CN106870738A - 一种平衡盘密封减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平衡盘密封减振装置,包括设置在壳体与平衡盘之间的筒状密封体;所述筒状密封体与平衡盘通过两者之间的滚动轴承同轴设置;在所述筒状密封体与所述壳体之间设置有密闭空间;在所述密闭空间内设置有阻尼液。本发明的平衡盘密封减振装置具有结构简单、紧凑、成本低、适用性强、可控性高等优点,可以广泛应用于平衡盘减振技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种运用于离心压缩机等旋转机械的平衡盘密封装置,通过降低平衡盘振动,从而增强平衡盘密封装置的密封效果。属于振动控制技术领域。
背景技术
平衡盘是离心压缩机、多级泵等旋转机械平衡轴向力的重要元件。而平衡盘密封部件的密封性能和使用寿命直接影响着压缩机等叶轮机械的运行效率和可靠度。以离心压缩机为例,若平衡盘密封的泄漏量大或密封失效,一方面意味着平衡盘的轴向平衡能力失效,轴向载荷增大,严重影响止推轴承的使用寿命;另一方面,从平衡盘密封部件泄漏的高温高压气体又回到压缩机入口,降低了压缩机的运行效率。
目前,平衡盘的密封形式主要以非接触环形密封为主,以迷宫密封的应用最为广泛。但非接触环形密封存在的间隙流体激振是离心压缩机等叶轮机械密封普遍存在且不易解决的问题。并且,随着叶轮机械向着高效、稳定、大功率方向发展,密封间隙流体激振的危害日益突出。
密封间隙流体激振的来源是密封腔内的流体激振力,该激振力的产生归因于腔内高速高压流体的螺旋形流动和密封间隙的周向不均匀状态。流体进入密封间隙时,轴向速度很大,且具有很高的入口预旋速度和由旋转轴带动而产生的周向速度,故以螺旋形式向外流动。另外,轴系因制造、安装、偏磨或不平衡涡动运动等因素而偏心,导致密封腔的周向间隙不均匀。这些共同的因素导致密封流体激振力的产生,使转子剧烈涡动,当激振力超过一定值时,转子就会产生强烈振动。对于平衡盘密封而言,泄漏量会增大,且严重的振动可能导致密封的磨损,造成失效。
目前,抑制密封间隙流体激振的方法主要是减小密封腔的周向流动速度。主要分为主动控制和被动控制。主动控制主要有反旋流法(anti-swirl),即引入一股高压介质,以与转子转向相反的方向注入到密封腔中,抵消密封腔气流的周向运动。但这种方法增加了有效介质的损失和动力能源的浪费,而且结构复杂,设计难度大。被动控制主要有阻尼密封技术(Damper seal)和阻旋栅(swirl brakes)。阻尼密封是采用粗糙静子面来消耗流体周向流动能量,从而降低轴向流动速度。具体的包括蜂窝密封、孔型密封、袋型密封、锯齿密封、三角形密封、菱窝密封和刷式密封等。其中蜂窝密封和孔型密封的理论相对成熟,在实际中有很大的运用与发展,其余几种阻尼密封在制造方面和使用性能等方面都有待进一步研究。阻旋栅是一种在密封入口沿周向布置的栅板,其结构简单,可以改变密封入口流体方向,有效降低入口预旋,减小密封流体激振力。阻旋栅多用于高压离心压缩机和航空发动机级间密封和口环密封。孙丹等在《阻旋栅对密封静力与动力特性影响的数值分析与实验研究》中实验研究了无或有阻旋栅共5种密封动力特性,结果表明阻旋栅可有效降低密封的交叉刚度,增加密封的主阻尼,提高密封的稳定性(航空学报,2015,36(9):3002-3011.)。美国DRESSER-RAND公司的Memmott E A在《Stability of High Pressure CentrifugalCompressor Through Application of Shunt Holes and a Honeycomb Labyrinth》中实验研究了高压离心压缩机平衡盘密封开分流孔(Shunt Holes),即从隔板上游引入一股高压气体到平衡盘蜂窝梳齿密封,来减小密封腔周向速度,并且在密封入口设置有阻旋栅,实验结果表明,带有分流孔的蜂窝密封明显优于梳齿密封,使转子系统更稳定(CMVA,13thMachinery Dynamics Seminar,Toronto,Canada,1994,pp.211-233.)。该技术把被动控制(蜂窝密封和阻旋栅)与主动控制(分流孔引流)结合,具有很好的运用前景,但其分流孔引流压力和流量控制实现难度大,成本高。
综上所述,在现有的平衡盘密封减振技术领域,被动减振依然普遍存在偏心问题,无法从根源上消除间隙流体激振;而主动减振的反旋流法,除偏心问题外,还存在喷入流量不可控、方向不可控以及无法应对突发激振等许多不足之处。
发明内容
为了降低平衡盘振动,提高平衡盘密封装置的密封效果,解决现有技术中存在的问题和不足,本发明提供了一种平衡盘密封减振装置。
本发明的技术方案如下。
一种平衡盘密封减振装置,包括设置在壳体与平衡盘之间的筒状密封体;所述筒状密封体与平衡盘通过两者之间的滚动轴承同轴设置;在所述筒状密封体与所述壳体之间设置有密闭空间;在所述密闭空间内设置有阻尼液。
所述阻尼液括磁流变液;还包括设置在所述壳体上的控制线圈。
所述平衡盘密封减振装置还包括控制模块,所述控制线圈与所述控制模块连接。
所述平衡盘密封减振装置还包括测量所述平衡盘转速的测速模块;所述测速模块与所述控制模块连接。
所述平衡盘密封减振装置:还包括测量所述壳体振动参数的第一振动数据采集模块;所述第一振动数据采集模块与所述控制模块连接。
所述平衡盘密封减振装置还包括测量所述平衡盘振动参数的第二振动数据采集模块;所述第二振动数据采集模块与所述控制模块连接。
在所述筒状密封体内壁上设置沿所述筒状密封体横截面径向延伸的第一片状体;在所述筒状密封体外壁上设置有沿所述筒状密封体横截面径向延伸的第二片状体;所述第一片状体与所述平衡盘外表面形成迷宫密封结构。
在所述壳体内壁上设置有沿所述筒状密封体横截面径向延伸的第三片状体;所述第三片状体与所述第二片状体形成相互交叉排列的迷宫结构。
所述密闭空间由所述密封体、所述壳体,及固定于所述密封体和所述壳体两端的密封件围合而成。所述密封件包括柔性密封件。
本发明的技术效果:
本发明的平衡盘密封减振装置,将筒状密封体与平衡盘通过两者之间的滚动轴承同轴设置,这一设置方式,大大降低了筒状密封体与平衡盘之间的偏心量,因此,密封间隙可以设计得很小,增强密封性能。如果筒状密封体与平衡盘之间的偏心量过大,容易使得密封间隙周向压力分布不均,产生较大的不稳定的横向激振力,发生流体激振。这样一来,本发明就从结构上降低了这一产生振动因素的危害。
另外,在筒状密封体与控制线圈之间设置的密闭空间中设置有阻尼液,振动发生时,阻尼液能够消耗密封激振振动能量以及其他不稳定能量,从而抑制平衡盘的振动。
上述两种技术手段的结合,能够大大降低平衡盘的振动,提升平衡盘密封性能,同时,结构简单、紧凑,实现了本发明的目的。
附图说明
图1为本发明平衡盘密封减振装置一个实施例的装配示意图。
图2为图1中平衡盘密封减振装置部分的放大图。
图3为图2所示平衡盘密封减振装置端部的放大图。
图4为图1所示实施例的工作流程图。
图中标识说明如下:
11、转轴;12、平衡盘;13、筒状密封体;14壳体;
21、滚动轴承;22、控制线圈;23、第二片状体;24、第三片状体;25、第一片状体;
261、第二振动数据采集模块;262、测速模块;263、信号调理模块;264、数据采集卡;265、控制模块;266、模拟输出模块;267、电流调节器;268、第一振动数据采集模块;
31、壳体端盖;32、压环;33、柔性密封件;34、磁流变液;35、压环。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
图1至图4显示了本发明的一个实施例。
图1显示了本发明平衡盘密封减振装置装配到位后的整体结构。平衡盘12设置于壳体14内的转轴11上,随转轴11的转动而转动。平衡盘密封减振装置包括设置在壳体14与平衡盘12之间的筒状密封体13。筒状密封体13为以平衡盘12的转轴为轴线并环绕平衡盘12设置的筒状结构,沿筒状密封体13横截面的径向延伸设置的第一片状体25起到密封平衡盘12与筒状密封体13之间的空隙的作用。当然,还可以利用其它密封技术手段对平衡盘12与筒状密封体13之间的空隙进行密封。
图2以局部放大的方式进一步显示了平衡盘密封减振装置的详细结构。筒状密封体13通过在端部的两个滚动轴承21设置在平衡盘12上。通过滚动轴承将筒状密封体13安装于平衡盘12上,轴承的支撑作用使得筒状密封体13与平衡盘12之间的偏心量很小,因此,筒状密封体13与平衡盘12之间的密封间隙可以设置得非常小,在增强了密封性能的同时,所述密封间隙的周向不均匀性得到消除,也就从源头上消除了产生流体激振的因素。
进一步的,筒状密封体13与壳体14之间的密闭空间内设置阻尼液。阻尼液能够消耗所述密封间隙内产生流体激振的能量,进一步抑制了流体激振或其他因素引起的平衡盘振动。
在本实施例中,阻尼液采用了磁流变液34(见图3)。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性;而在强磁场作用下,则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系。在壳体14上设置有控制线圈22,在通电情况下,控制线圈22产生磁场作用于磁流变液34,使之产生阻尼力。由于磁流变液34本身的特性,通过对控制线圈22输入不同数值的电流,作用于磁流变液34的磁场强度也发生变化,可以调节磁流变液34的剪切屈服应力和粘度等参数,从而提供可控的阻尼力,消耗不同转速、振幅和频率下的整个密封系统的振动能量。
在筒状密封体13的内壁(朝向平衡盘12的一侧)上设置沿筒状密封体13的横截面的径向延伸的第一片状体25。第一片状体25与平衡盘12的外表面形成迷宫密封结构。这一密封结构密封了筒状密封体13与平衡盘12之间的间隙。
在筒状密封体13的外壁(朝向壳体14的一侧)上设置有沿筒状密封体13的横截面的径向延伸的第二片状体23。在壳体14的内壁(朝向筒状密封体13的一侧)上设置有沿筒状密封体13的横截面的径向延伸的第三片状体24。第三片状体24与第二片状体23形成片状体相互交叉排列的迷宫结构。这一迷宫结构空隙中设置有磁流变液34,在平衡盘12产生振动时,筒状密封体13带动第二片状体23和第三片状体24之间产生剪切运动,使得磁流变液34产生的阻尼力发挥抑振作用,从而抑制来自平衡盘12的振动。从图3中可以看到筒状密封体13的端部的结构。在筒状密封体13的端部,壳体14与筒状密封体13之间设置有柔性密封件33。柔性密封件33呈环状,环状的外侧通过螺钉和压环32固定在壳体端盖31上;柔性密封件33的内侧通过螺钉和压环35固定在筒状密封体13的端部。柔性密封件33、壳体14内部的控制线圈22和筒状密封体13围合而成容纳磁流变液34的密闭空间。柔性密封件33具有弹性,能够适应筒状密封体13和壳体14之间不可避免的相对运动,保证对所述密闭空间的密封效果。
如前所述,控制线圈22产生不同强度的磁场,从而使得磁流变液34产生可控的阻尼力。图2中显示了控制系统的组成。控制系统包括控制模块265、测速模块262、第一振动数据采集模块268和第二振动数据采集模块261。图2中还包括其他处理模块,以实现对磁流变液34的控制。具体描述如下。
测速模块262、第一振动数据采集模块268和第二振动数据采集模块261均连接于信号调理模块263。信号调理模块263与数据采集卡264连接。数据采集卡264与控制模块265连接。控制模块265与模拟输出模块266连接。模拟输出模块266与电流调节器267连接。电流调节器267与控制线圈22连接。
以下结合图4对上述控制系统的工作流程进行详细说明。
第一振动数据采集模块268将测定的壳体14的振动参数信号传输给信号调理模块263。第二振动数据采集模块261将测定的平衡盘12的振动参数信号传输给信号调理模块263。测速模块262将测定的平衡盘12的转速参数信号传输给信号调理模块263。
信号调理模块263对接收到的参数信号进行整流、滤波、放大后传输给数据采集卡264。
数据采集卡264进行模数转换后,将获得的可识别信号传输给控制模块265。
控制模块265根据转速、振幅与频谱等参数,计算获得所需阻尼力的数据。然后输出控制信号给模拟输出模块266。
模拟输出模块266将接收到的控制信号经数模转换成模拟信号,传递给电流调节器267。
电流调节器267根据接收到的控制信号输出相应的电流到控制线圈22,使得控制线圈22产生相应强度的磁场作用于磁流变液34,控制磁流变液34的剪切屈服应力和粘度等参数发生变化,从而产生可控的阻尼力。
综上所述,本发明的平衡盘密封减振装置具有结构简单、紧凑、成本低、适用性强、可控性高等优点,可以广泛应用于工业实际。
值得注意的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非因此限定本发明的专利保护范围,本发明还可以采用等同技术进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效变化,或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种平衡盘密封减振装置,包括设置在壳体与平衡盘之间的筒状密封体;其特征在于:所述筒状密封体与平衡盘通过两者之间的滚动轴承同轴设置;在所述筒状密封体与所述壳体之间设置有密闭空间;在所述密闭空间内设置有阻尼液。
2.根据权利要求1所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:所述阻尼液包括磁流变液;还包括设置在所述壳体上的控制线圈。
3.根据权利要求2所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:还包括控制模块,所述控制线圈与所述控制模块连接。
4.根据权利要求3所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:还包括测量所述平衡盘转速的测速模块;所述测速模块与所述控制模块连接。
5.根据权利要求3所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:还包括测量所述壳体振动参数的第一振动数据采集模块;所述第一振动数据采集模块与所述控制模块连接。
6.根据权利要求3所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:还包括测量所述平衡盘振动参数的第二振动数据采集模块;所述第二振动数据采集模块与所述控制模块连接。
7.根据权利要求1所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:在所述筒状密封体内壁上设置沿所述筒状密封体横截面径向延伸的第一片状体;在所述筒状密封体外壁上设置有沿所述筒状密封体横截面径向延伸的第二片状体;所述第一片状体与所述平衡盘外表面形成迷宫密封结构。
8.根据权利要求7所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:在所述壳体内壁上设置有沿所述筒状密封体横截面径向延伸的第三片状体;所述第三片状体与所述第二片状体形成交叉排列的迷宫结构。
9.根据权利要求1所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:所述密闭空间由所述密封体、所述壳体,及固定于所述密封体和所述壳体两端的密封件围合而成。
10.根据权利要求9所述平衡盘密封减振装置,其特征在于:所述密封件包括柔性密封件。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170620 |
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