CN101749429B - 一种指尖密封结构及其后挡板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种指尖密封结构及其后挡板。所述指尖密封结构包括前挡板(1)、后挡板(2)和设置在二者之间的若干层指尖片(3)，其中，所述指尖片从其内径处开有为缝隙的指身(6)，且相邻两个指尖片(3)之间的指身(6)相互错开，其特征在于：所述后挡板(2)内设有若干形状和排列方式与指身(6)一致，同时宽度不大于指身(6)的弧线形压力平衡腔(4)，而且所述弧线压力平衡腔(4)与后挡板(2)内径之间存在间距，同时所述弧线形压力平衡腔(4)具有与其相通的通孔(5)。本发明指尖密封结构在消除密封性滞后的同时，仍能有效防止弧线形压力平衡腔内的高压气体直接泄漏到低压腔中，因此具有较佳的封严性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种指尖密封结构以及后挡板。
背景技术
常规指尖密封在密封性能上存在着一种“滞后”特性。当密封压差保持不变时，指尖密封的封严性能在转速上升阶段可以保持在一个相对较低的水平，但是，当转子转速下降时，指尖密封的封严性能就会出现大幅下降的趋势。这种趋势只有在封严压差降到足够小才会终止。这种“滞后”特性是由于转子的离心膨胀和热膨胀将指尖片推离了初始位置，当离心膨胀和热膨胀减小或消失时，指尖片与后挡板之间的摩擦力阻碍了指尖片恢复到初始位置，从而在指尖片与转子之间形成较大的间隙，造成封严性能下降。
国外采用了“压力平衡型指尖密封”的结构来解决这个问题。它与常规指尖密封结构相似，只是在后挡板上设计了一个环形的空腔，并在靠近密封内径处形成密封坝。这个空腔与高压腔连接，使得腔内压力接近上游压力。净压力等于上游压力减去下游压力。通过正确选择高压区作用的面积可以将净压力降到一个非常低的水平。低净压力能够将指尖片与后档板之间的摩擦力减小到不会阻碍指尖片自由恢复到初始位置的程度。这将使密封靴在任何状态下都能保持在初始位置。因此，这种设计能在所有的稳态和瞬态工作条件下提供稳定的低泄漏率，起到降低常规指尖密封“滞后”特性的作用。
然而现有技术国外的压力平衡腔为一个环形腔，它的形状与指身形状无关，设计时只考虑调节环形腔面积大小。由于指身6之间存在缝隙，环形腔内的高压空气可以沿着这些缝隙不受阻碍的泄漏到低压区，从而造成封严性能的损失，其空气泄漏量约为常规指尖密封在转速上升阶段的2倍。
发明内容
本发明的目的：为了解决现有技术指尖密封结构在降低密封滞后特性时会导致封严性能损失的问题，本发明提供了一种在减小或消除密封滞后特性的同时保持封严性能的指尖密封结构。
另外，本发明还提供了一种能减小或消除密封滞后特性的同时保持指尖密封结构封严性能的指尖密封结构后挡板。
本发明的技术方案：一种指尖密封结构，其包括前挡板、后挡板和设置在二者之间的若干层指尖片，其中，指尖片从其内径处开有渐开线型排列的指身，指身从指尖片内径处开有渐开线型缝隙，且相邻两个指尖片之间的指身相互错开，所述后挡板内设有若干形状和排列方式与指身一致，同时宽度不大于指身的弧线形压力平衡腔，而且所述弧线形压力平衡腔与后挡板内径之间存在间距，同时所述弧线形压力平衡腔被指身完全覆盖，且具有与其相通的通孔，该通孔穿过指尖片、前挡板后与外界高压腔相连。
两个指身之间与指尖片内径相接处构成密封靴。
所述弧线形压力平衡腔宽度至少比指身窄0.4mm。
所述弧线形压力平衡腔的深度不小于0.1mm。
弧线形压力平衡腔与后挡板内径之间存在间距在1至3mm之间。
所述弧线形压力平衡腔的截面为矩形槽或圆弧槽或三角槽。
一种指尖密封结构后挡板，其设有若干形状和排列方式与指身一致，同时宽度不大于指身的弧线形压力平衡腔，其中，所述指身为渐开线型排列，且相邻指身之间从指尖片内径处开有渐开线型缝隙，所述弧线形压力平衡腔与后挡板内径之间存在间距，同时所述弧线形压力平衡腔被指身完全覆盖，且具有与其相通的通孔，所述通孔穿过指尖片、前挡板后与外界高压腔相连。
所述弧线形压力平衡腔与后挡板内径之间相隔绝。
两个指身之间与指尖片内径相接处构成密封靴。
本发明的有益效果：本发明指尖密封结构通过在后挡板设置形状与指身一致，且宽度略窄的弧线形压力平衡腔，从而使得各弧线形压力平衡腔可以被指尖片完全覆盖。因此在获得了低“滞后”特性的同时，弧线形压力平衡腔指尖密封结构可以在转速上升/下降过程中都保持稳地的低泄漏特性，从而具有较佳封严性能。试验结果显示，比环形压力平衡腔的泄漏率低20％～40％，因此能产生较大的经济效益。
附图说明
图1是本发明指尖密封结构一较佳实施方式的结构示意图；
图2是本发明指尖密封结构一较佳实施方式中指尖片的正视图；
图3是图2的局部放大图；
图4是本发明指尖密封结构一较佳实施方式中弧线形压力平衡腔的正视图；
图5是图4的局部放大图；
图6是图4的截面图；
图7是图4的一改进截面示意图；
图8是图4的一改进截面示意图；
其中，1-前挡板、2-后挡板、3-指尖片、4-弧线形压力平衡腔、5-通孔、6-指身。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
请参阅图1，其是本发明指尖密封结构一较佳实施方式的结构示意图。本实施方式中，所述指尖密封结构由前挡板1、后挡板2和设置在二者之间的五层指尖片3组成，其中，所述前挡板1、后挡板2以及指尖片3均为环形板状结构，相互之间通过铆接或焊接的方式连接。
请同时参阅图2和图3，其中，图2是本发明指尖密封结构指尖片的正视图，图3是图2的局部放大图。所述指尖片3内径处开设有渐开线型缝隙的指身，且两个相邻指身临近内径处构成密封靴。同时，相邻指尖片3的指身相处错开排列，即每层指身6的缝隙正好位于相邻指尖片指身的正中位置。
请同时参阅图4和图5，其中，图4是本发明之间密封结构后挡板的正视图，图5是图4的局部放大图。所述后挡板上设计了若干弧线形压力平衡腔4。弧线形压力平衡腔4通过若干的通孔5与高压腔连接，使得压力平衡腔4内压力接近上游高压腔压力。同时，所述弧线形压力平衡腔4的形状与指尖片3指身6形状相似，也为渐开线型，然而其宽度比指身至少窄0.4mm。另外，所述弧线形压力平衡腔4的底径比后挡板2的内径大1～3mm，也就是说弧形压力平衡腔4底部与后挡板2的内径处存在间距，二者相互隔绝，从而防止气体从内径处泄漏。而且所述弧线形压力平衡腔的深度大于0.1mm，以具有较佳的气体流通效果。
请参阅图6，其是本实施方式中弧线形压力平衡腔的截面示意图。图中，所述弧线形压力平衡腔的截面为矩形槽。然而，本发明中，弧形性压力平衡腔的截面并未作严格限制，其截面还可以为其它形状，如请同时参考图7和图8，给出了弧形性压力平衡腔截面分别为圆弧槽和三角槽的两种情形。
本实施方式中，所述指尖密封装置工作时，由于弧线形压力平衡腔4的形状与指身6形状相同。在装配时，只需将指尖片3与后挡板2交错排列就能保证弧线形压力平衡腔被指身6完全覆盖，从而阻止了压力平衡腔内的高压空气泄漏到低压腔。它与覆盖指身6之间的缝隙采用的方法完全一致。因此在设计时通过调整指身6型线和弧线形压力平衡腔4的形状，就可以将指尖片3与后挡板2的接触净压力降到一个足够低的水平，从而达到减小/消除“滞后”特性的目的，同时减少了封严性能的损失。
另外，本实施方式中，所述指尖片的指身为渐开线型，因此相应的所述弧线形压力平衡腔也为渐开线型，然而当指尖片的指身不为渐开线型，为其它方式排列时，如圆弧形、双曲线型时，所述弧线形压力平衡腔也应为相对应的圆弧形、双曲线型，即需要满足与指身形状一致，以具有较佳的密封性能。
因此本发明指尖密封结构通过在后挡板设置形状与指身一致，且宽度略窄的弧线形压力平衡腔，从而使得各弧线形压力平衡腔可以被指尖片完全覆盖，因此在消除密封性滞后的同时，仍能有效防止弧线形压力平衡腔内的高压气体直接泄漏到低压腔中，因此具有较佳的封严性能。
Claims (9)
1.一种指尖密封结构，其包括前挡板(1)、后挡板(2)和设置在二者之间的若干层指尖片(3)，其中，指尖片从其内径处开有渐开线型排列的指身(6)，指身(6)从指尖片内径处开有渐开线型缝隙，且相邻两个指尖片(3)之间的指身(6)相互错开，其特征在于：所述后挡板(1)内设有若干形状和排列方式与指身(6)一致，同时宽度不大于指身(6)的弧线形压力平衡腔(4)，而且所述弧线形压力平衡腔(4)与后挡板(2)内径之间存在间距，同时所述弧线形压力平衡腔(4)被指身(6)完全覆盖，且具有与其相通的通孔(5)，该通孔(5)穿过指尖片(3)、前挡板(1)后与外界高压腔相连。
2.根据权利要求1所述的指尖密封结构，其特征在于：两个指身(6)之间与指尖片内径相接处构成密封靴。
3.根据权利要求2所述的指尖密封结构，其特征在于：所述弧线形压力平衡腔(4)宽度至少比指身窄0.4mm。
4.根据权利要求2所述的指尖密封结构，其特征在于：所述弧线形压力平衡腔(4)的深度不小于0.1mm。
5.根据权利要求3所述的指尖密封结构，其特征在于：弧线形压力平衡腔(4)与后挡板(2)内径之间存在间距在1至3mm之间。
6.根据权利要求1-4任一项所述的指尖密封结构，其特征在于：所述弧线形压力平衡腔(4)的截面为矩形槽或圆弧槽或三角槽。
7.一种指尖密封结构后挡板，其特征在于：所述后挡板(2)内设有若干形状和排列方式与指身(6)一致，同时宽度不大于指身(6)的弧线形压力平衡腔(4)，其中，所述指身(6)为渐开线型排列，且相邻指身之间从指尖片内径处开有渐开线型缝隙，所述弧线形压力平衡腔(4)与后挡板(2)内径之间存在间距，同时所述弧线形压力平衡腔(4)被指身(6)完全覆盖，且具有与其相通的通孔(5)，所述通孔(5)穿过指尖片(3)、前挡板(1)后与外界高压腔相连。
8.如权利要求7所述的指尖密封结构后挡板，其特征在于：所述弧线形压力平衡腔(4)与后挡板(2)内径之间相隔绝。
9.如权利要求8所述的指尖密封结构后挡板，其特征在于：两个指身(6)之间与指尖片内径相接处构成密封靴。
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