CN103047419A

CN103047419A - 一种新型高稳定四气楔密封结构

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Publication number: CN103047419A
Application number: CN2013100192149A
Authority: CN
Inventors: 孙丹; 艾延廷; 肖忠会; 王学军; 郑铁生
Original assignee: Shenyang Aerospace University
Current assignee: Shenyang Aerospace University
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-04-17

Abstract

一种新型高稳定四气楔密封结构，包括密封套和密封体，密封体固定在密封套上，密封体上有周向的迷宫密封齿，密封齿分为四段等长圆弧结构，这四段圆弧的包角小于90゜，四段圆弧的圆心分别为O₁、O₂、O₃、O₄，且各段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的距离均为δ，其中0＜δ＜R-r，r为转子的半径。本发明结构简单，任何传统圆形密封都可以据此改变为相应的密封结构；四气楔密封结构适用于双向旋转转子，转子正转反转均可形成楔形间隙，形成动压气膜。与传统圆形密封相比，四气楔密封结构在工作中形成上下四个气楔，形成四个动压气膜，增加了动压气膜的约束，提高了密封的气膜刚度，有助于提高稳定性，提高密封的抗气流激振能力。

Description

一种新型高稳定四气楔密封结构

技术领域：本发明涉及一种应用于旋转机械中的密封结构，尤其涉及一种新型高稳定四气楔密封结构。

背景技术：密封结构是航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的关键部件，密封结构在抑制旋转机械流体泄露的同时还会产生气流激振力，影响转子稳定性。随着旋转机械工作介质参数的不断提高，由密封结构产生的气流力所引起的气流激振问题越来越突出。

密封动力学原理与动压滑动轴承作用原理相似。密封结构气膜间隙具备了形成动压气膜的必要条件：①转子与静子之间形成楔形间隙；②转子与静子之间充有粘性流体；③转子与静子之间有相对运动，带动流体由间隙大端流向间隙小端。密封结构间隙气流力产生的气流激振现象与滑动轴承间隙油膜力产生的油膜振荡现象有共同点：①都是旋转机械微小间隙流体产生，均属于流体激振；②流体激振原理相同，都是由切向流体激振力使得转子涡动，当涡动频率与转子固有频率接近时，产生流体激振；③振动现象相同，都属于自激振动，使得旋转机械产生低频振动。对滑动轴承而言，轴承形式对稳定性的影响很大，圆柱滑动轴承的稳定性较差，为了提高轴承的工作稳定性，常把轴承做成多油楔形状，和传统圆柱滑动轴承的单油楔轴承相比，多油楔滑动轴承建立了附加的流体动压，提高了抗失稳裕度，四油楔滑动轴承是典型的多油楔滑动轴承，在工程设计中被广泛应用。

近年来，为提高密封的稳定性，减小气流激振力，人们在传统迷宫密封的基础上，通过改变密封本身的结构提出了蜂窝、反旋流、阻尼、袋式等新型密封型式，取得了一定的效果。但密封结构型式的不断改进导致结构越来越复杂，容易产生由于摩擦引起的不稳定振动故障。上述形式的密封结构虽然机理不完全相同，但本质上都属于圆形密封结构，即密封沿周向结构均为圆形。对于圆形密封而言，气流在偏心转子与定子之间的楔形间隙内所产生的气体轴承效应是导致密封气流激振的重要因素。因此，气流激振问题不可能得到根本解决。

发明内容：针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型高稳定四气楔密封结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型高稳定四气楔密封结构，包括密封套和密封体，密封体固定在密封套上，密封体上有周向的迷宫密封齿，密封齿分为四段等长圆弧结构，这两段圆弧的包角小于90゜，四段圆弧的圆心分别为O₁、O₂、O₃、O₄，且各段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的距离均为δ，其中0＜δ＜R-r，r为转子的半径，转子的圆心为O，转子的转速为ω。

本发明借鉴四油楔滑动轴承的思想，不改变传统圆形密封的整体结构，将传统的圆形密封结构设计成为四气楔密封结构，其主要优点如下：

1、结构简单，任何传统圆形密封如迷宫密封、蜂窝密封、刷式密封等都可以据此改变为相应的四气楔迷宫密封、四气楔蜂窝密封、四气楔刷式密封等；

2、四气楔密封结构适用于双向旋转转子，转子正转反转均可形成楔形间隙，形成动压气膜。

3、与传统圆形密封相比，四气楔密封在工作中形成上下四个气楔，形成四个动压气膜，增加了动压气膜的约束，提高了密封的气膜刚度，有助于提高稳定性，提高密封的抗气流激振能力。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是四气楔密封结构周向局部视图。

图3是四气楔密封结构轴向局部试图。

图中：1-第一密封齿圆弧；2-第二密封齿圆弧；3-第三密封齿圆弧；4-第四密封齿圆弧；5-气膜；6-转子；7-密封套；8-T型槽；9-密封体；10-密封齿。

具体实施方式：

如图1-图3所示，一种新型高稳定四气楔密封结构，包括密封套7，T型槽8和密封体9，密封套7内设有T型槽8，密封体9通过在圆周方向向上T型槽8与密封套7固定在一起，密封体9上有周向的迷宫密封齿10，密封齿10与转子6之间形成气膜5，密封齿10分为四段等长圆弧结构：第一密封齿圆弧1、第二密封齿圆弧2、第三密封齿圆弧3、第四密封齿圆弧4，这四段圆弧的包角小于90゜，其中圆弧1的圆心为O₁，圆弧2的圆心为O₂，圆弧3的圆心为O₃，圆弧4的圆心为O₄，四段圆弧的半径均为R，且四段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的距离均为δ，其中0＜δ＜R-r，r为转子的半径，转子的圆心为O，转子的转速为ω。

这样，转子与静子间的相对滑动表面形成油膜，在转子与静子间的楔形间隙下产生动压。四气楔密封的特点是：与传统圆形密封相比，四气楔密封结构在工作中形成上下四个气楔，形成四个动压气膜，增加了动压气膜的约束，增强了密封的稳定性；且即使轴在密封中心位置（O)，转子相对于轴瓦圆弧中心（O₁，O₂，O₃，O₄）也并不处在同心位置，而处在偏心相当大的位置。因此与圆形密封相比，四气楔密封结构提高了密封的气膜刚度，进而提高了密封的稳定性。

本发明沿用当前很多固定密封安装固定的T型槽安装方式。将四气楔密封设计成固定于汽缸T型槽的固定部件，不改变传统圆形密封的整体结构，只将传统密封的密封齿部分由圆形结构改为四段等长的圆弧结构。当转子转动时，形成四个气楔，形成四个动压气膜，增加了动压气膜的约束，增强了密封气膜刚度，有助于提高密封的稳定性。密封块材料为普通的45钢、GC_r15等材料。

Claims

1.一种新型高稳定四气楔密封结构，包括密封套和密封体，密封体固定在密封套上，其特征在于：密封体上有周向的迷宫密封齿，密封齿分为四段等长圆弧结构，这四段圆弧的包角小于90゜，四段圆弧的圆心分别为O₁、O₂、O₃、O₄，且各段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的距离均为δ，其中0＜δ＜R-r，r为转子的半径。

2.如权利要求1所述的一种新型高稳定四气楔密封结构，其特征在于：密封套内设有T型槽，密封体通过在圆周方向向上T型槽与密封套固定在一起。