CN101776148A - 径向环形密封 - Google Patents

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杨建刚
张万福
曹浩
孙丹
郭瑞
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Abstract

本发明公开了一种径向环形密封，包括：转子(5)及套设在转子(5)上的密封套(1)，在密封套(1)内设有密封腔(9)，在密封腔(9)上滑动连接有调节板(7)，在密封腔(9)上设有调节螺钉(2)，所述调节螺钉(2)的一端作为调节端并位于密封套(1)的外部，调节螺钉(2)的另一端与所述调节板(7)转动连接，在转子(5)上设有密封盘(8)，在调节板(7)上设有环形密封齿(3)且环形密封齿(3)位于密封盘(8)与所述调节板(7)之间。径向环形密封将气体的轴向流动改为径向流动，消除了轴向螺旋形流动，比一般密封泄漏量较小；密封盘两侧气流力流动方向相反而可以部分抵消，密封内气流力因此也会明显减小。

Description

径向环形密封
技术领域
本发明涉及一种应用于旋转机械中的密封型式，尤其涉及一种用于旋转机械的径向环形密封。
背景技术
目前，泄漏量和耐磨性是密封设计时主要考虑的因素，随着工作介质参数的不断提高，密封内气流激振力越来越大，气流激振故障越来越突出，因此密封动力特性也越来越重要。为此人们在传统疏齿密封的基础上，通过改变密封本身的结构提出了蜂窝、刷式、反旋流、阻尼、螺旋槽、阶梯、混合等新型密封型式，取得了一定的效果。但密封结构型式越来越复杂，而泄漏量和耐磨性之间的矛盾并没有得到很好解决。为了解决密封耐磨性与泄漏量之间的矛盾，上世纪90年代，美国提出可调密封概念，其主要思想是引入一股气流到密封背部，通过改变气体压力来改变动静间隙。1990年，美国GE公司研发了正压密封，通过引入高压蒸汽来手动控制密封块的开合。1995年，日本东芝公司提出了采用压力波纹管控制的可调密封。近几年，还有人提出各种密封间隙调整控制方法。上述型式的密封虽然机理不完全相同，但本质上都属于轴向密封，即沿转子轴线方向布置若干组(对)密封，通过逐级减压来达到密封效果。对于轴向密封而言，在转轴表面线速度的带动下，流体进口端和出口端不在同一圆周角度上，由此产生的螺旋形流动正是产生气流力的主要原因之一。因此，气流激振问题也不可能得到根本解决。
发明内容
本发明提出一种增效减振的径向环形密封。
解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种径向环形密封，包括：转子及套设在转子上的密封套，在密封套内设有密封腔，在密封腔上滑动连接有调节板，在密封腔上设有调节螺钉，所述调节螺钉的一端作为调节端并位于密封套的外部，调节螺钉的另一端与所述调节板转动连接，在转子上设有密封盘，在调节板上设有环形密封齿且环形密封齿位于密封盘与所述调节板之间。
与现有技术相比，本发明提出的径向环形密封的有益效果如下：
(1)结构简单，任何固定式密封都可据此改变为相应的径向密封；
(2)将密封沿轴向布置改为沿径向布置。通过在转轴上设置密封盘以及在密封盘和密封套之间设置环形密封，气流泄漏过程中被密封盘阻碍，减少了气体轴向涡旋形流动现象；密封盘两侧气体流动方向相反，两侧气流力可以部分抵消。因此，气流激振力会很小。数值模拟研究表明，安装新型径向环形密封轴系的稳定性高于传统密封轴系15％。
(3)除了传统密封现有能量耗散机理外，径向环形密封气体泄漏路径上增加了4个90度的直角转弯，此过程中会形成多个漩涡，能量耗散大，湍流增阻效果明显，泄漏量也因此而较常规密封小。通过前期CFD数值模拟计算结果，径向环形密封比传统梳齿密封减少泄漏量30％～50％。
(4)密封间隙调节方便，动静间隙可以达到最优。
附图说明
图1是径向环形密封结构图；
图2是径向环形密封示意图；
图3是径向环形密封气流激振力分析示意图；
图4是传统密封速度流场分布；
图5是径向环形密封速度场分布；
图6是径向环形密封速度场局部放大图。
图1中，1是密封套，2是调节螺钉，3是环形密封齿，4是气流出口，5是转子，6是气流入口，7是调节板，8是密封盘，9是密封腔。
图2中，1是密封套，2是调节螺钉，3是环形密封齿，4是气流出口，5是转子，6是气流入口，7是调节板，8是密封盘，9是密封腔。
图3中，6是气流入口，4是气流出口。
图5中，6是气流入口，4是气流出口，13是漩涡，11是直角转弯，12是直角转弯，14是直角转弯，15是直角转弯。
具体实施方式
一种径向环形密封，包括：转子5及套设在转子5上的密封套1，在密封套1内设有密封腔9，在密封腔9上滑动连接有调节板7，在密封腔9上设有调节螺钉2，所述调节螺钉2的一端作为调节端并位于密封套1的外部，调节螺钉2的另一端与所述调节板7转动连接，在转子5上设有密封盘8，在调节板7上设有环形密封齿3且环形密封齿3位于密封盘8与所述调节板7之间。
图1所示，在转轴上设计了密封盘，密封盘两侧各有一个调节板，调节板上安装了数组直径不等的环形密封，环形密封与密封盘之间的间隙可以方便地通过调节螺钉来调节以达到最优。沿径向布置的环形密封，该密封能有效减少旋转机械(如汽轮机、压缩机等)中密封的泄漏量，并能大幅提高密封抗气流激振能力，达到增效减振效果。
如图3所示，在密封盘阻隔下，新密封内气体主要沿径向流动，气流泄漏过程中被密封盘阻碍，减少了气体轴向涡旋形流动现象，密封盘两侧气体流动方向相反，两侧气流力可以部分抵消。因此，气流激振力会很小，气流激振力产生的主要原因得以消除。
径向环形密封气体泄漏路径上增加了4个90度的直角转弯。图4、图5及图6为同一结构尺寸下两种密封的CFD数值模拟结果，可以看出：此过程中会形成多个漩涡，如图5所示，能量耗散大，湍流增阻效果明显，泄漏量也因此而较常规密封小。

Claims (1)

1.一种径向环形密封，包括：转子(5)及套设在转子(5)上的密封套(1)，其特征在于，在密封套(1)内设有密封腔(9)，在密封腔(9)上滑动连接有调节板(7)，在密封腔(9)上设有调节螺钉(2)，所述调节螺钉(2)的一端作为调节端并位于密封套(1)的外部，调节螺钉(2)的另一端与所述调节板(7)转动连接，在转子(5)上设有密封盘(8)，在调节板(7)上设有环形密封齿(3)且环形密封齿(3)位于密封盘(8)与所述调节板(7)之间。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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