CN103075520B - 一种新型高稳定错位椭圆密封结构 - Google Patents

Abstract

一种新型高稳定错位椭圆密封结构，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，密封齿分为上下两段等长圆弧结构，这两段圆弧的包角小于180゜，其中上段圆弧的圆心为O₂，下段圆弧的圆心为O₁，上下两段圆弧的半径均为R，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的垂直距离均为其中这两个圆弧的圆心在不同垂线上，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的水平距离均为δ，0＜δ＜R-r，r为转子的半径，转子的圆心为O。本发明结构简单，任何固定式密封都可以据此改变为相应的密封结构；与传统圆形密封相比，错位椭圆密封在工作中形成上下两个气楔，形成两个动压气膜，增加了动压气膜的约束，增大了气楔的收敛程度，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

一种新型高稳定错位椭圆密封结构

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错位椭圆密封结构。

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，为了提高稳定性，错位椭圆轴承常应用于大型旋转机械。研究表明，与圆柱滑动轴承，错位椭圆轴承提高了轴承的油膜刚度和稳定性，是工程设计中广泛应用的增稳措施。

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错位椭圆密封结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型高稳定错位椭圆密封结构，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，密封齿分为上下两段等长圆弧结构，这两段圆弧的包角小于180゜，其中上段圆弧的圆心为O₂，下段圆弧的圆心为O₁，上下两段圆弧的半径均为R，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的垂直距离均为其中这两个圆弧的圆心在不同一条垂线上，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的水平距离均为δ，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。

本发明借鉴错位式椭圆滑动轴承的思想，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上下两段错位式的圆弧结构，这里称之为错位椭圆密封结构，其主要优点如下：

1、结构简单，任何固定式密封如迷宫密封、蜂窝密封、刷式密封等都可以据此改变为相应的错位椭圆迷宫密封、错位椭圆蜂窝密封、错位椭圆刷式密封等；

2、与传统圆形密封相比，错位椭圆密封在工作中形成上下两个气楔，形成两个动压气膜，增加了动压气膜的约束，增大了气楔的收敛程度，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是错位椭圆密封结构周向局部视图。

图3是错位椭圆密封结构轴向局部试图。

图中：1-密封齿上段圆弧；2-密封齿下段圆弧；3-气膜；4-转子；5-密封套；6-T型槽；7-密封体；8-密封齿。

具体实施方式：

如图1-图3所示，一种新型高稳定错位椭圆密封结构，包括密封套5，T型槽6和密封体7，密封套5内设有T型槽6，密封体7通过在圆周方向上的T型槽6与密封套5固定在一起，密封体7上有周向的迷宫密封齿8，密封齿8与转子4之间形成气膜3，密封齿8分为上下两段等长的圆弧结构：密封齿上段圆弧7与密封齿下段圆弧8，这两段圆弧的包角小于180゜，其中密封齿上段圆弧7的圆心为O1，密封齿下段圆弧8的圆心为O2，上下两段圆弧的半径均为R，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的垂直距离均为其中这两个圆弧的圆心在不同一条垂线上，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的水平距离均为δ，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。错位椭圆密封的特点是：与传统圆形密封相比，错位式椭圆密封在工作中形成上下两个气楔，形成两个动压气膜，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）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。将错位椭圆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上下两段等长的错位式圆弧结构。当转子转动时，形成两个气楔，形成两个动压气膜，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 (2)

1.一种高稳定错位椭圆密封结构，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，密封齿分为上下两段等长圆弧结构，这两段圆弧的包角小于180゜，其中上段圆弧的圆心为O₂，下段圆弧的圆心为O₁，上下两段圆弧的半径均为R，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的垂直距离均为其中 这两个圆弧的圆心在不同一条垂线上，上下两段圆弧的圆心距离密封几何中心位置的水平距离均为δ，0＜δ＜R-r，r为转子的半径，转子的圆心为O。

2.如权利要求1所述的一种高稳定错位椭圆密封结构，其特征在于：密封套内设有T型槽，密封体通过在圆周方向上T型槽与密封套固定在一起。