CN108533757A - 一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构：密封腔室转子壁面布置T型凸台或L型凸台，并且在密封腔室静子壁面布置静子壁面涡流小齿、迷宫齿上布置迷宫涡流小齿以及T型凸台或L型凸台上布置凸台涡流小齿完成；T型凸台或L型凸台和涡流小齿将单个密封腔室分为左右两侧径向交错的密封腔室和T型凸台或L型凸台上方轴向排列的密封腔室，从而达到增加密封腔室内部涡流耗散以及增加耗散腔室数目的目的，进而降低密封泄漏量。同时，密封腔室内布置的涡流小齿均采用沿逆气流流动方向倾斜布置，能够阻碍密封的泄漏流动从而降低密封泄漏量。数值计算结果表明本发明的迷宫密封结构具有优越的密封性能。

Description

一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构
技术领域
本发明属于叶轮机械技术领域，具体涉及一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构。
背景技术
在蒸汽轮机、燃气轮机、泵和压气机等叶轮机械中，旋转密封安装在旋转部件和静止部件之间，控制通过动静间隙从高压区向低压区的泄漏流动，对叶轮机械运行效率具有显著的影响。目前常用的旋转密封结构有迷宫密封、蜂窝密封、孔型密封、袋型阻尼密封和刷式密封，研究表明，采用先进的旋转密封技术(如蜂窝密封、孔型密封、刷丝密封)可使压气机的热耗率降低0.2～0.6％，使输出功率增加0.3％～1％。对汽轮机的高中压缸而言，对其热耗率和功率影响最大的因素是汽封，其中汽封引起的损失占总损失的67％。而迷宫密封由于其可靠的封严性能、相对较低的制造成本和易于安装维护，同时其非接触特性允许更高转速运行的特点而在叶轮机械通流动静间隙控制中得到广泛应用。因此，进一步开展更高封严性能的新型迷宫密封结构设计对提高汽轮机或压气机等叶轮机械的运行效率具有重要的工业意义。
发明内容
本发明针对叶轮机械中已经得到大量工业应用的迷宫密封减少泄漏量的要求，提供了一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，从而能够有效减少通过密封的泄漏量，增加叶轮机械运行效率。
本发明通过以下技术方案来实现的：
一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，包括在密封腔室转子壁面上布置的若干凸台结构，以及在密封腔室静子壁面上布置的若干迷宫齿和静子壁面涡流小齿；其中，
迷宫齿与凸台结构交错布置，且每个凸台结构的周向上均布置有若干凸台涡流小齿，每个迷宫齿的周向上均布置有若干迷宫齿涡流小齿。
本发明进一步的改进在于，凸台结构为T型凸台、L型凸台；凸台结构将单个密封腔室分为凸台结构左右两侧的两个腔室和凸台结构上方一个腔室。
本发明进一步的改进在于，每个凸台结构左右两侧密封腔室内迷宫齿涡流小齿和凸台涡流小齿在径向上交错布置，使得凸台结构左右两侧腔室在径向上构成径向密封；
凸台结构与静子壁面涡流小齿的组合使得凸台结构上方的腔室在轴向上构成直通式迷宫密封。
本发明进一步的改进在于，密封腔室内静子壁面涡流小齿的数量为2个或者多个，每个迷宫齿上的迷宫齿涡流小齿以及每个凸台结构上的凸台涡流小齿的数量为2个或者多个。
本发明进一步的改进在于，密封腔室内的静子壁面涡流小齿、迷宫齿涡流小齿以及凸台涡流小齿采用等长设计或者不等长设计。
本发明进一步的改进在于，静子壁面涡流小齿与密封腔室静子壁面，迷宫齿涡流小齿与迷宫齿，以及凸台涡流小齿与凸台结构均存在向来流方向倾斜0°～90°的夹角。
本发明进一步的改进在于，凸台与静子壁面涡流小齿的最小距离等于迷宫齿与密封腔室转子壁面之间的密封间隙。
本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的迷宫密封结构，是在密封腔室转子壁面布置凸台结构，并且在密封腔室静子壁面、迷宫齿以及密封腔室转子壁面上的凸台结构上布置涡流小齿。这样布置的密封结构可将单个密封腔室分为凸台结构左右两侧径向交错的密封腔室和凸台结构上方轴向排列的密封腔室，从而达到增加密封腔室内部涡流耗散以及增加耗散腔室数目的目的，进而降低密封泄漏量。同时，密封腔室内布置的涡流小齿均采用沿逆气流流动方向布置，能够阻碍密封的泄漏流动从而降低密封泄漏量，因此本发明的迷宫密封结构能够很好的减少密封泄漏量，提高汽轮机或压气机等叶轮机械的运行效率。
附图说明
图1是典型的直通式迷宫密封二维剖面结构；
图2是典型的高低齿迷宫密封二维剖面结构；
图3、图4和图5是本发明的新型迷宫密封二维剖面结构；
图6、图7和图8是本发明迷宫密封二维剖面结构中不同位置涡流小齿的局部放大图；
图9是典型直通式迷宫密封带有向来流方向倾斜的涡流小齿的二维剖面图；
图10是典型高低齿迷宫密封带有向来流方向倾斜的涡流小齿的二维剖面图。
图中：1为密封腔室转子壁面；2为密封腔室静子壁面；3为凸台结构；4为迷宫齿；5为静子壁面涡流小齿；6为迷宫齿涡流小齿，7为凸台涡流小齿；8为密封间隙；9为凸台与静子壁面涡流小齿的最小距离；10为涡流小齿与壁面的夹角；11为未安装涡流小齿时密封腔室内涡流流动方向；12为未安装涡流小齿时密封腔室内涡流分离线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
如图3至图5所示，本发明提供的一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，是在原直通式迷宫密封的基础上在密封腔室转子壁面1上布置凸台结构3，并且在密封腔室静子壁面2布置静子壁面涡流小齿5和迷宫齿4，迷宫齿4上布置迷宫齿涡流小齿6以及密封腔室转子壁面1上的凸台结构3布置相应的凸台涡流小齿7完成。
具体实施而言，凸台结构3以及静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6和凸台涡流小齿7可以通过独立加工完成然后装配进原迷宫密封结构，也可以直接整体加工完成，也可以密封腔室内静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6采用独立加工完成且凸台结构3和相应的凸台涡流小齿7采用整体加工完成，或者密封腔室内静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6采用整体加工完成且凸台结构3和相应的凸台涡流小齿7采用独立加工完成。
参加图3至图5，密封腔室内凸台结构3将单个密封腔室分为凸台结构3左右两侧两个腔室和凸台结构3上方一个腔室。
凸台结构3左右两侧密封腔室内迷宫齿涡流小齿6和凸台涡流小齿7在径向上交错布置，这样使得凸台结构3左右腔室在径向上构成径向密封。
凸台结构3与静子壁面涡流小齿5的组合使得凸台结构3上方的腔室在轴向上构成直通式迷宫密封。
静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6和凸台涡流小齿7可以布置2个或者多个。
静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6和凸台涡流小齿7可以采用等长设计或者不等长设计。
参见图6，密封腔室内静子壁面涡流小齿5与密封腔室静子壁面2、迷宫齿涡流小齿6与迷宫齿4、凸台涡流小齿7与凸台结构3存在向来流方向倾斜0°～90°涡流小齿与壁面的夹角10。
参见图9和图10，这种静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6向来流方向倾斜的设计方式可以延伸到直通式迷宫密封、高低齿迷宫密封：即先确定未安装涡流小齿时密封腔室内涡流分离线12以及未安装涡流小齿时密封腔室内涡流流动方向11，然后将静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6逆未安装涡流小齿时密封腔室内涡流流动方向11倾斜0°～90°布置。
参加图3至图5，密封腔室内转子面1上增加的凸台结构3可以是T型凸台、L型凸台。
凸台与静子壁面涡流小齿的最小距离9等于迷宫齿4与密封腔室转子壁面1之间的密封间隙8。
本发明的技术原理如下：
参见图3至图5，本发明的新型迷宫密封结构是在传统直通式迷宫密封的基础上，在密封腔室转子壁面1布置凸台结构3，并且在密封腔室静子壁面2布置静子壁面涡流小齿5、迷宫齿4上布置迷宫齿涡流小齿6以及密封腔室转子壁面1上的凸台结构3布置凸台涡流小齿7完成。这样布置的密封结构可将单个密封腔室分为凸台结构3左右两侧径向交错的密封腔室和凸台结构3上方轴向排列的密封腔室，从而达到增加密封腔室内部涡流耗散以及增加耗散腔室数目的目的，进而降低密封泄漏量。同时，密封腔室内布置的静子壁面涡流小齿5、迷宫齿涡流小齿6和凸台涡流小齿7均采用沿逆气流流动方向布置，能够阻碍密封的泄漏流动从而降低密封泄漏量，因此本发明的新型迷宫密封结构能够很好的减少密封泄漏量，提高透平机组运行效率。数值计算结果表明本发明的迷宫密封结构具有优越的密封性能。

Claims (7)

1.一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，其特征在于，包括在密封腔室转子壁面(1)上布置的若干凸台结构(3)，以及在密封腔室静子壁面(2)上布置的若干迷宫齿(4)和静子壁面涡流小齿(5)；其中，
迷宫齿(4)与凸台结构(3)交错布置，且每个凸台结构(3)的周向上均布置有若干凸台涡流小齿(7)，每个迷宫齿(4)的周向上均布置有若干迷宫齿涡流小齿(6)。
2.根据权利要求1所述的一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，其特征在于，凸台结构(3)为T型凸台、L型凸台；凸台结构(3)将单个密封腔室分为凸台结构(3)左右两侧的两个腔室和凸台结构(3)上方一个腔室。
3.根据权利要求1所述的一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，其特征在于，每个凸台结构(3)左右两侧密封腔室内迷宫齿涡流小齿(6)和凸台涡流小齿(7)在径向上交错布置，使得凸台结构(3)左右两侧腔室在径向上构成径向密封；
凸台结构(3)与静子壁面涡流小齿(5)的组合使得凸台结构(3)上方的腔室在轴向上构成直通式迷宫密封。
4.根据权利要求1所述的一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，其特征在于，密封腔室内静子壁面涡流小齿(5)的数量为2个或者多个，每个迷宫齿(4)上的迷宫齿涡流小齿(6)以及每个凸台结构(3)上的凸台涡流小齿(7)的数量为2个或者多个。
5.根据权利要求1所述的一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，其特征在于，密封腔室内的静子壁面涡流小齿(5)、迷宫齿涡流小齿(6)以及凸台涡流小齿(7)采用等长设计或者不等长设计。
6.根据权利要求1所述的一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，其特征在于，静子壁面涡流小齿(5)与密封腔室静子壁面(2)，迷宫齿涡流小齿(6)与迷宫齿(4)，以及凸台涡流小齿(7)与凸台结构(3)均存在向来流方向倾斜0°～90°的夹角。
7.根据权利要求1所述的一种能够增加腔室耗散的迷宫密封结构，其特征在于，凸台与静子壁面涡流小齿的最小距离(9)等于迷宫齿(4)与密封腔室转子壁面(1)之间的密封间隙(8)。
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