CN105333155A - 一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，配合密封齿环构成轴端密封结构，本发明包括进气段、过渡段以及喷气段，进气段端部为扇形环状孔槽，布置在安装冠前缘并面向来流，喷气段端部为矩形喷气孔槽结构，并布置在安装冠下端面即密封腔上壁面。扇形环状孔槽结构均匀分布在环状安装冠圆周方向上。本发明可以在避免增加额外气路的前提下，利用带自引气-喷气孔槽结构的安装冠达到减小密封的轴向泄漏量的效果，改善密封性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装冠结构，尤其涉及一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，应用于叶轮机械转子密封。
背景技术
控制叶轮机械的轴向泄漏是增加机械效率的行之有效的方法。应用在转子密封的非接触式密封应用十分广泛。控制泄漏的传统做法增加密封长度，通过密封级数的增加控制泄漏量。随后通过改变密封齿结构与排列方式的方法较为普遍，目的是增加密封齿的节流效应以及密封腔内复杂涡旋对能量的耗散作用。
为了减小密封间隙内的轴向泄漏的不利影响，现代叶轮机械通过改变密封排列方式减小泄漏量。在转子上焊接密封齿环容易引起转子质量偏心，易导致转子振动加剧，这对于旋转机械十分危险。基于密封齿环形状的改变可以增加密封的有效长度减少密封级数，但往往会引起密封齿应力集中，减少密封齿寿命，密封齿的损坏会加大密封间隙使得泄漏量骤增甚至引起更为严重的事故。现有技术的不足，人们希望有一种既能不改变密封齿结构，不在转子上进行任何加工，同时又能降低轴向泄漏的非接触密封结构。
发明内容
本发明的目的是为了减少轴向密封间隙泄漏量，提高密封性能而提供一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠。
本发明的目的是这样实现的：安装冠上设置有自吸气-喷气孔槽结构，所述自吸气-喷气孔槽结构包括设置在安装冠前缘的扇形环状孔槽、进气段、过渡段、喷气段和设置在安装冠下壁面的矩形喷气孔槽，所述安装冠的下端均匀钎焊有密封齿环，密封齿环的齿顶端与转子之间形成密封间隙，相邻的密封齿环之间形成密封腔。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述自吸气-喷气结构有4-6个，且沿着安装冠的圆周方向均匀分布。
2.扇形环状孔槽与矩形喷气孔槽的面积的比值区间是2～5。
3.所述过渡段是圆弧形状，所述进气段沿水平方向设置、矩形喷气孔槽的喷气方向与轴向的夹角是30°～90°，密封斜齿环钎焊在安装冠上的角度是60°～90°。
4.所述过渡段是直角形状，所述进气段沿着水平直线设置，所述喷气段沿着竖直直线设置，矩形喷气孔槽的喷气方向也是沿着竖直方向，密封斜齿环钎焊在安装冠上的角度是90°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明从轴端密封间隙泄漏流动机理出发，借鉴叶顶间隙喷气结构阻止泄漏的优势，通过安装冠开扇形环状孔槽结构将安装冠前缘滞止气流引入到密封腔内，并高速喷出，形成密封腔内喷气，在密封腔内形成“气墙”，增加泄漏流体泄漏的阻力，从而达到减小泄漏量的效果。由于本发明是在安装冠上进行开槽处理，不受密封齿结构的限制，任何密封齿结构均可受用，增加了此种结构的实用性与适用性；并且，本发明无需外接气源，以安装冠前缘与安装冠下端面之间的压力差为驱动力。将气流引入到安装冠中达到引气喷气效果。避免了额外的气路设计与布局，结构简单方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的安装冠侧视方向示意图；
图3是本发明水平引气-竖直喷气式孔槽结构的示意图(没有过渡段时)；
图4是本发明的密封齿环钎焊在安装冠上位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1～4，密封-转子系统中安装冠1安装在静子上，在安装冠1上加工有贯通的自引气-喷气孔槽结构。其中整个自引气-喷气孔槽结构由平均分布在圆周方向的引气-喷气结构组成。周向分布的引气-喷气结构数量为4-6个；每个自引气-喷气孔槽结构中的扇形环状孔槽4位于自引气-喷气结构的端部，位于安装冠1的前缘；矩形喷气孔槽5位于自引气-喷气结构的端部，位于安装冠1的下壁面也正是相邻密封齿环2所形成的密封腔上端面，其中多个密封齿环2呈角度β环钎焊在安装冠上；所述的引气-喷气结构包括进气段6、过渡段7与喷气段8，进气段6的端部为扇形环状孔槽4，喷气段8的端部为矩形喷气孔槽5；进气段与喷气段均为平滑过渡的曲线。上游的高压气流从安装冠1的前缘面滞止，高压气体从扇形环状孔槽4进入引气-喷气结构，从安装冠1的下壁面的矩形喷气孔槽结构5高速喷射出；其中自引气-喷气孔孔槽结构中矩形喷气孔槽5喷气角度与轴向夹角为α。从周向看从矩形喷气孔槽结构5喷射而出的气流形成是环状气流，此环状气流会增加密封间隙11的泄漏流动的阻力(其中密封间隙11为密封齿环2齿顶距离转子3的径向高度)，进而减小泄漏。其中θ为自引气-喷气结构中的扇形环状孔槽4的扇形角度，在圆周方向均匀分布，L为矩形喷气孔槽结构5的边长。密封齿环所在的安装冠1安装在静子上，9为便于装配和拆卸的气槽，10为密封齿环钎焊位置。
本发明的技术思路是：
利用安装冠前缘与安装冠下端面之间的压力差为驱动力设计了一种带有自引气-喷气孔槽结构的迷宫密封安装冠，配合迷宫密封齿环构成轴端密封系统。利用安装冠的引气-喷气孔槽结构将气流引入到密封腔内，高速喷射而出的流体会在密封腔内形成扇形气墙，增加泄漏流体泄漏的阻力。从而达到减小泄漏量的效果。
结合图1～2，制造本发明的自引气-喷气孔槽结构密封安装冠，首先采用传统设计方法设计好密封齿环级数等密封参数，制造好密封斜齿环所在安装冠。首先，扇形环状孔槽与矩形喷气孔槽结构的面积大小是不一致的，较大的扇形环状孔槽会直接增加引气量，增加从出气孔喷射而出的流量从而提高气流的阻流效果，但是高压流体的引气量具有临界值，超过这个临界值，不但起不到减小泄漏的效果反而会增加泄漏，除此之外，安装冠上过大的扇形环状孔槽结构会影响整个安装冠的强度与刚度。减小矩形喷气孔槽结构的面积可以增加流体出口流速，进一步减小泄漏增加密封效果，但过小的出口不利于加工成型。扇形环状孔槽与矩形喷气孔槽结构的面积比值区间为2～5。接下来确定矩形喷气孔槽的开孔角度，正对着泄漏流动方向可以起到控制泄漏的最佳效果，但是出于考虑加工的限制，矩形喷气孔槽结构喷气出口与轴向夹角α为30°～90°。
图2是一种带有自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠与转子的侧视图，其中整个进气结构由平均分布在圆周方向的贯通的引气-喷气孔槽结构组成。周向上布置的引气-喷气孔槽结构的数量越多，喷气量就越多，轴向泄漏就会越小，但是在实际应用中，过多的引气-喷气结构会大大增加制造周期与成本，并且过多的开槽结构会大大影响整个安装冠的强度、刚度及寿命。应根据实际应用情况具体考虑，周向分布的引气-喷气结构数量为4-6个。
鉴于加工难度，图3是另一种引气-喷气孔槽结构的的贯通方式，其中所述的水平引气-竖直喷气式孔槽结构只包括进气段12与喷气段13，进气段的端部为扇形环状孔槽，喷气段的端部为矩形喷气孔槽结构；不同的是水平引气-竖直喷气式孔槽结构的进气段12与喷气段13均为直线，进气段12水平布置，喷气段13竖直方向布置，此时气体喷射的方向为竖直方向，其中密封齿环的安装角度β'为90°。
图4为密封斜齿环的钎焊位置10，钎焊位置周向均匀地焊接在安装冠的下壁面。
本发明一种带有自引气-喷气孔槽结构的迷宫密封安装冠，包括安装冠主体、密封齿环、扇形环状孔槽、矩形喷气孔槽结构、进气段、过渡段、喷气段。其中安装冠装卡在静子上。密封齿环是钎焊在安装冠上。密封齿环为斜齿并均匀排列，每两个密封齿环中间形成密封空腔，密封齿环齿顶与转子形成齿顶间隙。在环形安装冠中设置了自引气-喷气孔槽结构，每个自引气-喷气结构中的扇形环状孔槽，位于安装冠前缘。每个自引气-喷气结构中的矩形喷气孔槽结构，位于安装冠下壁面，正是相邻密封齿环所形成的密封空腔的上端面。
本发明还可以包括这样一些特征：
整个自引气-喷气结构由平均分布在圆周方向的引气-喷气结构组成，周向分布的数量为4-6个。
所述贯通的引气-喷气结构包括进气段与喷气段，进气段的端部为扇形环状孔槽，喷气段的端部为矩形喷气孔槽结构；进气段为直线水平布置，过渡段与喷气段为平滑过渡的曲线。
所述的引气-喷气结构包括进气段与喷气段，进气段的端部为扇形环状孔槽，喷气段的端部为矩形喷气孔槽结构；进气段与喷气段均为直线，进气段水平布置，喷气段沿径向布置。
自引气-喷气孔槽结构中的扇形环状孔槽与矩形喷气孔槽结构的面积的比值区间为2～5；矩形喷气孔槽结构与轴向夹角α为30°～90°。
密封斜齿环钎焊在安装冠上的角度β为60°～90°。
本发明公开了一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，配合密封齿环构成轴端密封结构。该自引气-喷气孔槽结构包括进气段、过渡段以及喷气段，进气段端部为扇形环状孔槽，布置在安装冠前缘并面向来流，喷气段端部为矩形喷气孔槽结构，并布置在安装冠下端面即密封腔上壁面。扇形环状孔槽结构均匀分布在环状安装冠圆周方向上。本发明可以在避免增加额外气路的前提下，利用带自引气-喷气孔槽结构的安装冠达到减小密封的轴向泄漏量的效果，改善密封性能。
一种带自引气-喷气孔槽结构的减少轴端泄漏的安装冠，包括安装冠主体、密封齿环、自引气-喷气孔槽结构，其中安装冠装卡在静子上，密封齿环是均匀地钎焊布置在安装冠上，每两个密封齿环中间形成密封空腔，密封齿环齿顶与转子形成齿顶间隙。在环形安装冠中设置了自引气-喷气孔槽结构，每个自引气-喷气结构中的进气段端部为扇形环状孔槽，布置在安装冠前缘。每个自引气-喷气结构中的喷气段端部为矩形喷气孔槽结构，布置在安装冠下壁面，同样是密封空腔的上端面。
布置在安装冠上的整个引气-喷气孔槽结构由平均分布在圆周方向上的独立的引气-喷气孔槽结构构成。
布置在安装冠上的引气-喷气孔槽结构整体包括进气段、喷气段与过渡段，进气段的端部为扇形环状孔槽，喷气段的端部为矩形喷气孔槽结构，进气段与喷气段与过渡段均为平滑过渡的曲线。
整个自引气-喷气孔槽结构安装冠，平均分布在安装冠前缘的扇形气孔槽数量为4-6个。引气-喷气孔槽结构中，进气段端部的扇形环状孔槽与矩形喷气孔槽结构的面积的比值区间为2～5；矩形喷气孔槽喷气出口与扇形环状孔槽引气入射角之间夹角α为30°～90°。
整个自引气-喷气孔槽结构安装冠，平均分布在安装冠前缘的扇形气孔槽数量为4-6个。引气-喷气孔槽结构中，进气段端部的扇形环状孔槽与矩形喷气孔槽结构的面积的比值区间为2～5；矩形喷气孔槽喷气出口与扇形环状孔槽引气入射角之间夹角α为30°～90°。
Claims (7)
1.一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，其特征在于：安装冠上设置有自吸气-喷气孔槽结构，所述自吸气-喷气孔槽结构包括设置在安装冠前缘的扇形环状孔槽、进气段、过渡段、喷气段和设置在安装冠下壁面的矩形喷气孔槽，所述安装冠的下端均匀钎焊有密封齿环，密封齿环的齿顶端与转子之间形成密封间隙，相邻的密封齿环之间形成密封腔。
2.根据权利要求1所述的一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，其特征在于：所述自吸气-喷气结构有4-6个，且沿着安装冠的圆周方向均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，其特征在于：扇形环状孔槽与矩形喷气孔槽的面积的比值区间是2～5。
4.根据权利要求1或2所述的一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，其特征在于：所述过渡段是圆弧形状，所述进气段沿水平方向设置、矩形喷气孔槽的喷气方向与轴向的夹角是30°～90°，密封斜齿环钎焊在安装冠上的角度是60°～90°。
5.根据权利要求3所述的一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，其特征在于：所述过渡段是圆弧形状，所述进气段沿水平方向设置、矩形喷气孔槽的喷气方向与轴向的夹角是30°～90°，密封斜齿环钎焊在安装冠上的角度是60°～90°。
6.根据权利要求1或2所述的一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，其特征在于：所述过渡段是直角形状，所述进气段沿着水平直线设置，所述喷气段沿着竖直直线设置，矩形喷气孔槽的喷气方向也是沿着竖直方向，密封斜齿环钎焊在安装冠上的角度是90°。
7.根据权利要求3所述的一种带自引气-喷气孔槽结构的密封安装冠，其特征在于：所述过渡段是直角形状，所述进气段沿着水平方向呈直线设置，所述喷气段沿着竖直方向呈直线设置，矩形喷气孔槽的喷气方向也是沿着竖直方向，密封斜齿环钎焊在安装冠上的角度是90°。
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