CN105090512B - 旋转机械用的非接触式动压箔片密封件 - Google Patents

旋转机械用的非接触式动压箔片密封件 Download PDF

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Abstract

旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，涉及一种非接触式动压箔片密封件。本发明为了解决现有的旋转机械密封结构存在大量端泄、运行可靠性低、密封效果差以及体型笨重等问题。底层平箔片和顶层平箔片形成双层平箔片结构；底层平箔片的一端以及顶层平箔片的一端分别沿其圆周方向设有多个齿形成齿形边，且所述齿形边沿其延伸方向呈渐扩的弧形；底层平箔片、顶层平箔片依次安放在波纹箔片上；齿形边同侧设置且位于密封件外环的装配端端面上，利用连接件将密封件内环与密封件外环进行装配，以通过密封件内环压紧所述齿形边来实现底层平箔片和顶层平箔片的固定。该非接触式动压密封件具有密封效果好，可靠性高的特点。

Description

旋转机械用的非接触式动压箔片密封件
技术领域
本发明涉及一种非接触式动压箔片密封件，属于旋转机械密封技术领域。
技术背景
目前旋转机械密封有刷式密封和迷宫密封等，其中刷式密封因其与转子接触摩擦的原因使长时间运行后密封本身有磨损，降低了密封效果。而迷宫密封的密封效果完全取决于弯折路径的长短，这就使得密封效果好迷宫密封往往具有较大的尺寸，这点限制了迷宫密封了广泛应用。因此目前并没有密封效果良好并且小巧的旋转机械密封装置。
发明内容
本发明为了解决现有的旋转机械密封结构存在大量端泄、运行可靠性低、密封效果差以及体型笨重等问题，进而提供了一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，所述动压箔片密封件包括波纹箔片、底层平箔片、顶层平箔片、密封件外环和密封件内环，波纹箔片呈圆环状且波纹箔片上的波纹沿其轴向设置，波纹箔片放置在密封件外环的内壁表面上；底层平箔片和顶层平箔片形成双层平箔片结构，二者均呈圆环状；底层平箔片的一端以及顶层平箔片的一端分别沿其圆周方向设有多个齿形成齿形边，所述齿形边沿其延伸方向呈渐扩并向外弯曲；底层平箔片、顶层平箔片依次安放在波纹箔片上，三者叠放在一起；底层平箔片的齿形边和顶层平箔片的齿形边同侧设置且位于密封件外环的装配端端面上，利用连接件将密封件内环与密封件外环进行装配，以通过密封件内环压紧所述齿形边来实现底层平箔片和顶层平箔片的固定。
其中，所述密封件内环的装配端端面上的内孔边缘设有凸沿，利用连接件将密封件内环与密封件外环进行装配时，所述凸沿插装在顶层平箔片上，密封件内环与密封件外环接触的装配端端面压紧顶层平箔片的齿形边。
所述齿形边上的齿为矩形齿。
平箔片齿形边上的齿的个数为平箔片内径的4～6倍，相邻齿之间的最大间隙为矩形齿齿宽的五分之一至三分之一。
所述波纹箔片、底层平箔片和顶层平箔片均由高弹合金钢制成。
齿形边上的每个齿沿其延伸方向呈圆弧形，所述圆弧对应的圆心角为75℃～90℃。
密封件外环和密封件内环的装配处与齿形边对应位置处均设有圆弧结构。
底层平箔片和顶层平箔片相错设置，使底层平箔片的齿形边的齿与顶层平箔片的齿形边的间隙对应。
本发明具有以下有效效果：
本发明具有密封效果好(转速越高，密封效果越好)、结构简单、加工安装灵活方便、可靠性高等特点，具有广泛应用在汽轮机和燃气轮机等旋转机械上的潜质。
一、本发明由于采用表面可以弹性变形的箔片结构，可以使得转子和密封之间的半径间隙做到50微米的距离，在转子旋转时，转子表面和密封平箔片之间产生的动压能够隔绝密封件两侧的压差，同时由于密封件的动压压强随着转子转速的增大而升高，因此密封效果也随之增强，并且由于密封件的平箔片和波纹箔片组成的结构具体一定的弹性变形自适应性，因此并不会出现转子和密封件碰磨的现象，所以该非接触式动压密封件具有密封效果好，可靠性高的特点。
二、本发明选择采用以高弹合金钢为材料波纹箔片和双层平箔片的结构，具有结构简单，加工安装灵活多样的特点。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一的旋转机械用的非接触式动压箔片密封件的整体结构分解图(装配顺序通过数字①②③④⑤标注在图1中)，图2是基于图1顺序装配后的立体图，图3是将所述密封件7安装在转轴8上的立体效果图，图4装配后密封件剖面图总图，图5是装配后密封件剖面放大图(轴向剖)，图6平箔片装配前效果图，图7平箔片装配后效果图；图8是利用所述密封件进行密封的原理图，图中，(a)表示转轴静止的状态，(b)表示转轴旋转的状态)。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～7所示，本实施方式所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件包括波纹箔片1、底层平箔片3、顶层平箔片4、密封件外环2和密封件内环5，波纹箔片1呈圆环状且波纹箔片1上的波纹沿其轴向设置，波纹箔片1放置在密封件外环的内壁表面上；底层平箔片3和顶层平箔片4形成双层平箔片结构，二者均呈圆环状；底层平箔片3的一端以及顶层平箔片4的一端分别沿其圆周方向设有多个齿形成齿形边，所述齿形边沿其延伸方向呈渐扩并向外弯曲；底层平箔片3、顶层平箔片4依次安放在波纹箔片1上，三者叠放在一起；底层平箔片3的齿形边和顶层平箔片4的齿形边同侧设置且位于密封件外环2的装配端端面上，利用螺钉6将密封件内环5与密封件外环2进行装配(将密封件内环5穿插密封件外环2内，并且通过螺钉6将两者紧密连接)，以通过密封件内环5压紧所述齿形边来实现底层平箔片3和顶层平箔片4的固定；
所述密封件内环5的装配端端面上的内孔边缘设有凸沿，利用连接件将密封件内环5与密封件外环2进行装配时，所述凸沿插装在顶层平箔片4上，密封件内环5与密封件外环2接触的装配端端面压紧顶层平箔片4的齿形边；所述齿形边上的齿为矩形齿；齿形边上的每个齿沿其延伸方向呈圆弧形，所述圆弧对应的圆心角为80℃；密封件外环(2)和密封件内环5的装配处与齿形边对应位置处均设有圆弧结构(参见图5中的标记9处)。
具体实施方式二：本实施方式所述的旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，平箔片齿形边上的齿的个数为平箔片内径的5倍，相邻齿之间的最大间隙11为矩形齿齿宽的四分之一。经实验证明，本实施方式所述的旋转机械用的非接触式动压箔片密封件的密封性能好。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式所述的旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其中的波纹箔片1、底层平箔片3和顶层平箔片4均由高弹合金钢制成。采用以高弹合金钢为材料加工波纹箔片和双层平箔片的结构，具有加工安装灵活多样的特点。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式所述的旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，底层平箔片3和顶层平箔片4相错设置，使底层平箔片3的齿形边的齿与顶层平箔片4的齿形边的间隙对应。将两层平箔片的齿错开叠放，目的是防止工质通过间隙泄露。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的旋转机械用的非接触式动压箔片密封件不同之处在于：齿形边上的每个齿沿其延伸方向呈圆弧形，所述圆弧对应的圆心角为90℃。采用圆弧过渡，提高双层平箔片的弹性和韧性，密封性能好。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明的装配过程：
所述波纹箔片1安装在密封件外环2的内表面，然后底层平箔片3和顶层平箔片4依次叠放在波纹箔片上，最后将密封件内环5穿插密封件外环2内，并且通过螺钉6将两者紧密连接，即利用螺钉将密封件内环与密封件外环进行装配，并且通过压紧底层和顶层平箔片的齿形边来达到平箔片的固定效果。
参见图1，为本发明的装配过程图。首先把波纹箔片4安防在密封件外环2的内表面，然后底层平箔片3和顶层平箔片4依次叠放在波纹箔片上，最后将密封件内环5穿插到密封件外环2中，并利用螺钉6将密封件外环2和密封件内环5通过其法兰盘进行固定，装配顺序通过数字①②③④⑤标注在图1中。自此密封件7安装完毕，安装完成后的效果图参见图2和图3，图3中8为转轴。
装配完成后的密封件剖面总图参见图4，剖面总图的局部放大图为图5，其中密封件外环的内表面设计有倒角结构,10，目的是为了使波纹箔片1直接接触到倒角上，用来确定波纹箔片的相对位置，另一个主要目的是阻断通过波纹箔片的工质，在空间上对密封件测量的工质进行阻断。因此当转子转速为零时，密封件两端工质只能通过顶层平箔片4和转轴8表面之间的狭小缝隙，当转子旋转时，该狭小缝隙产生的动压能够阻断密封件两端的工质流通。于此同时，密封件外环2和内环5都设计有圆弧结构9，这个结构9起到了固定两个平箔片端部的作用，由于平箔片3和4的本身已经卷成圆柱状(如图1)，因此其边缘(齿形边)不能折成90度角，必须呈现出一定的弧度。
图6和图7是底层平箔片3和顶层平箔片4的结构图以及装配前后效果图，底层平箔片3和顶层平箔片4的边缘都经过切割成“叶片状”(即前述的“齿”)，每个“叶片”之间有一定宽度的间隙11，正是因为间隙11的存在才使得平箔片3和4的边缘能够以一定的弧顶进行弯折。并且在装配过程中，特意将两层平箔片的“叶片”错开叠放，目的是防止工质通过间隙11泄露。
工作原理：参见图8，由于顶层平箔片4和转轴8表面之间的空隙只有几十微米，因此当转轴8静止时(图8(a))，高压气体12通过平箔片4和转轴8表面之间的缝隙泄露到低压气体区13，形成了端泄。但当转轴8旋转时，该间隙内能够产生一定的动压14(图8(b))，该动压随着转轴8转速的增大而增大，当转速达到一定时，该动压增大到能够平衡密封件两边的压差，起到密封的效果。

Claims (8)

1.一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：所述动压箔片密封件包括波纹箔片(1)、底层平箔片(3)、顶层平箔片(4)、密封件外环(2)和密封件内环(5)，波纹箔片(1)呈圆环状且波纹箔片(1)上的波纹沿其轴向设置，波纹箔片(1)放置在密封件外环的内壁表面上；底层平箔片(3)和顶层平箔片(4)形成双层平箔片结构，二者均呈圆环状；底层平箔片(3)的一端以及顶层平箔片(4)的一端分别沿其圆周方向设有多个齿形成齿形边，所述齿形边沿其延伸方向呈渐扩并向外弯曲；底层平箔片(3)、顶层平箔片(4)依次安放在波纹箔片(1)上，三者叠放在一起；底层平箔片(3)的齿形边和顶层平箔片(4)的齿形边同侧设置且位于密封件外环(2)的装配端端面上，利用连接件将密封件内环(5)与密封件外环(2)进行装配，以通过密封件内环(5)压紧所述齿形边来实现底层平箔片(3)和顶层平箔片(4)的固定。
2.根据权利要求1所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：所述密封件内环(5)的装配端端面上的内孔边缘设有凸沿，利用连接件将密封件内环(5)与密封件外环(2)进行装配时，所述凸沿插装在顶层平箔片(4)上，密封件内环(5)与密封件外环(2)接触的装配端端面压紧顶层平箔片(4)的齿形边。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：所述齿形边上的齿为矩形齿。
4.根据权利要求3所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：平箔片齿形边上的齿的个数为平箔片内径的4～6倍，相邻齿之间的最大间隙11为矩形齿齿宽的五分之一至三分之一。
5.根据权利要求3所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：所述波纹箔片(1)、底层平箔片(3)和顶层平箔片(4)均由高弹合金钢制成。
6.根据权利要求1或2所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：齿形边上的每个齿沿其延伸方向呈圆弧形，所述圆弧对应的圆心角为75℃～90℃。
7.根据权利要求6所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：密封件外环(2)和密封件内环(5)的装配处与齿形边对应位置处均设有圆弧结构。
8.根据权利要求1或2所述的一种旋转机械用的非接触式动压箔片密封件，其特征在于：底层平箔片(3)和顶层平箔片(4)相错设置，使底层平箔片(3)的齿形边的齿与顶层平箔片(4)的齿形边的间隙对应。
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