CN103939616B - 基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置，包括转子、设在转子上的若干密封齿以及静子外套，所述静子外套内设有若干个密封槽，所述每个密封槽内一Helmholtz共振腔，所述静子外套套设在转子上，所述密封槽内设有密封齿。本发明提出一种基于Helmholtz共振原理的新型密封型式，本发明中的新型密封机理，可以同时满足人们在高性能和低噪声两方面的技术需求，特别适用于对噪声有较高要求的透平机械。

Description

基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置

技术领域

本发明涉及一种密封装置，具体涉及应用于透平机械、压缩机等旋转机械的高性能、低噪声密封。

背景技术

密封是透平机械的关键部件，起着抑制透平机械内流体泄漏的重要作用。密封内流体流动所带来的噪声也是工业噪声的主要来源之一，对工人正常工作及身体健康有很大影响。随着电力工业的发展，超（超）临界汽轮发电机组正在得到广泛应用，蒸汽压力、温度以及流量等参数大幅提高，高参数下低泄漏量和低噪声型密封越来越重要，人们一直在研究新型密封机理和密封型式。

为了减小流体泄漏，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阶梯、螺旋槽、刷式、反旋流、混合等新型密封型式，取得了一定的效果。近些年来，随着高参数透平机械汽流激振问题的频繁出现，人们又提出了蜂窝、孔型、袋式阻尼密封等型式。较之传统梳齿密封，上述密封在一定程度上减小了流体泄漏量并增强了密封抗汽流激振能力。尽管如此，现有密封型式并不足以满足现代透平技术发展对密封高性能的需求。

高参数流体在动静间隙内湍流流动或喷射所产生的压力突变是透平机械噪声的主要来源。目前透平机械低噪声设计主要是通过在透平机械外部设置隔声装置，需要考虑隔声设计、结构强度设计、通风设计、电气照明、防爆、安装维护等问题，这是一种很被动的方法，并不能够从源头上降低噪声水平。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置，包括转子、设在转子上的若干密封齿以及静子外套，所述静子外套内设有若干个密封槽，所述每个密封槽内一Helmholtz共振腔，所述静子外套套设在转子上，所述密封槽内设有密封齿。

进一步地，所述密封槽与密封齿的数量相等。

进一步地，所述Helmholtz共振腔设置在密封槽顶端，密封槽与Helmholtz共振腔的截面图形呈“T”字型。

进一步地，为了更高效的实现密封功能，同时最大程度的吸收噪声，根据实际情况，需要合理的设计共振腔与密封槽的结构、比例，并进行不断的优化。

本发明具备高性能。在与转子相关联的静子外套内设计多个密封槽，在密封槽背部相连一个基于Helmholtz原理的共振腔室，转子上布置的密封齿通过密封槽插入共振腔室内。气流流经动静间隙时，经过密封齿的引流迅速填充到密封槽内，并扩散到其后的共振腔室中。在这个过程中，气流扰动增大，二次漩涡较大，气流能量损耗大。在共振腔室内通过密封齿与共振腔顶部形成的密封间隙时，气流节流效应明显，压力能转换为速度能进而在共振腔室内以热能的形式耗散。沿轴向流动的过程中，气流不断地填充进密封槽及共振腔，损耗越来越大，能量越来越小，从而减小了气流沿轴向的泄漏。

本发明具备低噪音。密封腔内流体柱在密封间隙内流体声波的激励下振动时，考虑到流体柱与密封腔之间的摩擦作用，系统可看作为一个有阻尼的简谐振动系统。在阻尼作用下，流体柱的振动能量逐渐转换为热能而耗散，从而吸收了声能。如果密封间隙内流体产生的声波频率与这个系统的固有频率相同时，密封腔内的流体柱就会发生共振，此时损耗的声能也达到最大，就可以使流体声波被最大程度地吸收，达到抑制噪声效果。

本发明提出一种基于Helmholtz共振原理的新型密封型式，本发明中的新型密封机理，可以同时满足人们在高性能和低噪声两方面的技术需求，特别适用于对噪声有较高要求的透平机械。

有益效果：本发明相对现在技术而言，具有以下优势：

(1)高性能。通过在与转子相关联的静子内壁上设置系列密封槽并在其背部增设基于Helmholtz原理的共振腔室，增加了流体经过密封的湍流耗散，流动阻力增大，从而降低流体泄漏水平。在转子上布置的密封齿不仅起到引流的作用，使气流更加顺畅的流入密封槽及其共振腔室内，而且也有密封节流增加流体流动阻力的作用。

(2)低噪声。流体流过密封时的声波与共振腔室内的流体产生共振，可以最大程度地吸收流体声波，从源头上降低了透平机械噪声水平。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明降噪原理分析示意图。

图3是不加Helmholtz共振腔和密封齿的孔型密封内流场分布图。

图4是本发明的流场分布图。

图1中，1是转子，2是静子外套，3是密封槽，4是Helmholtz共振腔，5是密封齿。

图2中，1是转子，2是静子外套，3是密封槽，4是Helmholtz共振腔，5是密封齿，6、7是密封间隙，8是流动入口，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。

如图1所示，转子1及套设在转子1的静子外套2，在静子外套2内设有多个密封槽3，与每个密封槽3背部相连一个Helmholtz共振腔室4，转子上布置的密封齿5通过密封槽3插入共振腔室4内，流体从流动入口8流入经过密封间隙7，受密封齿5阻流通过密封槽3流入共振腔室4，再通过密封间隙7由流动出口9流出，同时流体在共振腔室4中还经过密封间隙6。

如图2所示，当密封槽3内流体柱在密封间隙7内流体声波的激励下振动时，由于流体柱与密封槽3之间有摩擦作用，此时系统可看作为一个有阻尼的简谐振动。由于阻尼的作用，使流体柱的振动能量逐渐转换为热能而耗散，从而吸收了声能。如果密封间隙7内流体产生的声波频率与这个系统的固有频率f0相同时，密封槽内的流体柱就会发生共振，此时损耗的声能也达到最大。通过对密封槽3和共振腔室4进行合理的设计，就可以使流体声波被最大程度地吸收，达到消声降噪效果。

比较图3和图4可以看出，较之无共振腔的密封，流体流过带Helmholtz共振腔的新型密封时，涡旋会明显加大，能量耗散大，从而减少流体泄漏。数值计算结果表明，在相同密封间隙下，带Helmholtz共振腔型密封的泄漏量比没有共振腔的密封降低了33.9%。

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 (3)

1.基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置，其特征在于：包括转子、设在转子上的若干密封齿以及静子外套，所述静子外套内设有若干个密封槽，所述每个密封槽内一Helmholtz共振腔，所述静子外套套设在转子上，所述密封槽内设有密封齿。

2.根据权利要求1所述的基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置，其特征在于：所述密封槽与密封齿的数量相等。

3.根据权利要求1所述的基于Helmholtz共振原理的高性能、低噪声密封装置，其特征在于：所述Helmholtz共振腔设置在密封槽顶端，密封槽与Helmholtz共振腔的截面图形呈“T”字型。