CN105114629B - 一种蜂窝密封转子结构 - Google Patents
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Abstract
一种蜂窝密封转子结构，包括密封套，密封体，环向凹弧楔形凸台，蜂窝带和转子。密封体安装在密封套上，密封体上周向设有蜂窝带。转子处于蜂窝带形成的环形腔内。转子沿轴向在其周向表面设有多组环向凹弧楔形凸台。环向凹弧楔形凸台的弧面与转子表面之间的夹角5°≤θ1≤45°，与凸台垂直面之间的夹角5°≤θ2≤45°，环向凹弧楔形凸台的径向高度h为密封半径间隙(R‑r)的0.2～0.6倍，相邻环向凹弧楔形凸台的轴向间距l为蜂窝对边距的0.5～3倍。本发明促进了蜂窝密封间隙射流流体的边界层分离，使得蜂窝芯格充分发挥能量耗散作用，同时凹弧楔形凸台结构增加了密封间隙射流流体的流动阻力，降低了引起密封泄漏的直通效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转机械中的动密封结构，尤其是一种蜂窝密封转子结构。
背景技术
蜂窝密封是航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的关键部件。相对于传统的迷宫密封而言，蜂窝密封不但具有较好的封严特性，而且还有较好的转子动力学特性。蜂窝密封允许在高压差条件下应用而不增加密封的尺寸，具有较高的安全可靠性。因此蜂窝密封被广泛应用于航空航天、电力、石化等行业领域的旋转机械中。
蜂窝密封主要是由密封套、密封体、蜂窝带和转子组成，蜂窝带是由六边形小蜂窝孔组成。蜂窝密封的流场特性与密封机理如下：蜂窝密封内流体流动主要包括蜂窝壁与转子间隙流体的高速射流和蜂窝芯格内的漩涡流两部分。在轴向压差和转子旋转的作用下，蜂窝带和转子的间隙处由于节流作用形成高速射流，该股射流紧贴着转轴面以较大的速度进入密封间隙，高速射流促进密封泄漏的直通效应，增加了密封的泄漏量，不利于蜂窝密封的封严特性与阻尼特性。另一部分流体在蜂窝芯格作用下形成漩涡，蜂窝芯格特殊的六边形结构在转轴面上方形成了一个网状面结构，封闭式的蜂窝芯格网格将气流切割分离为无数小涡流，正是这些充满整个蜂窝腔的漩涡将气体的能量耗散，从而形成阻尼作用和阻止流体泄漏的密封效果。
研究表明，传统蜂窝密封由于转子表面光滑，流体在通过密封间隙时节流加速，蜂窝密封间隙流体射流作用较大，高速射流促进密封泄漏的直通效应，增加了密封的泄漏量，不利于蜂窝密封的封严特性与阻尼特性。而紧贴转子表面和蜂窝孔壁面的流体由于粘性及边界层作用，切分效应较小，很难实现分离，导致高速射流流经蜂窝芯格较少，蜂窝芯格漩涡产生较少，流体直接从间隙流出出口。蜂窝芯格没有形成强烈漩涡，流体能量未得到充分耗散。因此光滑转子导致蜂窝芯格能量耗散作用不充分，蜂窝芯格内形成漩涡较小，大大降低了蜂窝密封的能量耗散作用，直接影响蜂窝密封的封严和阻尼作用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种蜂窝密封转子结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种蜂窝密封转子结构，包括密封套，密封体，环向凹弧楔形凸台，蜂窝带和转子。密封体安装在密封套上，密封体上周向设有蜂窝带。转子处于蜂窝带形成的环形腔内。转子沿轴向在其周向表面设有多组环向凹弧楔形凸台。环向凹弧楔形凸台的弧面与转子表面之间的夹角5°≤θ1≤45°，与凸台垂直面之间的夹角5°≤θ2≤45°，环向凹弧楔形凸台的径向高度h为密封半径间隙(R-r)的0.2～0.6倍，相邻环向凹弧楔形凸台的轴向间距l为蜂窝对边距的0.5～3倍。R为蜂窝带底端到转子轴心的径向距离，r为转子的半径。
优选的，所述的蜂窝带是由六边形蜂窝芯格组成，蜂窝芯格的对边距为2～5mm，芯格壁厚为0.1～0.5mm，芯格深度为2～8mm。
优选的，密封套内设有T型槽，密封体通过在圆周方向上的T型槽与密封套固定在一起。
本发明借鉴边界层分离理论，提出一种蜂窝密封转子结构，其主要优点如下：
1、不改变传统蜂窝密封的整体结构，只在转子周向表面设置多组环向凹弧楔形凸台，使得该蜂窝密封结构简单，易于加工；
2、本发明设计的转子周向表面环向凹弧楔形凸台结构具有高效的切分效应，促进蜂窝密封间隙射流流体的边界层分离，由环向凹弧楔形凸台将密封间隙射流引入蜂窝芯格中，流体在蜂窝芯格形成较强漩涡，使得蜂窝芯格充分发挥能量耗散作用，提高蜂窝密封的封严特性与阻尼特性；
3、环向凹弧楔形凸台结构增加了密封间隙射流流体的流动阻力，降低了引起密封泄漏的直通效应，提高了蜂窝密封的封严特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是转子表面环向凹弧楔形凸台结构示意图。
图3是图1的A-A向视图。
图中：1-密封套；2-密封体；3-蜂窝带；4-环向凹弧楔形凸台；5-转子。
具体实施方式
如图1-图3所示：一种蜂窝密封转子结构，包括密封套1，密封体2，环向凹弧楔形凸台4，蜂窝带3和转子5。密封体2通过T型槽安装在密封套1上，密封体2上周向设有蜂窝带3。密封套1、密封体2与蜂窝带3均属于静子部件。转子5处于蜂窝带3形成的环形腔内。转子5沿轴向在其周向表面设有多组环向凹弧楔形凸台4。环向凹弧楔形凸台4的弧面与转子5表面之间的夹角θ1＝15°，与凸台垂直面之间的夹角θ2＝30°，环向凹弧楔形凸台的径向高度h为密封半径间隙(R-r)的0.6倍，相邻环向凹弧楔形凸台4的轴向间距l为蜂窝对边距的3倍。R为蜂窝带底端到转子轴心的径向距离，r为转子的半径。该发明适用于高压侧在环向楔形凸台前端，低压侧在环向楔形凸台后端的情况。图1中右侧为低压侧L，左侧为高压侧H。
本发明提出的转子周向表面环向凹弧楔形凸台结构具有高效的切分效应，能促进蜂窝密封间隙射流流体的边界层分离，密封间隙射流体由环向凹弧楔形凸台引入蜂窝芯格中，流体在蜂窝芯格形成较强漩涡，使得蜂窝芯格充分发挥能量耗散作用，提高蜂窝密封的封严特性与阻尼特性。
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。将蜂窝密封设计成固定于汽缸T型槽的固定部件，不改变传统蜂窝密封的整体结构，只在转子周向表面设置多组环向凹弧楔形凸台。环向凹弧楔形凸台结构具有高效的切分效应，并能促进蜂窝密封间隙射流流体的边界层分离，使得蜂窝芯格充分发挥能量耗散作用，提高蜂窝密封的封严特性与阻尼特性。
Claims (3)
1.一种蜂窝密封转子结构，其特征在于：包括密封套，密封体，环向凹弧楔形凸台，蜂窝带和转子；密封体安装在密封套上，密封体上周向设有蜂窝带，转子处于蜂窝带形成的环形腔内，转子沿轴向在其周向表面设有多组环向凹弧楔形凸台，环向凹弧楔形凸台的弧面与转子表面之间的夹角5°≤θ1≤45°，与凸台垂直面之间的夹角5°≤θ2≤45°，环向凹弧楔形凸台的径向高度h为密封半径间隙(R-r)的0.2～0.6倍，相邻环向凹弧楔形凸台的轴向间距l为蜂窝对边距的0.5～3倍，R为蜂窝带底端到转子轴心的径向距离，r为转子的半径。
2.如权利要求1所述的一种蜂窝密封转子结构，其特征在于：所述的蜂窝带是由六边形蜂窝芯格组成，蜂窝芯格的对边距为2～5mm，芯格壁厚为0.1～0.5mm，芯格深度为2～8mm。
3.如权利要求1所述的一种蜂窝密封转子结构，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的T型槽与密封套固定在一起。
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