加工具有有效密封結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸，是實(shí)現(xiàn)水蝕測(cè)量系統(tǒng)試驗(yàn)腔體密封的關(guān)鍵。顯然，類似涉及旋轉(zhuǎn)部件的腔體密封也需要這樣的通用密封結(jié)構(gòu)。例如：在摩擦學(xué)領(lǐng)域，航空航天機(jī)械內(nèi)部的摩擦是真空狀態(tài)下進(jìn)行的，一些試驗(yàn)裝置在進(jìn)行這類材料摩擦磨損試驗(yàn)時(shí)，有效的密封結(jié)構(gòu)對(duì)于制造符合模擬條件的真空腔室是必不可少的；此外，表面涂層領(lǐng)域的一些真空旋轉(zhuǎn)涂層裝置，以及機(jī)械加工領(lǐng)域的一些要求真空條件的車床等也有類似的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了保證水蝕測(cè)量過(guò)程中葉片材料試件與射流的撞擊始終發(fā)生在具有一定真空度的空間，同時(shí)避免轉(zhuǎn)軸處出現(xiàn)進(jìn)氣不穩(wěn)定現(xiàn)象，提供了一種應(yīng)用于汽輪機(jī)葉片材料抗水蝕測(cè)量的基于負(fù)壓腔體的轉(zhuǎn)軸螺紋循環(huán)水密封結(jié)構(gòu)，在保證測(cè)量系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)能夠有效地模擬實(shí)際汽輪機(jī)運(yùn)行條件，提高水蝕測(cè)量效率。而且，這種通用密封結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用于摩擦學(xué)、表面涂層、機(jī)械加工等領(lǐng)域的一些試驗(yàn)裝置或機(jī)械加工設(shè)備中，類似涉及旋轉(zhuǎn)部件的腔體密封。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于負(fù)壓腔體的轉(zhuǎn)軸螺紋循環(huán)水密封結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)軸、四頭矩形左旋螺紋結(jié)構(gòu)、雙頭矩形右旋螺紋結(jié)構(gòu)及腔體；其中，

腔體套裝在轉(zhuǎn)軸，且密封有效作用的區(qū)域是轉(zhuǎn)軸與腔體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部分，該部分分別設(shè)置有四頭矩形左旋螺紋結(jié)構(gòu)和雙頭矩形右旋螺紋結(jié)構(gòu)，帶螺紋循環(huán)水密封結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸部分與腔體之間還設(shè)置有不銹鋼密封墊圈；腔體的左側(cè)端面上設(shè)置有左端蓋，左端蓋上開設(shè)有進(jìn)水口和出水口；