CN109163099B - 一种旋转机械用低噪轴端密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转机械用低噪轴端密封结构，包括静子、密封体和转子，所述密封体安装于静子上并靠近转子设置，所述密封体在靠近转子一侧沿漏气方向开设有多个密封腔，所述密封腔内设有堵环并被堵环分隔成密封前腔和共振后腔，所述堵环开设有狭缝，所述密封前腔和共振后腔通过狭缝相连通，本发明具有结构简单、易于加工、装卸方便、低噪的优点。
Description
技术领域
本发明涉及噪声与振动控制领域，尤其涉及一种旋转机械用低噪轴端密封结构。
背景技术
旋转机械中采用的密封通过增加流体流动的阻力来达到减小流体泄漏的目的，这类旋转机械包括调相机、汽轮机、压缩机等。其思路是在流体流经的通道上布置一系列非接触的节流间隙和涡流腔室，当流体流经密封齿与相应的转子表面形成的狭窄通道时，被连续节流，并被逐步降压和膨胀加速，流体在涡流腔室内通过旋转和摩擦，将具有高速度的流体动能通过湍流旋涡耗散成为热能，并被流体吸收，流体比容增大，使得到达下一个间隙入口的初速度变小。对于多齿密封，每个密封齿前后压差逐级减小，流过每一密封齿的流速就越低，则气体的比容逐渐增大，从而使密封的漏气量大大减小，达到密封的作用。
长期以来，旋转机械密封增效减振一直是研究人员关注的重点，但对于密封尤其是轴端密封的降噪研究比较少。轴端密封一般安装于旋转机械外壳端部与旋转轴相配合的部位，目的是阻挡缸内气体泄漏到大气中，密封上游为缸内气体，密封下游一般为大气，且缸内气体压力大于外部大气压。旋转机械实际运行时，由于缸内工质压力波动，无法做到对缸内气体进行完全密封，必然有部分缸内气体会通过密封泄漏至大气，在此过程中因漏气产生的噪声巨大，对周围工作人员的职业卫生环境造成极大的负面影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、易于加工、装卸方便、低噪的旋转机械用低噪轴端密封结构。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种旋转机械用低噪轴端密封结构，包括静子、密封体和转子，密封体安装于静子上并靠近转子设置，所述密封体在靠近转子一侧沿漏气方向开设有多个密封腔，所述密封腔内设有堵环并被堵环分隔成密封前腔和共振后腔，所述堵环开设有狭缝，所述密封前腔和共振后腔通过狭缝相连通。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述密封腔还包括位于密封前腔和共振后腔之间的环状通道，所述堵环设于环状通道内。
所述密封前腔在靠近共振后腔一侧的宽度为L1，所述密封前腔在靠近转子一侧的宽度为L2，其中，L1＜L2。
所述狭缝自堵环的外表面贯穿至内表面并沿堵环的周向设置。
所述狭缝设置于堵环的中部。
所述狭缝的宽度为D，所述堵环的宽度D沿漏气方向依次增大。
所述堵环与环状通道配合连接。
所述堵环与环状通道通过铆接或胶结固定连接。
所述堵环的两侧壁设有凸台。
所述堵环和密封体均为金属材质。
本发明的工作原理如下：
在密封腔内建立多个由理想刚体构成的密闭空腔，在空腔表面开一个面积相对于空腔表面积很小的狭缝，通过狭缝连接密封前腔和共振后腔，组成一个共振腔消声器结构。共振腔消声器是由管道壁开孔与外侧密闭空腔相通而构成。在声波波长远大于共振腔几何尺度的情形下，可以认为共振腔内空气振动的动能集中于狭缝内空气的运动，势能仅与腔体内空气的弹性形变有关，共振腔内的声波运动可以忽略。此时，狭缝内的气柱类似活塞，具有一定的声质量；共振后腔类似空气弹簧，具有一定的声顺；空气在狭缝中振动与狭缝壁面存在着摩擦和阻尼作用，具有一定的声阻。这样由声质量、声顺、声阻就在气流通道构成声振动系统。
共振消声器实际上是共振吸声机构的一种应用，其共振频率计算公式为：
式中，c为声速；S0为小孔截面积；V为密闭空腔容积；l'0为孔颈有效长度。
当某些频率的声波达到分支点时，由于声阻抗发生了突变，使得大部分声能向声源反射回去，还有一部分声能由于共振器的摩擦阻尼转化为热能而耗散掉，只剩下一小部分声能通过分支点继续向前传播，从而达到消声的目的。
当忽略这种共振吸音腔的声阻时，可以得到其消声量计算公式：
其中，S为设置共振吸音腔处流通截面积，f为外来声波频率，G是共振器的传导率。从上式可以看出，这种共振吸音腔具有明确的选择性。即当外来声波频率与共振器固有频率一致时，共振器产生共振，此时共振消音器作用最显著，使沿通道继续传播的声波衰减最厉害，就是说共振消声器在共振频率及其附近具有最大消声量。而当外界声波频率偏离共振频率时，消声量将迅速下降。因此这种共振消音腔结构适于消除在某些频率上带有峰值的噪声。
实际上一般噪声的频谱都是宽频带，但对于旋转机械来说，一般噪声峰值体现在与其工作转速对应的基频上或与基频接近的若干倍频上，因此采用此种结构的共振消音器时，若把共振消音器共振频率设计得恰好等于峰值频率，就能把噪声中这一峰值降低，取得较好的降噪效果。
为了达到在适当范围内减小对应频带噪声的作用，在本发明的带共振吸音腔轴端密封设计时，针对每个密封腔的狭缝宽度做出适当调整，即从气流流动方向上游到下游，密封腔内的共振吸音腔狭缝宽度逐渐增大，根据式(1)可知，狭缝宽度改变能够改变共振吸音腔的共振频率。将几组不同共振频率的共振吸音腔组合成一个低噪密封型式，就能在较宽的频率范围内起到降噪的目的。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的旋转机械用低噪轴端密封结构，密封前腔与传统的梳齿密封腔的功能相同，对密封流体起到膨胀加速的作用，流体在密封前腔内通过旋转和摩擦，将具有高速度的流体动能通过湍流旋涡耗散成为热能，起到密封的作用。共振后腔与带狭缝的堵环配合形成共振吸音腔，在每个密封腔内设置由共振后腔和狭缝组成的共振吸音腔，减小轴端密封漏气所携带及产生的噪声，对流体降噪。
2、本发明旋转机械用低噪轴端密封结构，沿密封内流体流动方向(即漏气方向)设置不同狭缝宽度的共振吸音腔，可以对不同频率的漏气携带和产生的噪声起到吸音降噪作用，可以在较宽的频率范围内起到轴端密封降噪的目的。
3、本发明的所旋转机械用低噪轴端密封结构，结构简单，易于加工，装卸方便，可以针对不同的旋转机械轴端密封通过计算设置不同参数的共振吸音腔，有针对性地对轴端密封进行降噪。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图3为密封体的结构示意图。
图4为堵环的结构示意图。
图5为图4中B处的局部放大图。
图中各标号表示：
1、静子；2、密封体；21、密封腔；22、密封齿；211、密封前腔；212、环状通道；213、共振后腔；3、堵环；31、狭缝；32、凸台；4、转子。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1至5所示，本发明的一种旋转机械用低噪轴端密封结构，包括静子1、密封体2和转子4，密封体2安装于静子1上并靠近转子4设置，密封体2在靠近转子4一侧沿漏气方向开设有多个密封腔21，密封腔21内设有堵环3并被堵环3分隔成密封前腔211和共振后腔213，堵环3开设有狭缝31，密封前腔211和共振后腔213通过狭缝31相连通。
本发明中，密封前腔211与传统的梳齿密封腔的功能相同，对密封流体起到膨胀加速的作用，流体在密封前腔211内通过旋转和摩擦，将具有高速度的流体动能通过湍流旋涡耗散成为热能，起到密封的作用。密封腔21内设置由共振后腔213与带狭缝31的堵环3配合形成共振吸音腔，减小轴端密封漏气所携带及产生的噪声，对流体降噪。
本实施例中，密封体2安装于静子上，不动的。转子4是旋转的，密封体2与转子4不连接，密封体2靠近转子4的一端沿漏气方向设有多个密封齿22，密封腔21设于相邻密封齿22之间，密封齿22与转子4表面存在一定间隙。
密封腔21还包括位于密封前腔211和共振后腔213之间的环状通道212，堵环3设于环状通道212内。
图1、2中箭头所示为漏气方向。
本发明中密封体2为多齿环形结构，与传统梳齿密封结构不同的是，密封腔21自外向内依次包括密封前腔211、环状通道212和共振后腔213，堵环3设于环状通道212内，密封前腔211和共振后腔213通过堵环3上的狭缝31相连通。密封前腔211在靠近共振后腔213一侧的宽度为L1，密封前腔211在靠近转子4一侧的宽度为L2，其中，L1＜L2。
狭缝31自堵环3的外表面贯穿至内表面并沿堵环3的周向设置。本实施例中，狭缝31设置于堵环3的中部。
狭缝31的宽度为D，堵环3的宽度D沿漏气方向依次增大。沿密封内流体流动方向(即漏气方向)设置不同宽度D的共振吸音腔，可以对不同频率的漏气携带和产生的噪声起到吸音降噪作用，可以在较宽的频率范围内起到轴端密封降噪的目的。
堵环3与环状通道212配合连接。
堵环3与环状通道212通过铆接或胶结固定连接。
堵环3的两侧壁设有凸台32。
本实施例中，堵环3与密封体2均为金属材质，其宽度与环状通道212的尺寸相配合。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (5)
1.一种旋转机械用低噪轴端密封结构，包括静子（1）、密封体（2）和转子（4），所述密封体（2）安装于静子（1）上并靠近转子（4）设置，其特征在于：所述密封体（2）在靠近转子（4）一侧沿漏气方向开设有多个密封腔（21），所述密封腔（21）内设有堵环（3）并被堵环（3）分隔成密封前腔（211）和共振后腔（213），所述堵环（3）开设有狭缝（31），所述密封前腔（211）和共振后腔（213）通过狭缝（31）相连通；
所述密封腔（21）还包括位于密封前腔（211）和共振后腔（213）之间的环状通道（212），所述堵环（3）设于环状通道（212）内；所述狭缝（31）的宽度为D，宽度D沿漏气方向依次增大；
所述密封前腔（211）在靠近共振后腔（213）一侧的宽度为L1，所述密封前腔（211）在靠近转子（4）一侧的宽度为L2，其中，L1＜L2；
所述狭缝（31）自堵环（3）的外表面贯穿至内表面并沿堵环（3）的周向设置。
2.根据权利要求1所述的旋转机械用低噪轴端密封结构，其特征在于：所述狭缝（31）设置于堵环（3）的中部。
3.根据权利要求1所述的旋转机械用低噪轴端密封结构，其特征在于：所述堵环（3）与环状通道（212）配合连接。
4.根据权利要求3所述的旋转机械用低噪轴端密封结构，其特征在于：所述堵环（3）与环状通道（212）通过铆接或胶结固定连接。
5.根据权利要求1所述的旋转机械用低噪轴端密封结构，其特征在于：所述堵环（3）的两侧壁设有凸台（32）。
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