CN103591299A - 一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封方法，首先在转子上安装一密封盘，然后在密封盘两侧分别设一组凹槽，最后将密封齿设在凹槽内；通过密封盘改变流体的流动轨迹，阻断流体沿轴向的流动，迫使流体沿着设计的轨迹流动。本发明通过本方法还公开了阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，通过在转子上设计的嵌入式密封盘，改变流体泄漏方向，流体不再沿转子轴向流动，本质上切断螺旋形流动现象，减小流体激振，提高系统的稳定性。密封齿与转子的同向布置，减小转子振动对密封齿的碰磨，提高密封的耐磨性。

Description

一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封方法及其装置

技术领域

本发明一种应用于透平机械、压缩机等旋转机械的新型密封方法及其装置。

背景技术

密封是旋转机械抑制流体泄漏的关键部件。旋转机械密封在抑制流体泄漏的同时还会产生激振力，影响转子的稳定性。随着旋转机械向大容量、高参数方向发展，密封内的流体激振问题日益突出。进入传统密封中的流体在进口预旋或转子摩擦的带动下，不仅有轴向流动，而且在密封腔内还有一定的周向分速度，形成螺旋形的流动轨迹。产生激振力的原因在于流体在密封内的螺旋形流动现象，导致密封腔内沿周向的压力不均匀分布，产生一个垂直于转子位移方向的切向力，一旦切向力超过系统本身的阻尼力，转子就会产生涡动，且当切向激振力的频率与转子涡动频率接近时，会使转子失稳的风险增大。

为了提高密封抗流体激振的能力，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式、孔型、刷式、反预旋、袋式阻尼密封等新型密封型式，并开展了大量的理论与试验研究，取得了一定的效果。尽管如此，如何大幅提高密封抗流体激振能力并解决泄漏量和耐磨性之间的矛盾仍然是个难题，现有密封型式并不足以满足现代旋转机械发展对密封高性能的需求。

传统梳齿密封在耐磨性和泄漏量之间存在矛盾。旋转机械在起停机过程中过临界转速时，转子振幅较大，如果密封安装间隙较小，密封齿很容易磨损。密封齿与轴发生碰磨时，会造成轴局部过热，甚至导致大轴弯曲。在机组检修时，不得不增大密封安装间隙，提高了泄漏量，以牺牲经济性为代价来确保机组的安全性。虽然在1987年由GE公司雇员Ron Brandon提出并完成设计制造的自调整密封解决了这样的矛盾，但是对于密封的加工尺寸、弹簧质量和安装工艺等要求颇高，而且在起停机时可能出现密封块卡死导致动静摩擦，损伤齿、轴，并产生振动。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种阻断螺旋形流动现象、减少流体泄漏量、提高旋转机械密封齿的耐磨性和系统的稳定性的正交嵌入式密封方法及其装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封方法，首先在转子上安装一密封盘，然后在密封盘两侧分别设一组凹槽，将密封齿设在凹槽内；通过密封盘改变流体的流动轨迹，阻断流体沿轴向的流动，迫使流体沿着设计的轨迹流动。

一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，包括转子、设在转子上的密封盘；所述密封盘外设有一静子外套；所述密封盘两侧分别设有一组凹槽，所述每个凹槽内均设有一密封齿，所述密封齿与静子外套连接。

优选地，所述密封盘两侧和凹槽数量均为2个以上。

优选地，所述密封盘两侧的凹槽呈相间排布，这样设计可以节约使用密封盘体积，缩小整个装置的大小。

优选地，所述密封盘两侧的凹槽呈相对排布。

优选地，所述密封齿与凹槽底部的距离≦0.5mm。

螺旋形流动现象是导致流体激振的根本原因，产生螺旋形流动的本质在于流体沿转子轴向流动，在转子高速旋转的带动下，流体形成螺旋形流动现象。本发明通过在转子上设计的嵌入式密封盘，将流体的泄漏方向改为正交于其流动方向，在密封盘的阻隔下，螺旋形流动现象被切断，从而提高系统的稳定性。

本发明采用密封齿与密封盘正交嵌入的新型设计，流体进入密封腔后，在密封盘的阻隔下，形成绕流。由于齿与盘的嵌入式布置，流体每经过一级密封间隙便形成一次节流，在齿间的密封腔内形成漩涡，具有良好的湍流增阻效应，减小流体泄漏量，提高密封的效率。同时，密封齿顶部与密封盘存在间隙，有效避免了因旋转机械在运行中的轴向膨胀，以及密封内流体对密封盘的轴向冲击力造成转子在轴向的位移而导致动静碰磨；密封齿正交布置，由于转子振动主要是在转子横截面垂直和水平方向上，回旋振动对密封齿的碰磨明显减小，提高密封耐磨性。

有益效果：本发明的相对于现有技术而言具有如下优点：

(1)减小流体激振力，提高系统稳定性。通过在转子上设计的嵌入式密封盘，改变流体泄漏方向，流体不再沿转子轴向流动，本质上切断螺旋形流动现象，减小流体激振，提高系统的稳定性。密封齿与转子的同向布置，减小转子振动对密封齿的碰磨，提高密封的耐磨性。

(2)减小流体泄漏量，提高系统经济性。新型正交嵌入式密封在密封盘的阻隔下，流体在密封腔内形成绕流，在每级齿与盘间节流效应明显，在齿间密封腔内形成漩涡，湍流增阻效果明显，能量耗散大。

附图说明

图1是本发明提供的装置中的实施例1结构示意图。

图2是本发明提供的装置中实施例1的阻断螺旋形流动现象的原理分析示意图。

图3是本发明提供的装置中的实施例2结构示意图。

图4是传统梳齿密封内流场分布图。

图5是本发明的流场分布图。

图1和图3中，1是密封腔，2是嵌入式密封盘，3是静子外套，4是密封齿，5是转子。

图2中，6是流动入口，7是密封间隙，8是密封齿，9是流动出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封方法，首先在转子上安装一密封盘，然后在密封盘两侧分别设一组凹槽，将密封齿设在凹槽内；通过密封盘改变流体的流动轨迹，阻断流体沿轴向的流动，迫使流体沿着设计的轨迹流动。

实施例1：

如图1所示，一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，包括转子5、设在转子5上的嵌入式密封盘2；所述密封盘1外设有一静子外套3；所述密封盘2两侧分别设有一组凹槽，所述每个凹槽内均设有一密封齿4，所述密封齿4与静子外套3连接；所述密封盘2两侧的凹槽呈相间排布，且凹槽均处于同一纵向平面上，密封齿与凹槽底部的距离为0.3mm。；这样设计可以节约使用密封盘体积，缩小整个装置的大小，以利于轻便化。

如图2所示，流体从流动入口6经过密封间隙7后向上绕流，又多次经过密封齿4与密封盘2间隙，形成节流效应，流体流动过程中多次经过密封腔8，形成漩涡，湍流增阻效果明显，最后由出口9流出；虚线代表传统密封不可避免的螺旋形流动现象，在新型密封内流体由于密封盘2的阻隔，不再沿轴向流动，螺旋形流动现象被切断。

实施例2：

如图3所示，一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，包括转子5、设在转子5上的嵌入式密封盘1；所述密封盘1外设有一静子外套3；所述密封盘2两侧分别设有一组凹槽，所述每个凹槽内均设有一密封齿4，所述密封齿4与静子外套3连接；所述密封盘1两侧的凹槽呈相对排布，密封齿与凹槽底部的距离为0.5mm。。

图4是传统梳齿密封内流场分布图。图中流体沿轴向流动，经过各级密封齿形成节流，流体在密封腔内形成漩涡，具有一定的密封效果。

图5所示为阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封的流场分布。图中流体流经各级密封间隙4时的节流效应明显，流体在经过节流后喷射而出，在密封腔7内形成漩涡，能量耗散增大，与传统梳齿密封相比泄漏量减小。同时，流体沿轴向流动被切断，阻断螺旋形流动现象，减小流体激振力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封方法，其特征在于：首先在转子上安装一密封盘，然后在密封盘两侧分别设一组凹槽，最后将密封齿设在凹槽内；通过密封盘改变流体的流动轨迹，阻断流体沿轴向的流动，迫使流体沿着设计的轨迹流动。

2.一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，其特征在于：包括转子、设在转子上的密封盘；所述密封盘外设有一静子外套；所述密封盘两侧分别设有一组凹槽，所述每个凹槽内均设有一密封齿，所述密封齿与静子外套连接。

3.根据权利要求1所述的一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，其特征在于：所述密封盘两侧和凹槽数量均为2个以上。

4.根据权利要求1所述的一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，其特征在于：所述密封盘两侧的凹槽呈相间排布。

5.根据权利要求1所述的一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，其特征在于：所述密封盘两侧的凹槽呈相对排布。

6.根据权利要求1所述的一种阻断螺旋形流动现象的正交嵌入式密封装置，其特征在于：所述密封齿与凹槽底部的距离≦0.5mm。

Images