CN105179696B - 一种新型孔型密封转子结构 - Google Patents
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Abstract
一种新型孔型密封转子结构，包括密封套，密封体，孔型带，环向凹弧楔形凸台和转子。密封体安装在密封套上，密封体上周向设有孔型带，孔型带是若干圆孔组成。转子处于孔型带形成的环形腔内。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为孔型对边距的0.5～3倍。本发明能促进孔型密封间隙射流流体的边界层分离，使得圆孔充分发挥能量耗散作用。同时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，尤其是一种新型孔型密封转子结构。
背景技术
孔型密封是航空发动机、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，孔型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。孔型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。因此孔型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。
孔型密封主要是由密封套、密封体、孔型带和转子组成，孔型带是由若干圆孔组成。孔型密封的流场特性与密封机理如下：孔型密封内流体流动主要包括圆孔壁与转子间隙流体的高速射流和圆孔内的漩涡流两部分。在轴向压差和转子旋转的作用下，孔型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，不利于孔型密封的封严特性与阻尼特性；另一部分流体在孔型密封带作用下形成漩涡，圆孔结构在转轴面上方形成了一个网状面结构，封闭式的圆孔网格将气流切割分离为无数小涡流，正是这些充满整个孔型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，传统孔型密封由于转子表面光滑，流体在通过密封间隙时节流加速，孔型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，不利于孔型密封的封严特性与阻尼特性。而紧贴转子表面和孔型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，导致高速射流流经圆孔较少，圆孔内漩涡产生较少，流体直接从间隙流出出口。孔内没有形成强烈漩涡，流体能量未得到充分耗散。因此光滑转子导致圆孔能量耗散作用不充分，孔内形成漩涡较弱，大大降低了孔型密封的能量耗散作用，直接影响孔型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，本发明提供了一种新型孔型密封转子结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型孔型密封转子结构，包括密封套，密封体，孔型带，环向凹弧楔形凸台和转子。密封体安装在密封套上，密封体上周向设有孔型带，孔型带是若干圆孔组成。转子处于孔型带形成的环形腔内。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为孔型对边距的0.5～3倍。R为孔型带底端到转子轴心的径向距离，r为转子的半径。
优选的，所述的圆孔直径为2～5mm，孔深为2～8mm，相邻两孔圆心的距离为圆孔直径的1.1～2倍。
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，提出一种新型孔型密封转子结构，其主要优点如下：
1、不改变传统孔型密封的整体结构，只在转子周向表面设置多组环向凹弧楔形凸台，该新型孔型密封结构简单，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，促进孔型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圆孔中，流体在圆孔内形成更多较强漩涡，使得圆孔充分发挥能量耗散作用，提高孔型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，提高了新型孔型密封的封严特性。
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-孔型带；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：一种新型孔型密封转子结构，包括密封套1，密封体2，孔型带3，环向凹弧楔形凸台4和转子5。密封体2安装在密封套1上，密封体2上周向设有孔型带3，孔型带3是若干圆孔组成。密封套1、密封体2与孔型带3均属于静子部件。转子5处于孔型带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的轴向间距l为孔型对边距的3倍。R为孔型带底端到转子轴心的径向距离，r为转子的半径。图1中右侧为低压侧L，左侧为高压侧H。
本发明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，能促进孔型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圆孔中，流体在孔内形成较强漩涡，使得圆孔充分发挥能量耗散作用，提高孔型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。将新型孔型密封设计成固定于汽缸T型槽的固定部件，不改变传统孔型密封的整体结构，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，并能促进孔型密封间隙射流流体的边界层分离，使得圆孔充分发挥能量耗散作用，提高孔型密封的封严特性与阻尼特性。
Claims (2)
1.一种新型孔型密封转子结构，其特征在于：包括密封套，密封体，孔型带，环向凹弧楔形凸台和转子；密封体安装在密封套上，密封体上周向设有孔型带，孔型带是若干圆孔组成，转子处于孔型带形成的环形腔内，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为孔型对边距的0.5～3倍，R为孔型带底端到转子轴心的径向距离，r为转子的半径；所述的圆孔直径为2～5mm，孔深为2～8mm，相邻两孔圆心的距离为圆孔直径的1.1～2倍。
2.如权利要求1所述的一种新型孔型密封转子结构，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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