CN105370887B - 一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构及方法，在给滑动轴承加高压润滑液使转子浮起的阶段以及在转子低速转动阶段，通过唇尖贴在转子上的唇形密封圈的静密封作用来阻止润滑液的泄漏。随着转子转速升高，打开外部高压气源的进气通道并慢慢提高气压，使唇形密封圈的唇尖脱离转子表面并在转子表面形成一道环形气体墙，大部分润滑液因离心作用被甩到左、右环形回油槽内流出，小部分沿转子轴向流动的润滑液则通过浮起的唇尖的密封以及气体墙的动密封来限制其流动。这样就保证了转子在启停和转动的全速度范围内都有良好的密封。

Description

一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构及方法

技术领域

本发明属于密封领域，具体涉及一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构及方法。

背景技术

密封一般分为静密封和动密封两种类型，而每种密封类型又有多种密封方法。在转子的两静止面之间常采用静密封，如O型圈密封等，这种密封形式安全可靠、简单经济，对结构要求不高。但是对于运动表面的密封，尤其是高速条件下，静密封就很容易磨损，寿命大大降低，不能满足使用要求。动密封包括迷宫密封、离心密封、螺旋密封、磁力密封、气压密封等方式，每种密封方法的使用场合均不相同。迷宫密封、气压密封和离心密封是比较常见的密封方式，其中迷宫密封是在转子周围设置若干个依次排列的环形密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的，这种密封方式广泛应用于各种旋转机械中，密封表面间可以允许较高的转速；气压密封是在密封的一端通入一定的气体，使密封的两端保持一定的压力差，这样水或水蒸汽等被密封流体就很难进入另一端，从而达到密封的效果；离心密封则是依靠转子的高速转动将流体甩出去进而实现密封的一种方式。

但当供油或供水压力较高时，迷宫密封和离心密封不能完全阻止润滑液体沿转子轴向的泄漏，而且迷宫密封的轴向尺寸比较大，不利于转子在高速时保持较好的动态特性；如果使用气压密封，就需要使用能提供较高气压的离心机等作为气体压力源，同时对制造和安装的精度也有较高的要求，这无疑增加了高速旋转机械的使用成本，而且气压密封对于高压液体泄漏的密封效果也不理想。由于以上几种密封方式均不能在高速高压高精度的复杂工况下取得较好的密封效果，这就需要设计更可靠的方法来解决高速转子在启停和高速转动的全速度范围内的密封问题。

液体滑动轴承被广泛用作高速转子的支撑轴承，而高供油或供水压力是提高轴承转子系统稳定性的重要保证。对支撑转子的液体滑动轴承进行有效密封，是提高供油或供水压力的前提。当转子转速较高时，接触式密封由于摩擦磨损比较大的原因，使用会被限制。单纯的气动密封也不能满足轴承转子系统趋于高载荷、高转速和高精密的要求，且使用经济性也不好。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构及方法。

技术方案

一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构，其特征在于包括左气体密封盖、右气体密封盖、左缝隙式环形气压腔、右缝隙式环形气压腔、左进气孔、右进气孔、支撑轴承、左唇形密封圈和右唇形密封圈；支撑轴承位于转子的外，从支撑轴承的左侧往中间依次为左气体密封盖、左进气孔、左唇形密封圈，左进气孔与左缝隙式环形气压腔相连，从支撑轴承的右侧往中间依次为右气体密封盖、右进气孔、右唇形密封圈，右进气孔与右缝隙式环形气压腔相连。

所述的左唇形密封圈、右唇形密封圈的唇尖指向支撑轴承的中心方向。

一种用于旋转机械转子的静动复合密封方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在给滑动轴承加高压润滑液使转子浮起的阶段以及在转子低速转动阶段，唇形密封圈紧贴在转子上，从而起到静密封的作用；

步骤2：在转子转速开始升高阶段，高压气分别由进气孔流入缝隙式环形气压腔，通过环形缝隙流向唇形密封圈；

步骤3：在转子高速转动阶段，高压气将密封圈唇尖吹离转子表面，在唇形密封圈与转子之间的空隙形成的一道环形动态气体墙，轴向泄漏的润滑液依然被唇尖密封，越过唇尖密封的部分润滑液则被环形动态气体墙的动密封作用所限制。

有益效果

本发明提出的一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构及方法，具有的有益效果：

在转子启停和低速转动阶段，以滑动轴承两侧唇形密封圈的静密封作用来限制润滑液沿着转子轴向朝轴承两侧的流动，有利于进一步提高供液压力；在转子升速阶段，进气压力慢慢升高，密封圈唇尖逐渐脱离转子表面，避免了磨损；在转子高速转动阶段，部分润滑液被唇形密封圈密封，从唇形密封圈与转子表面之间空隙泄露出的润滑液则被环形气体墙的动密封作用来限制。这种静密封和动密封结合的方式使转子在起停和高速转动的全速度范围内都能有效阻止润滑液进入转子内部空间以及沿着转子轴向流出轴承，避免了定子和电机转子发生短路或腐蚀，提高了转子的使用寿命和安全性。从左、右缝隙式环形气压腔进入左、右环形回油槽的气体压力远小于完全使用气压密封时达到相同密封效果的压力，而且高压气还加快了从轴承间隙流出的润滑液的流出速度，可以使润滑液迅速带走更多的热量，从而降低转子和轴承的温升；左、右缝隙式环形气压腔可以对转子的整个环面进行均匀吹气，而且在支撑轴承两侧同时进行吹气，保证了轴承两侧密封压力相同，阻止润滑液沿转子轴向朝着轴承两侧的流动，提高了密封效果。

附图说明

图1为一种用于旋转机械转子的静动复合密封方法的结构示意图

图2为唇形密封圈在不同工作状态下的形状示意图：(a)唇形密封圈自由状态；(b)唇形密封圈安装轴上状态；(c)唇形密封圈工作状态

图3为缝隙式环形气压腔均匀进气示意图

1-左气体密封盖，2-左进气孔，3-左缝隙式环形气压腔，4-左唇形密封圈，5.左环形回油槽，6.左出水孔，7-进水孔，8-支撑轴承，9-轴承间隙，10-转子，11-右环形回油槽，12-右唇形密封圈，13-右进气孔，14-右缝隙式环形气压腔，15-右出水孔，16-右气体密封盖，17-均布高气压。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，滑动轴承两端设置有左环形回油槽5、右环形回油槽11，在左环形回油槽5、右环形回油槽11的外侧各设置一左唇形密封圈4、右唇形密封圈12，在左唇形密封圈4、右唇形密封圈12的外侧设有左缝隙式环形气压腔3、右缝隙式环形气压腔14，左缝隙式环形气压腔3、右缝隙式环形气压腔14通过进气道与外部高压气源相连。在转子启动前，左唇形密封圈4、右唇形密封圈12紧贴在转子上，阻止从轴承间隙流出的润滑液流出轴承以及流入定子与转子之间的空隙，从而起到了静密封的作用；随后将高压气经由支撑轴承上的进气孔通入左缝隙式环形气压腔3、右缝隙式环形气压腔14，由于设计时左缝隙式环形气压腔3、右缝隙式环形气压腔14的缝隙开口方向指向唇形密封圈，同时左、右缝隙式环形气压腔两端径向间隙的大小存在差别，靠近唇形密封圈的一边间隙较大，从而使得绝大部分高压气体流向唇形密封圈的一边，提高了密封效果。高压气在唇形密封圈与转子表面间形成一道动态气体密封墙，可以防止旋转后唇形密封圈与转子表面接触发生摩擦磨损。动态气体密封墙在转子转动后可以起到动密封的作用，阻止润滑液及其蒸汽进入电机定子与电机转子之间的空隙以及沿着转子轴向流出轴承。高压气经过唇形密封圈进入设置在支撑轴承两端的左环形回油槽5、右环形回油槽11，将从轴承间隙流出的润滑液迅速从出水孔吹出到支撑轴承的壳体外面。

转子10启动前先通入高压润滑液，使转子10在支撑轴承8中浮起来，以脱离与支撑轴承8的接触，高压润滑液经由支撑轴承8中的进水孔7中进入轴承间隙9，在轴承间隙9中沿着转子轴向流入左环形回油槽5和右环形回油槽11。由于转子10未转动，因此此时左唇形密封圈4和右唇形密封圈12可以紧密贴在转子10上，起到静密封的效果，阻止了从轴承间隙9流出的润滑液沿轴向流出轴承以及流入定子与转子之间的空隙。左气体密封盖1和支撑轴承8构成左缝隙式环形气压腔3，右气体密封盖16和支撑轴承8构成右缝隙式环形气压腔14。高压气经由支撑轴承8上的左进气孔2和右进气孔13，通入左缝隙式环形气压腔3和右缝隙式环形气压腔14，由于设计时环形缝隙的出口方向指向唇形密封圈，同时左缝隙式环形气压腔3和右缝隙式环形气压腔14两端径向间隙的大小存在差别，靠近唇形密封圈的一边间隙较大，使得大部分高压气流向唇形密封圈的一边，将唇形密封圈吹离转子10的表面以防止旋转后产生摩擦磨损，同时高压气在唇形密封圈的周围形成一道动态气体密封墙以达到动密封的效果。高压气经过唇形密封圈进入设置在支撑轴承8两端的左环形回油槽5和右环形回油槽11，将从轴承间隙9流出的润滑液迅速从左出水孔6和右出水孔15吹出支撑轴承8的壳体外面。

如图2所示，图(a)唇形密封圈的自由状态为轴承内没有安装转子时，唇形密封圈的自然形状；图(b)唇形密封圈的安装轴后的状态为轴承内安装转子后，唇形密封圈贴在转子上，起到静密封作用时候的形状；图(c)唇形密封圈的工作状态为轴承内的转子转动后，唇形密封圈被高压气吹起后发挥动密封作用时候的形状。

如图3所示，高压气从左、右缝隙式环形气压腔的缝隙出口吹向转子的环面，形成压力均布的气体密封墙。

具体密封方法步骤如下：

(1)在给滑动轴承加高压润滑液使转子浮起的阶段以及在转子低速转动阶段，唇形密封圈紧贴在转子上，密封圈的唇尖指向轴承方向以阻止从轴承间隙流出的润滑液沿着转子轴向流出轴承以及流入定子和转子之间的空隙，从而起到静密封的作用。

(2)在转子转速开始升高阶段，使高压气经由支撑滑动轴承上的进气通道流入左、右缝隙式环形气压腔，在左、右缝隙式环形气压腔内分别设计有一狭窄的环形缝隙，缝隙的出口方向指向唇形密封圈，同时左、右缝隙式环形气压腔两侧径向间隙的大小存在差别，靠近唇形密封圈的一侧间隙较大，从而使得绝大部分高压气体流向唇形密封圈的一边。

(3)在转子高速转动阶段，高压气将密封圈唇尖吹离转子表面，在唇形密封圈与转子之间的空隙形成的一道环形动态气体墙，唇尖与转子表面脱离接触避免了高速转动时的磨损，大部分润滑液因离心作用被甩到左、右环形回油槽内流出，在剩下的润滑液中部分轴向泄漏的润滑液依然被唇尖密封，越过唇尖密封的部分润滑液则被环形气体墙的动密封作用所限制，从而阻止了润滑液沿着转子轴向流出轴承以及流入定子与转子之间的空隙。

本发明提出了一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构和方法，具有结构简单、使用成本低、密封性能好、应用范围广、使用寿命长等特点，特别适用于高转速、高精度以及起停次数频繁的轴承转子系统中。

Claims (1)

1.一种用于旋转机械转子的静动复合密封结构的密封方法，所述的密封结构包括左气体密封盖(1)、右气体密封盖(16)、左缝隙式环形气压腔(3)、右缝隙式环形气压腔(14)、左进气孔(2)、右进气孔(13)、支撑轴承(8)、左唇形密封圈(4)和右唇形密封圈(12)；支撑轴承(8)位于转子外，从支撑轴承(8)的左侧往中间依次为左气体密封盖(1)、左进气孔(2)、左唇形密封圈(4)，左进气孔(2)与左缝隙式环形气压腔(3)相连，从支撑轴承(8)的右侧往中间依次为右气体密封盖(16)、右进气孔(13)、右唇形密封圈(12)，右进气孔(13)与右缝隙式环形气压腔(14)相连；所述的左唇形密封圈(4)、右唇形密封圈(12)的唇尖指向支撑轴承(8)的中心方向；其特征在于步骤如下：

步骤1：在给滑动轴承加高压润滑液使转子浮起的阶段以及在转子低速转动阶段，唇形密封圈紧贴在转子上，从而起到静密封的作用；

步骤2：在转子转速开始升高阶段，高压气分别由进气孔流入缝隙式环形气压腔，通过环形缝隙流向唇形密封圈；

步骤3：在转子高速转动阶段，高压气将密封圈唇尖吹离转子表面，在唇形密封圈与转子之间的空隙形成的一道环形动态气体墙，轴向泄漏的润滑液依然被唇尖密封，越过唇尖密封的部分润滑液则被环形动态气体墙的动密封作用所限制。