CN101925766B - 密封组件 - Google Patents

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Abstract

一种密封组件，特别是涡轮机械的转子(1)和定子(2)之间的密封组件，在所述转子和定子之间设有紧密间隙(3)。间隙(3)由转子(1)侧的转子表面和定子(2)侧的定子表面(4)界定。转子表面或定子表面(4)或者二者设有开口(5)，所述开口通向布置在开口(5)背离间隙(3)的那一侧的至少一个腔室(6)。

Description

密封组件
技术领域
本发明涉及密封组件，特别是根据权利要求1前序部分所述的涡轮机械的转子和定子之间的密封组件，其具有在所述转子和定子之间的紧密间隙。 
背景技术
通常应用于涡轮机械的一种紧密间隙是迷宫式密封。迷宫式密封在涡轮机械转子上产生大数量级的失稳力，特别是在高密度流体中操作时。这些年来，已经研发出多种替代性迷宫式构造来试图降低失稳力作用并同时增加阻尼特性。蜂窝式密封是此背景环境下的一个示例。这些密封已在高压离心压缩机中特别是在气体回注应用中获得了很大成功。但是，蜂窝式迷宫具有非常高的直接刚度并且对于实际转子位置和运行间隙几何结构是敏感的。这已经导致工业中的多起事故，其中需要补救措施来使装置符合技术要求。 
US 4,350,345A、US 3,614，112A、DE 211 478C和CH 407 168A分别公开了根据权利要求1前述部分所述的迷宫式密封。没有描述对稳定性的任何改进。文献DE 21 43 736描述了一种填料箱密封，该填料箱密封在由开口连接的腔室之间具有轴向互连部，在两个密封元件之间具有空间。 
迷宫内部的高密度气体的旋转是迷宫式密封内部大数量级失稳力的根本原因。这些力对高密度涡轮机械的设计具有显著的影响：这些力限制了可能的最大运行速度、转子处的最大叶轮数量、最大过程压力、转子轴的最小直径、以及效率、或者这些因素的组合。
除了迷宫式密封之外，失稳力可能出现在流体填充定子部分和转子部分之间的空隙的情况下的任何紧密间隙中。 
发明内容
本发明的目的是降低作用在旋转涡轮机械转子上的失稳力。 
从根据权利要求1前序部分所述的密封组件开始，通过权利要求 1特征部分中的特征来实现所述目的。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。 
通过本发明，在定子和转子之间形成具有朝向流体侧的多个开口的一个或多个环形腔室。腔室通过开口与紧密间隙(即，流体侧)接触。 
具有这些开口的腔室具有以下特性： 
·所述腔室最小化流体的周向涡流，从而最小化失稳力。这通过在腔室内部角方向上的压力平衡来实现。通过所述开口，流体空隙内部的压力也将被通过所述开口的流动泄漏所平衡。 
·所述腔室通过开口和压力平衡腔室的特定组合而用作动态压力波动的动态阻尼器。该阻尼效果可通过在压力平衡腔室中安装特定阻尼材料来进一步增强。 
本发明背后的基本物理学还包括： 
-在低振动频率时：由通过环形腔室的二次流动实现的周向方向上的径向压力平衡效果。 
-在高振动频率时：腔室(弹簧)和孔(质量、阻尼器)的组合用作稳定装置(阻尼器密封功能)。为此，腔室的大小可通过将它们互连而改变。 
本发明的密封组件因此能够降低紧密间隙内部的流动诱导激振力。 
附图说明
下面参考附图通过示例来描述本发明，在附图中： 
图1是具有紧密间隙的密封组件的纵剖面； 
图2是沿图1的线II-II截取的局部剖视图；和 
图3是穿过迷宫式密封的纵剖面。 
具体实施方式
转子1在定子2中枢转。转子1和定子2属于旋转涡轮机械，例如压缩机、蒸汽轮机、燃气轮机、膨胀器、电动马达、或者泵。为了密封，在转子1的转子表面和定子2的定子表面4之间存在紧密间隙3。围绕间隙3的表面基本上可具有在单一直径、交错式、锥形等范围内的任何几何形状。 
转子表面或定子表面4或者这两个表面设有开口5，所述开口5通向布置在开口5背离间隙3的那一侧的至少一个腔室6。如在图1和图2中更清楚示出的，具有开口5的穿孔板7被紧固到定子2。在穿孔板7的背面，即背离间隙3的一侧，沿周向方向设置腹板8或肋。 腹板8围绕环形腔室6，环形腔室6的内部宽度大于开口5的内部宽度，并且一系列开口5通向所述环形腔室6。各个环形腔室6可通过穿孔板7的腹板8中的孔9被轴向互连，从而形成一个大的环形腔室。 
紧密间隙3填充有流体，其使得旋转的转子表面和固定的定子表面4彼此紧邻。环形腔室6通过开口5与紧密间隙3及该紧密间隙中的流体接触。因为通过开口5的流体泄漏，因此存在环空压力平衡。 
图3中所示的迷宫式密封由具有多个迷宫齿11的迷宫保持器10构成。迷宫保持器10布置在定子2中。迷宫齿11面向限定小间隙3的转子1的表面。转子表面基本上可具有在单一直径、交错式、锥形等范围内的任何几何形状。 
在各个迷宫齿11之间存在具有穿孔或开口5的穿孔部段12，在该穿孔部段12的背面形成压力平衡腔室6。开口5通常差不多垂直于密封表面布置并且可具有优化迷宫的动力学行为的特定几何形状。腔室6可填充有阻尼材料。 

Claims (8)

1.一种涡轮机械的转子(1)和定子(2)之间的密封组件，所述密封组件包括：在所述转子和定子之间具有的紧密间隙(3)，所述间隙(3)由转子(1)侧的转子表面和定子(2)侧的定子表面(4)界定，其中转子表面或定子表面(4)或者二者设有多个开口(5)，所述开口通向布置在开口(5)背离间隙(3)的那一侧的多个环形腔室(6)，
其特征在于
环形腔室(6)被多个孔(9)轴向互连。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述腔室(6)的内部宽度大于开口(5)的内部宽度。
3.根据权利要求1或2所述的密封组件，其特征在于，所述多个环形腔室(6)沿周向方向延伸，所述多个开口(5)通向所述多个环形腔室(6)中的每一个。
4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，所述开口(5)是紧固于所述定子表面(4)的穿孔板(7)的穿孔，所述腔室(6)布置在所述穿孔板(7)的背面。
5.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述开口(5)的轴线基本上垂直于待密封的所述转子(1)的轴线。
6.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述腔室(6)填充有阻尼材料。
7.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述开口(5)是布置在轴向平面中的孔，其中轴向方向参考转子(1)的旋转轴线来定义。
8.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述多个孔(9)被布置在一个轴向平面中。
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