CN107060900B - 蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封 - Google Patents

Abstract

本发明一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，包括：轴套组件和蜂窝密封体组件，及所述蜂窝密封体组件两端设置的驱动端刷式密封组件和叶轮端刷式密封组件，使原有密封长度增加近一倍，有效增强了密封效果，所述轴套组件、蜂窝密封体组件、驱动端刷式密封组件和叶轮端刷式密封组件均为剖分式结构。各组件均采用剖分式结构，适用范围更广；轴套采用剖分式，通过轴套外圆和端面两处把合，增加了轴套的强度，防止了轴套高速旋转时因把合力不够而分开，且轴套中间和驱动端均设有凸台，通过其中段凸台上设置的螺旋槽及密封齿，及在叶轮背部设置凹槽与叶轮端刷式密封组件相配合，使原有密封长度增加近一倍，密封效果大大增强，结构新颖，实用性强。

Description

蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封

技术领域：

本发明涉及密封技术领域，具体涉及一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封。

背景技术：

目前，在燃气轮机、汽轮机、压缩机和涡轮泵等叶轮机械设备中，最常见的密封是梳齿密封，然而梳齿密封间隙流体激振是燃气轮机、汽轮机、离心压缩机等叶轮机械普遍存在而不易解决的问题。特别是随着叶轮机械向着高效、稳定、大功率方向的发展，传统梳齿密封间隙流体激振的危害日益突出。降低密封间隙的泄漏量，抑制密封间隙的流体激振，确保机组运行的稳定性，已成为现代叶轮机械发展的关键技术之一。

在工程实践中，蜂窝密封可有效降低激振，但当被密封的气体含尘量很高时，蜂窝会很快被填满从而失去密封效果。且常见的蜂窝密封轴套是直通型，致使在密封时，有部分密封气体不是进入蜂窝孔膨胀减压而是沿着光滑的轴套外圆直接溢出，影响了密封效果。

另外一方面，设备轴端的密封漏汽量大也是许多压缩机和汽轮机存在的问题，采用的梳齿式汽封的密封效果不理想，一般是由过量间隙造成的，且因过量间隙造成的损失能占到汽轮机总能量损失的50％。实际上，传统的梳齿密封在安装时具有较小间隙，但在过临界转速等工况下，密封齿很容易被磨损或倒伏，使得密封间隙在短时间内迅速扩大，致使轴端泄漏严重，润滑油中大量含水，影响密封效果。

且有些设备受结构所限不能取下叶轮更换密封，因而无法安装轴套，将梳齿密封直接与设备主轴配合时，容易造成设备主轴损坏，设备维修困难，给工厂的作业带来极大的不便。

因此，需要提出一种更适用的蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，以克服上述缺陷。

发明内容：

本发明的目的是提供一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，能在消除激振的同时将设备的泄漏量减到最低，还可防止大量粉尘进入，延长密封使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，包括：轴套组件和蜂窝密封体组件，所述轴套组件套装在主轴上，所述轴套组件包括轴套，所述轴套为剖分式结构，所述轴套中段设置有第一凸台，所述第一凸台上开设螺钉安装孔，螺钉插设在所述螺钉安装孔中，将轴套连接为一个整体，所述轴套靠近轴台的一端设置有第二凸台，且所述第二凸台靠近轴台一端开设有第一凹槽，半开环嵌装在所述第一凹槽中；

所述蜂窝密封体组件为剖分式结构，其包括上密封体和下密封体，上、下密封体的内孔壁上开设有蜂窝孔，所述上、下密封体上对应开设螺钉安装孔，螺钉插设在所述螺钉安装孔中，将上、下密封体连接为一个整体，且上、下密封体围设于轴套外圆，在上、下密封体上周向开设有密封体进气孔，所述上、下密封体两端部开设有第二凹槽，驱动端刷式密封组件安装在靠近驱动机侧的第二凹槽中，叶轮端刷式密封组件安装在靠近叶轮侧的第二凹槽中，所述下密封体上还设置有定位凸台，用以辅助下密封体在设备中定位，所述上、下密封体两端还开设有弹簧安装孔，弹簧安装孔与第二凹槽连通，弹簧安装在所述弹簧安装孔内；

所述驱动端刷式密封组件为剖分式结构，其包括驱动端密封体，驱动端密封体远离第二凸台的一端设置有第三凸台，其另一端嵌装有刷式密封环，所述刷式密封环的端部与第二凸台的一侧相接触，所述弹簧的一端顶抵于所述第三凸台；

所述叶轮端刷式密封组件为剖分式结构，其包括叶轮端密封体，在叶轮端密封体上设置有隔离气孔，所述隔离气孔与所述密封体进气孔连通，所述叶轮端密封体靠近第二凸台的一端设置有第四凸台，当叶轮背部为平面时，叶轮端密封体的另一端面设置有低齿，部分相邻低齿之间或者叶轮端密封体远离所述轴套一端的端部设置有刷式密封环，当叶轮背部设置有第四凹槽时，叶轮端密封体的另一端面上间隔设置有高齿和低齿，部分低齿和/或高齿之间设置有刷式密封环或者叶轮端密封体远离所述轴套一端的端部设置有刷式密封环，所述高齿插设在所述第四凹槽中，且在所述隔离气孔远离所述轴套的一侧至少设置有一个高齿，所述弹簧的一端顶抵于所述第四凸台。

所述叶轮端密封体上的刷式密封环的高度与所述低齿或高齿的高度一致，当所述刷式密封环的高度与所述高齿的高度一致时，所述刷式密封环与高齿均插设在所述第四凹槽中。

所述驱动端密封体端部嵌装的部分相邻刷式密封环之间设置有低齿。

所述上、下密封体上开设第三凹槽，所述第三凹槽与所述第一凸台相配合。

所述隔离气孔出气口设置在叶轮端密封体上靠近轴套的一端，且所述隔离气孔在叶轮端密封体靠近轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量小于其远离轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量。

所述隔离气孔的出气口是设置在两个所述低齿之间。

所述隔离气孔的出气口设置于所述高齿和低齿之间，且与所述出气口相邻的高齿位于所述出气口远离轴套的一侧。

所述半开环为剖分式结构，通过螺钉把合在轴套的端面，且安装时所述半开环的剖分面相对所述轴套的剖分面旋转90°角。

所述第二凹槽为H型，第三凸台和第四凸台分别嵌装于所述第二凹槽中，用以对所述驱动端密封体和叶轮端刷式密封体进行限位。

所述下密封体上设置的密封体进气孔个数大于上密封体上设置的密封体进气孔个数。

所述弹簧为圆柱形或者蝶形。

所述第一凸台外圆设置有螺旋槽，第一凸台的两侧还设置有密封齿。

所述轴套与上、下密封体内孔相配合的外圆上设置有密封齿，所述密封齿嵌入上、下密封体上开设的蜂窝孔中。

所述刷式密封环包括前面板、后面板及夹装于前面板和后面板之间的刷毛，所述刷毛由紧密排列的细金属丝组成，所述细金属丝材质为钴基，且其直径为0.8-1.0mm。

本发明蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封的有益效果：本装置各组件均采用剖分式结构，适用于水平剖分式燃气轮机、汽轮机、压缩机和涡轮泵等叶轮机械，尤其适用于因叶轮无法拆卸，安装普通密封困难的机械，适用范围更广；轴套采用剖分式，通过轴套外圆和端面两处把合，增加了轴套的强度，防止了轴套高速旋转时因把合力不够而分开，且轴套中间和驱动端均设有凸台，通过其中段凸台上设置的螺旋槽及密封齿，及在叶轮背部设置凹槽与叶轮端刷式密封组件相配合，使原有密封长度增加近一倍，密封效果大大增强；隔离气孔由常见的中部直通主轴改为侧向通入刷式密封，延长了隔离气与密封外侧的距离，防止因密封外侧距离过短，密封外侧阻力不够造成隔离气反向流出，且将隔离气孔的出口设置于叶轮端密封体端面，可近距离吹扫刷式密封环的刷丝，减少介质内灰尘杂质在刷丝上的附着量，延长刷式密封环的使用寿命，更加经济实用；轴套外圆设置的密封齿嵌入蜂窝孔，解决了直通型轴套泄露量大的问题；通过在蜂窝密封两侧设置刷式密封，有效的将介质中的杂质阻隔在外，可防止过多杂质进入蜂窝密封从而堵塞蜂窝孔，造成密封失效，结构新颖，实用性强。

附图说明：

图1为实施例一的蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封的旋转剖视图；

图2为图1的使用状态图；

图3为图1中A-A面的剖视图；

图4为轴套组件的右视图；

图5为轴套组件的剖视图；

图6为图5中C-C面的剖视图；

图7为图2中叶轮端刷式密封组件的结构示意图；

图8为图7中B-B面的剖视图；

图9为驱动端刷式密封组件的结构示意图；

图10为实施例二中蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封的旋转剖视图；

图11为图10的使用状态图；

图12为图10中叶轮端刷式密封组件的结构示意图；

图13为图12中D-D面的剖视图；

图中：1-轴套组件，2-蜂窝密封体组件，3-驱动端刷式密封组件，4-叶轮端刷式密封组件，5-叶轮，6-轴台，7-轴套，8-第一凸台，9-螺钉安装孔，10-螺钉，11-螺旋槽，12-密封齿，13-第二凸台，14-第一凹槽，15-半开环，16-上密封体，17-下密封体，18-密封体进气孔，19-第二凹槽，20-定位凸台，21-第三凹槽，22-驱动端密封体，23-第三凸台，24-刷式密封环，25-刷毛，26-弹簧安装孔，27-弹簧，28-叶轮端密封体，29-第四凸台，30-低齿，31-第四凹槽，32-高齿，33-隔离气孔。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2、图10和图11所示，一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，包括：轴套组件1和蜂窝密封体组件2，及所述蜂窝密封体组件2两端设置的驱动端刷式密封组件3和叶轮端刷式密封组件4，使原有密封长度增加近一倍，有效增强了密封效果，所述轴套组件1、蜂窝密封体组件2、驱动端刷式密封组件3和叶轮端刷式密封组件4均为剖分式结构。

如图4～图6所示，所述轴套组件1套装在主轴上，由其两端的叶轮5和轴台6对轴套组件1进行限位，所述轴套组件1包括轴套7，所述轴套7为剖分式结构，所述轴套7中段设置有第一凸台8，所述第一凸台8上开设螺钉安装孔9，螺钉10插设在所述螺钉安装孔9中，将轴套7连接为一个整体，所述第一凸台8外圆设置有螺旋槽11，当主轴转动时，螺旋槽11对于充满在密封间隙内的流体产生泵送压力，与被密封的介质压力相平衡，从而阻止漏泄，在第一凸台8的侧壁上还设置有密封齿12，延长了密封的总长度，所述轴套7靠近轴台6的一端设置有第二凸台13，且第二凸台13靠近轴台6一端开设有第一凹槽14，半开环15嵌装在所述第一凹槽14中，所述半开环15为剖分式结构，且安装时所述半开环15的剖分面相对所述轴套7的剖分面旋转90°角，所述半开环15通过螺钉10把合在轴套7的端面，与被螺钉10锁紧为一体的第一凸台8共同作用，用以保证两瓣轴套扣合的强度，使得轴套7不会因设备旋转产生的力而分开，影响设备的使用。

如图3所示，所述蜂窝密封体组件2包括上密封体16和下密封体17，上、下密封体的内孔壁开设有蜂窝孔，所述上、下密封体上对应开设螺钉安装孔9，螺钉10插设在所述螺钉安装孔9中，将上、下密封体连接为一个整体，且上、下密封体围设于轴套7外圆，在上、下密封体上周向开设有密封体进气孔18，且所述下密封体17上设置的密封体进气孔18个数大于上密封体16上设置的密封体进气孔18个数，如图1、图2、图10和图11所示，所述上、下密封体两端部开设有第二凹槽19，在实际作业过程中，是在上、下密封体的端部通过铣刀铣出T型槽，且在T型槽与端面相接的地方设置豁口，使得整个第二凹槽19呈H型，驱动端刷式密封组件3安装在靠近轴台6侧的第二凹槽19中，叶轮端刷式密封组件4安装在靠近叶轮5侧的第二凹槽19中，所述下密封体17上还设置有定位凸台20，所述定位凸台20和设备中的定位槽相配合，以辅助下密封体17在设备中的定位，在所述上、下密封体两端还开设有弹簧安装孔26，所述弹簧安装孔26与第二凹槽29连通，弹簧27安装在所述弹簧安装孔26中，弹簧27的一端分别顶抵于所述叶轮端刷式密封组件4及驱动端刷式密封组件3，在所述上、下密封体上开设第三凹槽21，所述第三凹槽21与所述第一凸台8相配合。

如图2和图5所示，所述轴套7与上、下密封体相配合的外圆上也设置有密封齿12，所述密封齿12嵌入上、下密封体上开设的蜂窝孔中，避免了直通型轴套造成的泄露过大。

如图2、图9和图10所示，所述驱动端刷式密封组件3包括驱动端密封体22，驱动端密封体22一端嵌装有刷式密封环24，还可以在部分相邻刷式密封环24之间设置有低齿30，采用低齿30和刷式密封环24混合的结构，或者仅在驱动端密封体远离所述轴套一端的端部设置若干个刷式密封环24，远离刷毛25的一端设置有第三凸台23，第三凸台23嵌装于所述第二凹槽19中，用以对所述驱动端密封体22进行限位，刷式密封环24的刷毛25与第二凸台13的一侧相接触，以阻挡介质中的灰尘及颗粒进入蜂窝孔；弹簧27的一端顶抵于第三凸台23，用以保证刷式密封环24和第二凸台13侧面的间隙。

如图2、图8和图10所示，所述叶轮端刷式密封组件4包括叶轮端密封体28，在叶轮端密封体28上设置有隔离气孔33，隔离气孔33与所述密封体进气孔18连通，使得隔离气由侧向通入，延长了隔离气与密封外侧的距离，进而避免隔离气因距离密封外侧太近，密封外侧阻力不足，导致隔离气因密封外侧阻力小于密封内侧介质压力而流向密封外侧，无法阻挡密封内侧介质外漏，所述叶轮端密封体28一端设置有第四凸台29，第四凸台29嵌装于所述第二凹槽19中，用以对所述叶轮端刷式密封体28进行限位，所述隔离气孔33的出气口设置在所述叶轮端密封体28上靠近轴套的一端，隔离气孔33的进气口设置在叶轮端密封体28的第四凸台29侧，所述弹簧27的一端顶抵于第四凸台29，用以保证刷式密封环24与叶轮5之间的间隙；

在一种实施例中，当如图2所示，叶轮背部设置有第四凹槽31时，如图7和图8所示，叶轮端密封体28另一端的端面上间隔设置有高齿32和低齿30，部分低齿30和/或高齿32之间设置有刷式密封环24，采用高、低齿和刷式密封环24混合的结构，或者仅在叶轮端密封体28远离所述轴套7一端的端部设置有若干个刷式密封环24，其他部位均是高、低齿，所述高齿32插设在所述第四凹槽31中，所述刷式密封环24的高度与所述低齿30或高齿32的高度一致，且当所述刷式密封环24的高度与所述高齿32的高度一致时，所述刷式密封环24的刷毛25与高齿32均插设在所述第四凹槽31中，且在所述隔离气孔33远离所述轴套7的一侧至少设置有一个高齿32；且所述隔离气孔33在叶轮端密封体28靠近轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量小于其远离轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量，且具体地说，隔离气孔33的出气口是设置在低齿30和高齿32之间，因此，从密封体进气孔进入的隔离气通过隔离气孔33引导至低齿30和高齿32中间，并且，与所述出气口相邻的高齿32位于所述出气口远离轴套7的一侧。

在另一实施例中，如图10和图11所示，叶轮5背部为平面时，如图12和图13所示，叶轮端密封体28与叶轮5背部相对应的端面则设置为低齿30，在部分相邻低齿30之间或者叶轮端密封体28远离所述轴套7一端的端部设置有若干个刷式密封环24，采用低齿30和刷式密封环24混合的结构，刷式密封环24的高度和低齿30的高度一致，且所述隔离气孔33在叶轮端密封体28靠近轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量小于其远离轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量，具体地说，隔离气孔33的出气口是设置在两个所述低齿30之间，因此，从密封体进气孔进入的隔离气通过隔离气孔33引导至两个相邻的低齿中间。

作为实施例的进一步优化，所述隔离气孔33可倾斜设置，隔离气孔的出气口位于进气口的斜上方，避免刷毛25紧挨着隔离气孔33出口，是因为刷毛25强度没有高齿或低齿高，长时间进行吹扫时，会使刷毛25容易损坏，而且在高速流动的气体直接冲刷下刷毛会产生很大弯曲，从而密封间隙变大，增强了密封的强度，且高齿32和刷式密封环24的刷毛25均与所述第四凹槽31配合，起到阻漏的作用，既可以隔离介质，阻止介质进入密封，又可以吹走沉积在刷式密封环24的刷毛25上的粉尘，防止刷毛25过快被粉尘糊死，延长密封的使用寿命。

所述弹簧26为圆柱形或者蝶形。

所述刷式密封环24包括前面板、后面板及夹装于前面板和后面板之间的刷毛，所述刷毛由紧密排列的细金属丝组成，所述细金属丝材质为钴基，且其直径为0.8-1.0mm，细金属丝之间紧密相压，如此致密的细金属丝阻断了工质的泄露，每根金属丝就是一端为支点的梁,有极好的弹性，它们和转子相碰磨时，刷子可以弹性退让，不易被磨掉，保证了设备在小间隙甚至零间隙下的安全运行，而传统刚性汽封齿只要和转子碰擦就会很快磨掉。即便设备过临界转速和变工况时，金属丝会跟随相配合工件退让，但自己不会磨损，待设备稳定后，又恢复良好的密封性能。且刷式密封环24的泄漏主要是发生在密集排列的细金属丝之间形成的微小缝隙中，这些缝隙形成的曲折路径确保了流体在其中的不均匀性，使流体产生自密封效应，从而有效减少了泄露。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：包括：轴套组件和蜂窝密封体组件，所述轴套组件套装在主轴上，所述轴套组件包括轴套，所述轴套为剖分式结构，所述轴套中段设置有第一凸台，所述第一凸台上开设螺钉安装孔，螺钉插设在所述螺钉安装孔中，将轴套连接为一个整体，所述轴套靠近轴台的一端设置有第二凸台，且所述第二凸台靠近轴台一端开设有第一凹槽，半开环嵌装在所述第一凹槽中；

所述蜂窝密封体组件为剖分式结构，其包括上密封体和下密封体，上、下密封体的内孔壁上开设有蜂窝孔，所述上、下密封体上对应开设螺钉安装孔，螺钉插设在所述螺钉安装孔中，将上、下密封体连接为一个整体，且上、下密封体围设于轴套外圆，在上、下密封体上周向开设有密封体进气孔，所述上、下密封体两端部开设有第二凹槽，驱动端刷式密封组件安装在靠近驱动机侧的第二凹槽中，叶轮端刷式密封组件安装在靠近叶轮侧的第二凹槽中，所述下密封体上还设置有定位凸台，用以辅助下密封体在设备中定位，所述上、下密封体两端还开设有弹簧安装孔，弹簧安装孔与第二凹槽连通，弹簧安装在所述弹簧安装孔内；

所述驱动端刷式密封组件为剖分式结构，其包括驱动端密封体，驱动端密封体远离第二凸台的一端设置有第三凸台，其另一端嵌装有刷式密封环，所述刷式密封环的端部与第二凸台的一侧相接触，所述弹簧的一端顶抵于所述第三凸台；

所述叶轮端刷式密封组件为剖分式结构，其包括叶轮端密封体，在叶轮端密封体上设置有隔离气孔，所述隔离气孔与所述密封体进气孔连通，所述叶轮端密封体靠近第二凸台的一端设置有第四凸台，当叶轮背部为平面时，叶轮端密封体的另一端面设置有低齿，部分相邻低齿之间或者叶轮端密封体远离所述轴套一端的端部设置有刷式密封环，当叶轮背部设置有第四凹槽时，叶轮端密封体的另一端面上间隔设置有高齿和低齿，部分低齿和/或高齿之间设置有刷式密封环或者叶轮端密封体远离所述轴套一端的端部设置有刷式密封环，所述高齿插设在所述第四凹槽中，且在所述隔离气孔远离所述轴套的一侧至少设置有一个高齿，所述弹簧的一端顶抵于所述第四凸台。

2.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述叶轮端密封体上的刷式密封环的高度与所述低齿或高齿的高度一致，当所述刷式密封环的高度与所述高齿的高度一致时，所述刷式密封环与高齿均插设在所述第四凹槽中。

3.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述驱动端密封体端部嵌装的部分相邻刷式密封环之间设置有低齿。

4.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述隔离气孔出气口设置在叶轮端密封体上靠近轴套的一端，且所述隔离气孔在叶轮端密封体靠近轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量小于其远离轴套一侧设置的低齿和刷式密封环的数量。

5.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述隔离气孔的出气口是设置在两个所述低齿之间。

6.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述隔离气孔的出气口设置于所述高齿和低齿之间，且与所述出气口相邻的高齿位于所述出气口远离轴套的一侧。

7.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述半开环为剖分式结构，通过螺钉把合在轴套的端面，且所述半开环的剖分面相对所述轴套的剖分面旋转90°角。

8.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述第二凹槽为H型，第三凸台和第四凸台分别嵌装于所述第二凹槽中，用以对所述驱动端密封体和叶轮端刷式密封体进行限位。

9.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述第一凸台外圆设置有螺旋槽，第一凸台的两侧还设置有密封齿。

10.根据权利要求1所述的一种蜂窝螺旋径向刷式梳齿剖分密封，其特征在于：所述第一凸台外圆设置有螺旋槽，第一凸台的两侧还设置有密封齿；所述轴套与上、下密封体相配合的外壁上设置有密封齿，所述密封齿嵌入上、下密封体中。

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