CN104153824B - 透平多级气封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了透平多级气封结构，包括壳体以及穿过壳体的轴，轴上连接有叶轮，其中：叶轮的后端一体成型有平衡盘，平衡盘与壳体之间设置有阶梯密封件，阶梯密封件上形成有梳齿部，梳齿部由若干个密封齿组成，密封齿穿过隔离间隙与平衡盘抵触密封配合，且相邻密封齿之间的空间形成密封腔，梳齿部中部形成有中压间隙，中压间隙通过阶梯密封件中开设的中压连通腔与中压引气管连通，中压引气管引出的气压高于低压间隙气压且低于高压间隙气压。本发明具有多级气封、气封效果好、组装方便简单、介质不易泄露的优点。

Description

透平多级气封结构

技术领域

本发明涉及向心透平或离心压气机技术领域，尤其涉及一种透平多级气封结构。

背景技术

悬臂支撑的向心透平和离心压气机工作转速高，压比大，壳体均为整体蜗形结构，无中分面。从装配方面考虑，如果主轴加工成梳齿式迷宫形式，则不平滑的主轴会极大的阻碍向心透平和离心压气机的组装，因此，主轴不宜加工成梳齿式迷宫形式(图3)。同时从转子动力学方面要求悬臂端尺寸尽可能小，以提高转子刚度，主轴较短的轴向尺寸导致多段迷宫密封布置困难(图4)。叶轮工作面与轮盘背面压差大，较短的轴向尺寸不能布置平衡活塞，导致推力轴承载荷过大，难以设计。

另外随着工业领域发展，越来越多的场所需要高压力的离心压气机。设备壳体内与外界环境之间的高压差使得密封困难、介质泄漏，叶轮过大的轴向力影响推力轴承的可靠性，限制了向心透平和压气机的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种多级气封、气封效果好、组装方便简单、介质不易泄露的透平多级气封结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

透平多级气封结构，包括壳体以及穿过壳体的轴，轴上连接有叶轮，其中：叶轮的后端一体成型有平衡盘，平衡盘与壳体之间设置有阶梯密封件，阶梯密封件一侧与壳体密封固定连接，另一侧与平衡盘之间设有隔离间隙，隔离间隙从叶轮的压气端延伸至平衡盘背着叶轮一侧的盘中部，阶梯密封件上形成有梳齿部，梳齿部由若干个密封齿组成，密封齿穿过隔离间隙与平衡盘抵触密封配合，且相邻密封齿之间的空间形成密封腔，梳齿部将隔离间隙分隔成两部分：叶轮压气端一侧的高压间隙和背对叶轮的平衡盘一侧的低压间隙，低压间隙连接有用于将低压间隙与低气压连通的低压引气管，梳齿部中部形成有中压间隙，中压间隙通过阶梯密封件中开设的中压连通腔与中压引气管连通，中压引气管引出的气压高于低压间隙气压且低于高压间隙气压。

上述的轴与壳体之间设置有数道密封浮环，密封浮环与轴浮动密封配合，密封浮环与轴的间隙中设置有润滑液。

上述的密封浮环的数量为三道，且等间距布设。

上述的梳齿部处的隔离间隙的直径由高压间隙向低压间隙方向缩小。

上述的密封齿的齿高由高压间隙向低压间隙方向缩短。

上述的平衡盘与阶梯密封件配合处伸出有盘凸体，密封齿的齿尖均压设于盘凸体的上部。

上述的盘凸体的上部形成有数个台阶从而形成阶梯状平衡活塞，台阶由高压间隙向低压间隙方向逐级下降。

上述的中压间隙与高压间隙之间的密封齿数量多于中压间隙与低压间隙之间的密封齿数量。

上述的中压连通腔由内而外贯穿阶梯密封件，阶梯密封件外表面上设置有集气环，集气环与中压连通腔连通，中压引气管连入集气环中。

上述的中压连通腔的数量为多个，等弧度均匀布设在阶梯密封件中。

上述的壳体固定连接有呈环形间隙抱合在轴上密封体，密封浮环一端固定在密封体上，另一端与轴浮动密封配合。

上述的密封体包括有连接法兰，连接法兰位于壳体内侧，壳体通过连接法兰与密封体固定连接。

上述的低压引气管与设备外部系统的低压管网连通。

上述的低压间隙位于梳齿部与密封浮环之间。

与现有技术相比，本发明叶轮的后端一体成型有平衡盘，减少高速旋转件之间的连接件，结构更紧凑；平衡盘与壳体之间设置有阶梯密封件，阶梯密封件一侧与壳体密封固定连接，另一侧伸出若干个密封齿与平衡盘抵触密封配合，且相邻密封齿之间的空间形成密封腔，这些密封腔组合起来形成了数道密封结构，大大增加了密封效果。本发明梳齿部将隔离间隙分隔成两部分：叶轮压气端一侧的高压间隙和背对叶轮的平衡盘一侧的低压间隙，梳齿部中部形成有中压间隙。这样设置的优点在于在高压间隙和低压间隙之间设置了一个缓冲区，防止高压间隙和低压间隙之间过高的压差使梳齿部密封效果下降，通过设置中压间隙，使原本的梳齿部成为两部分，密封结构也被分为两部分，中压间隙与高压间隙之间的密封齿数量多于中压间隙与低压间隙之间的密封齿数量，使得气压被较为合理地分摊，提高了梳齿部密封效果。平衡盘上部形成有数个台阶体，沿气压压力降低方向直径逐渐减小，这种台阶式密封设计既避免了等直径迷宫密封带来的泄漏量大，又便于装配。相应地，为了与台阶式密封相匹配，密封齿的齿高也各不相同。阶梯密封件外表面上设置有集气环，集气环与中压连通腔连通，中压引气管连入集气环中。通过设置集气环，中压引气管与中压连通腔的连接更方便简单，降低组装难度。轴与壳体之间设置有数道密封浮环，密封浮环与轴浮动密封配合，密封浮环与轴的间隙中设置有润滑液。密封浮环可随主轴在径向移动，避免动静摩擦导致异常振动。密封浮环与梳齿部之间的空腔即低压间隙连接低压引汽管，使该腔室压力低于叶轮工作面压力，抵消部分轴向推力，使叶轮总轴向力减小，同时让低压间隙与外界环境的压力差减小，避免介质泄漏。

本发明具有多级气封、气封效果好、组装方便简单、介质不易泄露的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中的A部放大图。

图3是梳齿式迷宫式密封结构示意图；

图4是多段迷宫密封结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图2所示为本发明的结构示意图。图3至图4为背景技术中梳齿式迷宫式密封和多段迷宫密封示意图。

其中的附图标记为：壳体1、轴2、叶轮21、平衡盘3、盘凸体31、平衡活塞32、阶梯密封件4、梳齿部41、密封齿41a、密封腔41b、中压连通腔42、集气环43、隔离间隙5、高压间隙51、低压间隙52、中压间隙53、低压引气管6、密封浮环7、密封体8、连接法兰81、中压引气管9。

本发明的透平多级气封结构，包括壳体1以及穿过壳体1的轴2，轴2上连接有叶轮21，叶轮21的后端一体成型有平衡盘3，平衡盘3与壳体1之间设置有阶梯密封件4，阶梯密封件4一侧与壳体1密封固定连接，另一侧与平衡盘3之间设有隔离间隙5，隔离间隙5从叶轮21的压气端延伸至平衡盘3背着叶轮21一侧的盘中部，阶梯密封件4上形成有梳齿部41，梳齿部41由若干个密封齿41a组成，密封齿41a穿过隔离间隙5与平衡盘3抵触密封配合，且相邻密封齿41a之间的空间形成密封腔41b，梳齿部41将隔离间隙5分隔成两部分：叶轮21压气端一侧的高压间隙51和背对叶轮21的平衡盘3一侧的低压间隙52，低压间隙52连接有用于将低压间隙52与低气压连通的低压引气管6，梳齿部41中部形成有中压间隙53，中压间隙53通过阶梯密封件4中开设的中压连通腔42与中压引气管9连通，中压引气管9引出的气压高于低压间隙52气压且低于高压间隙51气压。

实施例中，轴2与壳体1之间设置有三道密封浮环7，等间距布设，密封浮环7与轴2浮动密封配合，密封浮环7与轴2的间隙中设置有润滑液。

实施例中，梳齿部41处的隔离间隙5的直径由高压间隙51向低压间隙52方向缩小。

实施例中，密封齿41a的齿高由高压间隙51向低压间隙52方向缩短。

实施例中，平衡盘3与阶梯密封件4配合处伸出有盘凸体31，密封齿41a的齿尖均压设于盘凸体31的上部。

实施例中，盘凸体31的上部形成有数个台阶从而形成阶梯状平衡活塞32，台阶由高压间隙51向低压间隙52方向逐级下降。

实施例中，中压间隙53与高压间隙51之间的密封齿41a数量多于中压间隙53与低压间隙52之间的密封齿41a数量。

实施例中，中压连通腔42由内而外贯穿阶梯密封件4，阶梯密封件4外表面上设置有集气环43，集气环43与中压连通腔42连通，中压引气管9连入集气环43中。

实施例中，中压连通腔42的数量为多个，等弧度均匀布设在阶梯密封件4中。

实施例中，壳体1固定连接有呈环形间隙抱合在轴2上密封体8，密封浮环7一端固定在密封体8上，另一端与轴2浮动密封配合。

实施例中，密封体8包括有连接法兰81，连接法兰81位于壳体1内侧，壳体1通过连接法兰81与密封体8固定连接。

实施例中，低压引气管6与设备外部系统的低压管网连通。

实施例中，低压间隙52位于梳齿部41与密封浮环7之间。

以离心压气机为例，轴2转动带动叶轮21，气流被叶轮压缩到高压间隙51处，压缩气流会产生轴向推力，会极大的增加止推轴承的工作压力，因此，要设置平衡盘3分担一部分的轴向推力。本发明将平衡盘3与叶轮21铸成一体件，直接略去了现有技术中平衡盘3与叶轮21之间的连接件，组装更加简单，结构也更紧凑；本发明在密封上主要采用了两种密封手段，一种是阶梯密封，另一种是浮环密封，通过这两种密封组合可以有效防止介质泄漏。阶梯密封包括有多个小的密封腔41b，将压差逐步分解，在阶梯密封中部形成的中压间隙53可以作为缓冲区，中压间隙53与高压间隙51之间的密封齿41a数量多于中压间隙53与低压间隙42之间的密封齿41a的数量，使得气压被较为合理地分摊，提高了阶梯密封效果。浮环密封主要包括设置在壳体1与轴2之间的密封浮环7，密封浮环7可随轴2在径向移动，避免动静摩擦导致异常振动；密封浮环7设置多道，可以避免介质泄漏。阶梯密封件4外表面上设置有集气环43，集气环43与中压连通腔42连通，中压引气管9连入集气环43中。通过设置集气环43，中压引气管9与中压连通腔42的连接更方便简单，降低组装难度。密封浮环7与梳齿部41之间的空腔即低压间隙52连接低压引气管6，使该腔室压力低于叶轮工作面压力，抵消部分轴向推力，使叶轮总轴向力减小，同时让低压间隙52与外界环境的压力差减小，避免介质泄漏。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.透平多级气封结构，包括壳体(1)以及穿过壳体(1)的轴(2)，所述的轴(2)上连接有叶轮(21)，其特征是：所述的叶轮(21)的后端一体成型有平衡盘(3)，所述的平衡盘(3)与壳体(1)之间设置有阶梯密封件(4)，所述的阶梯密封件(4)一侧与壳体(1)密封固定连接，另一侧与平衡盘(3)之间设有隔离间隙(5)，所述的隔离间隙(5)从叶轮(21)的压气端延伸至平衡盘(3)背着叶轮(21)一侧的盘中部，所述的阶梯密封件(4)上形成有梳齿部(41)，所述的梳齿部(41)由若干个密封齿(41a)组成，所述的密封齿(41a)穿过隔离间隙(5)与平衡盘(3)抵触密封配合，且相邻密封齿(41a)之间的空间形成密封腔(41b)，所述的梳齿部(41)将隔离间隙(5)分隔成两部分：叶轮(21)压气端一侧的高压间隙(51)和背对叶轮(21)的平衡盘(3)一侧的低压间隙(52)，所述的低压间隙(52)连接有用于将低压间隙(52)与低气压连通的低压引气管(6)，所述的梳齿部(41)中部形成有中压间隙(53)，所述的中压间隙(53)通过阶梯密封件(4)中开设的中压连通腔(42)与中压引气管(9)连通，所述的中压引气管(9)引出的气压高于低压间隙(52)气压且低于高压间隙(51)气压；所述的轴(2)与壳体(1)之间设置有数道密封浮环(7)，所述的密封浮环(7)与轴(2)浮动密封配合，所述的密封浮环(7)与轴(2)的间隙中设置有润滑液。

2.根据权利要求1所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的密封浮环(7)的数量为三道，且等间距布设。

3.根据权利要求1所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的梳齿部(41)处的隔离间隙(5)的直径由高压间隙(51)向低压间隙(52)方向缩小。

4.根据权利要求3所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的密封齿(41a)的齿高由高压间隙(51)向低压间隙(52)方向缩短。

5.根据权利要求4所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的平衡盘(3)与阶梯密封件(4)配合处伸出有盘凸体(31)，所述的密封齿(41a)的齿尖均压设于盘凸体(31)的上部。

6.根据权利要求5所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的盘凸体(31)的上部形成有数个台阶从而形成阶梯状平衡活塞(32)，所述的台阶由高压间隙(51)向低压间隙(52)方向逐级下降。

7.根据权利要求1所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的中压间隙(53)与高压间隙(51)之间的密封齿(41a)数量多于中压间隙(53)与低压间隙(52)之间的密封齿(41a)数量。

8.根据权利要求1所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的中压连通腔(42)由内而外贯穿阶梯密封件(4)，所述的阶梯密封件(4)外表面上设置有集气环(43)，所述的集气环(43)与中压连通腔(42)连通，所述的中压引气管(9)连入集气环(43)中。

9.根据权利要求8所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的中压连通腔(42)的数量为多个，等弧度均匀布设在阶梯密封件(4)中。

10.根据权利要求2所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的壳体(1)固定连接有呈环形间隙抱合在轴(2)上密封体(8)，所述的密封浮环(7)一端固定在密封体(8)上，另一端与轴(2)浮动密封配合。

11.根据权利要求10所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的密封体(8)包括有连接法兰(81)，所述的连接法兰(81)位于壳体(1)内侧，所述的壳体(1)通过连接法兰(81)与密封体(8)固定连接。

12.根据权利要求1所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的低压引气管(6)与设备外部系统的低压管网连通。

13.根据权利要求11所述的透平多级气封结构，其特征是：所述的低压间隙(52)位于梳齿部(41)与密封浮环(7)之间。