CN109695482A - 随动式密封方法及装置 - Google Patents
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Abstract
随动式密封方法及装置,其方法为在需要密封的密封面附近设置随动密封部,随动密封部上设有喷气孔或喷气缝;让随动密封部在压力的作用下贴向密封面,让来自流体压力源的流体经由随动密封部上设有的喷气孔或喷气缝喷射出去,并流向随动密封部和密封面之间的间隙中。其装置包括随动密封部,随动密封部上设有喷气孔或喷气缝,喷气孔或喷气缝与流体压力源相通,随动密封部可在随动密封部和密封面之间的间隙中流体压力的作用下远离密封面,随动密封部可在压力的作用下贴向密封面。其目的在于提供一种可有效减少密封面在运动过程中跳动较大的密封系统的泄漏量,降低设备在运行过程中的能源浪费,提高密封装置的使用寿命的随动式密封方法及装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种随动式密封方法及装置。
背景技术
非接触式密封包括迷宫密封,也称梳齿密封。主要用于密封气体介质,在汽轮机,燃气轮机,离心式压缩机,鼓风机等机器中作为级间密封、轴端密封和叶顶密封,或其他动密封的前置密封,有着广泛的用途。迷宫密封的泄漏量与节流齿隙的大小成正比,从密封性能考虑,希望节流齿隙尽可能小些,因为迷宫密封的泄漏量增大,会导致大量的能源浪费。但如果将节流齿隙设计的很小,对于汽轮机,燃气轮机等转轴较长的设备,其在启动和停止转动的过程中,转轴的转速在变化的过程中需要通过一个以上的临界转速,在临界转速附近,转轴的振动会急剧增大,造成密封面在运动过程中跳动较大,由此会使得梳齿与转轴发生摩擦甚至碰撞,导致节流齿隙变大,甚至有可能会因梳齿折断而让迷宫密封丧失密封效果。因此,对于那些在启动和停止转动的过程中转轴跳动较大的设备,人们不得不将其迷宫密封的节流齿隙设计的比较大,由此导致设备在运行过程中的能源浪费较大。对于大型汽轮机,在可确认的效率损失中,40%是由于汽封间隙过大所引起的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可有效减少密封面在运动过程中跳动较大的密封系统的泄漏量,降低设备在运行过程中的能源浪费,提高密封装置的使用寿命的随动式密封方法及装置。
本发明的随动式密封方法,包括以下步骤:
A、在需要密封的密封面附近设置随动密封部,随动密封部上设有喷气孔或喷气缝,喷气孔或喷气缝与流体压力源相通;
B、让随动密封部在压力的作用下贴向密封面,让来自流体压力源的流体经由随动密封部上设有的喷气孔或喷气缝喷射出去,并流向随动密封部和密封面之间的间隙中;
C、随着随动密封部贴向密封面,会导致随动密封部和密封面之间的间隙不断缩小,会令随动密封部和密封面之间的流体的压力不断升高,最终随动密封部和密封面之间的间隙将不再缩小,随动密封部和密封面之间进入到受力平衡状态;
D、当密封面的运动导致密封面远离随动密封部时,随动密封部和密封面之间的流体的压力会减小,进而让随动密封部在压力的作用下迅速朝着密封面运动,直至随动密封部和密封面之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置;
当密封面的运动导致密封面进一步接近随动密封部时,随动密封部和密封面之间的流体的压力会增大,进而让随动密封部在压力的作用下迅速朝着远离密封面运动,直至随动密封部和密封面之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部对密封面的随动密封。
优选地,所述随动密封部设置在密封体朝向密封面的端面上,随动密封部通过弹性部与密封体相连,密封体上设有压力工作腔,压力工作腔由密封体、随动密封部和弹性部围构形成,密封体的壁上设有与压力工作腔相通的流体出入口,流体出入口通过流体通道与流体压力源相通,喷气孔或喷气缝与压力工作腔相通。
优选地,所述弹性部包括左侧弹性部和右侧弹性部,随动密封部的左侧通过左侧弹性部与密封体相连,随动密封部的右侧通过右侧弹性部与密封体相连,压力工作腔由密封体、随动密封部、左侧弹性部和右侧弹性部围构形成。
优选地,所述密封体为圆环形,密封体内环绕设有多个压力工作腔,每个压力工作腔朝里的一端分别设有一个设有随动密封部,每个随动密封部的左侧分别通过一个左侧弹性部与密封体相连,每个随动密封部的右侧分别通过一个右侧弹性部与密封体相连,多个随动密封部拼接构成圆环形,相邻的随动密封部之间具有间隙。
本发明的随动式密封装置,包括随动密封部,随动密封部上设有喷气孔或喷气缝,喷气孔或喷气缝与流体压力源相通,随动密封部可在随动密封部和密封面之间的间隙中流体压力的作用下远离密封面,随动密封部可在压力的作用下贴向密封面。
优选地,所述随动密封部设置在密封体朝向密封面的端面上,随动密封部通过弹性部与密封体相连,密封体上设有压力工作腔,压力工作腔由密封体、随动密封部和弹性部围构形成,密封体的壁上设有与压力工作腔相通的流体出入口,流体出入口通过气路与流体压力源相通,喷气孔或喷气缝与压力工作腔相通。
优选地,所述弹性部包括左侧弹性部和右侧弹性部,随动密封部的左侧通过左侧弹性部与密封体相连,随动密封部的右侧通过右侧弹性部与密封体相连,压力工作腔由密封体、随动密封部、左侧弹性部和右侧弹性部围构形成。
优选地,所述密封体为圆环形,密封体内环绕设有多个压力工作腔,每个压力工作腔朝里的一端分别设有一个设有随动密封部,每个随动密封部的左侧分别通过一个左侧弹性部与密封体相连,每个随动密封部的右侧分别通过一个右侧弹性部与密封体相连,多个随动密封部拼接构成圆环形,相邻的随动密封部之间具有间隙。
优选地,所述随动密封部上设有1—3排喷气孔或喷气缝,喷气孔的孔径为0.3mm—0.9mm,相邻的喷气孔之间的间距为5mm—30mm。
优选地,所述压力工作腔内设有用于测量压力的压力传感器,喷气孔的孔径为0.5mm— 0.7mm,相邻的喷气孔之间的间距为10mm—20mm;所述随动密封部采用橡胶或石墨或铜合金或铁素体材料或封严涂层材料制成。
本发明的随动式密封方法及装置,尤其适合用于那些密封面在运动过程中跳动较大的设备的密封,例如汽轮机,燃气轮机等转轴较长的设备的汽密封。使用了本发明的随动式密封装置制成的迷宫密封装置的汽轮机,燃气轮机,在启动和停止转动的过程中,对于汽轮机,燃气轮机等转轴较长的设备,在启动和停止转动之前,可让压力工作腔处于未膨胀状态的原位状态,让左侧弹性部和右侧弹性部带着随动密封部沿径向向外移动,从而让转轴通过振动急剧增大的转动阶段。当转轴的转动平稳后,再令压力工作腔处于膨胀状态,让左侧弹性部和右侧弹性部推动随动密封部沿径向向里移动,让随动密封部进入到随动密封位置。在随动密封过程中,当密封面的运动导致随动密封部和密封面之间的间隙变大时,会令随动密封部和密封面之间的流体的压力减小,进而让随动密封部和密封面之间的流体对随动密封部产生的压力作用无法阻止随动密封部朝着密封面运动时,此时随动密封部会迅速在压力工作腔内流体压力的作用下朝着密封面运动,让随动密封部和密封面之间的间隙变小,让随动密封部和密封面之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,当密封面的运动导致随动密封部和密封面之间的间隙变小时,会令随动密封部和密封面之间的流体的压力增大并迅速推开随动密封部,让随动密封部和密封面之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部对密封面的随动密封。因此,本发明可有效减少密封面在运动过程中跳动较大的密封系统的泄漏量,降低设备在运行过程中的能源浪费,提高密封装置的使用寿命。实验表明,本发明可显著提高大型汽轮机的做功效率。
本发明的随动式密封方法及装置的其他细节和特点可通过阅读下文结合附图详加描述的实施例便可清楚明了。
附图说明
图1为本发明的随动式密封装置的一种实施方式的结构示意图的主视剖面图;
图2为本发明的随动式密封装置的另一种实施方式的结构示意图的主视剖面图;
图3为本发明的随动式密封装置的还一种实施方式的结构示意图的主视剖面图;
图4为本发明的随动式密封装置的又一种实施方式的结构示意图的主视剖面图;
图5为图4的A—A剖面图;
图6是利用ANSYS FLUENT软件在电脑上模拟本发明的随动式密封装置的原理图;
图7利用ANSYS FLUENT软件在电脑上模拟本发明得到的4个圆形空气流的直径D情况下随动密封部3与密封面1间隙δ与圆形空气流的平均压力P之间的坐标图;
图8是图7中的随动密封部与密封面间隙δ在0—0.1mm之间放大图。
具体实施方式
参见图6,图6是利用ANSYS FLUENT软件在电脑上模拟本发明的随动式密封装置的原理图,图中的随动密封部3是一个平板状,需要密封的密封面1也是平板状,在随动密封部3 的中部开有一个圆形的喷气孔6,在随动密封部3与密封面1之间留有一个间隙δ。利用ANSYS FLUENT软件在电脑上模拟通过喷气孔6向间隙δ中注入压力为0.5MPa的空气,通过模拟实验可以看出,注入的空气会在喷气孔6的附近形成一个沿着间隙δ呈圆形扩散开的空气流,该圆形空气流在扩散的过程中,其压力会逐渐降低,假设该圆形空气流的圆心点是喷气孔6 的圆心点,圆形空气流的直径为D,则可得到不同直径D状态下,随动密封部3与密封面1间隙δ大小与圆形空气流平均压力P(MPa)大小的变化关系,具体数值参见下面的表1。
表1
由上面的表1可以看出,在电脑上模拟通过喷气孔6向间隙δ中注入压力为0.5MPa的空气时,当随动密封部3与密封面1间隙δ大小的数值不变时,圆形空气流的平均压力的大小会随着圆形空气流的直径D的增大而减小,而对于确定的圆形空气流的直径D,圆形空气流的平均压力的大小会随着随动密封部3与密封面1间隙δ的增大而减小。
利用ANSYS FLUENT软件在电脑上模拟本发明的随动式密封装置,在电脑上模拟通过喷气孔6向间隙δ中注入压力为0.5MPa的空气,所得到的4个圆形空气流的直径D情况下随动密封部3与密封面1间隙δ与圆形空气流的平均压力P之间的坐标图,则如图7和图8所示,其中图8是图7中的随动密封部3与密封面1间隙δ在0—0.1mm之间放大图。由图7和图8 可以看出,在电脑上模拟通过喷气孔6向间隙δ中注入压力为0.5MPa的空气时,当随动密封部3与密封面1间隙δ大小的数值不变时,圆形空气流的平均压力的大小会随着圆形空气流的直径D的增大而减小,而对于确定的圆形空气流的直径D,圆形空气流的平均压力的大小会随着随动密封部3与密封面1间隙δ的增大而减小。
实施例1
参见图1,本发明的随动式密封方法,包括以下步骤:
A、在需要密封的轴9的密封面1附近设置一个圆环形的随动密封部3,随动密封部3采用具有弹性的橡胶制成,随动密封部3可以是被放置在密封槽内,随动密封部3上设有喷气孔6或喷气缝,喷气孔6或喷气缝与流体压力源相通;
B、让随动密封部3由橡胶的弹性收缩带来的压力的作用下贴向密封面1,让来自流体压力源的流体经由随动密封部3上设有的喷气孔6或喷气缝喷射出去,并流向随动密封部3和密封面1之间的间隙中;
C、随着随动密封部3贴向密封面1,会导致随动密封部3和密封面1之间的间隙不断缩小,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力不断升高,最终随动密封部3和密封面1之间的间隙将不再缩小,随动密封部3和密封面1之间进入到受力平衡状态;
D、当密封面1的运动导致密封面1远离随动密封部3时,随动密封部3和密封面1之间的流体的压力会减小,进而让随动密封部3在压力的作用下迅速朝着密封面1运动,直至随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置;
当密封面1的运动导致密封面1进一步接近随动密封部3时,随动密封部3和密封面1 之间的流体的压力会增大,进而让随动密封部3在压力的作用下迅速朝着远离密封面1运动,直至随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部 3对密封面1的随动密封。
实施例2
参见图2、图3、图4和图5,本发明的随动式密封方法,其包括以下步骤:
A、在需要密封的密封面1附近设置密封体2,密封体2朝向密封面1的端面设有随动密封部3,随动密封部3通过弹性部与密封体2相连,随动密封部3上设有喷气孔6或喷气缝,喷气孔6或喷气缝与密封体2内设有的压力工作腔7相通,压力工作腔7由密封体2、随动密封部3和弹性部围构形成,密封体2的壁上设有与压力工作腔7相通的流体出入口8;
B、通过流体出入口8向压力工作腔7注入具有压力的流体,以推动随动密封部3克服弹性部的弹性力作用并朝着密封面1运动,同时压力工作腔7内的流体会经由随动密封部3上设有的喷气孔6或喷气缝喷射出去,并流向随动密封部3和密封面1之间的间隙中,喷射出去的流体会对随动密封部3和密封面1产生压力作用;
C、随着随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下朝着密封面1运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙会不断缩小,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力不断升高,当流体的压力升高到可以阻止随动密封部3朝着密封面1运动时,随动密封部3和密封面1之间的间隙将不再缩小,随动密封部3和密封面1之间进入到受力平衡状态,即:
F1—F2—F3=0
上式中的F1为压力工作腔7内流体作用在随动密封部3上的压力,方向是将随动密封部 3压向密封面1;
F2为弹性部作用在随动密封部3上的弹性力,方向是将随动密封部3拉着远离密封面1;
F3为随动密封部3和密封面1之间的流体作用在随动密封部3上的压力,方向是将随动密封部3拉着远离密封面1;
D、当密封面1的运动导致密封面1远离随动密封部3时,随动密封部3和密封面1之间的流体的压力F3会减小,进而让随动密封部3在压力工作腔7内流体压力F1的作用下迅速朝着密封面1运动,直至随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置;
当密封面1的运动导致密封面1进一步接近随动密封部3时,随动密封部3和密封面1 之间的流体的压力F3会增大,进而让随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下迅速朝着远离密封面1运动,直至随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对密封面1的随动密封。
实施例3
参见图2、图3、图4和图5,本发明的随动式密封方法,其包括以下步骤:
A、在需要密封的密封面1附近设置密封体2,密封面1为转动部件的圆周面或转动部件的端面,密封体2朝向密封面1的端面设有用于密封密封体2与密封面1之间间隙的随动密封部3,随动密封部3的一侧为左侧,另一侧为右侧,随动密封部3的左侧通过左侧弹性部4与密封体2相连,随动密封部3的右侧通过右侧弹性部5与密封体2相连,随动密封部3上设有一个以上的喷气孔6或喷气缝,喷气孔6或喷气缝与密封体2内设有的压力工作腔7相通,压力工作腔7由密封体2、随动密封部3、左侧弹性部4和右侧弹性部5围构形成,密封体2的壁上设有与压力工作腔7相通的流体出入口8;
B、随动密封部3可在压力工作腔7内流体压力的作用下朝着密封面1运动,随动密封部 3可在左侧弹性部4和右侧弹性部5的弹性力的作用下作远离密封面1的回位运动;
C、通过流体出入口8向压力工作腔7注入具有压力的流体,注入流体的压力可以是略大于密封面1左侧的压力,推动随动密封部3克服左侧弹性部4和右侧弹性部5的弹性力作用并朝着密封面1运动;
D、压力工作腔7内的流体会经由随动密封部3上设有的喷气孔6或喷气缝喷射出去,并射向密封面1;
E、从喷气孔6或喷气缝喷射出去的流体会流向随动密封部3和密封面1之间的间隙中,在随动密封部3和密封面1之间的间隙中注入流体,注入的流体对随动密封部3和密封面1 产生压力作用;
F、随着随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下朝着密封面1运动,随动密封部3和密封面1之间的间隙会不断缩小,并令随动密封部3和密封面1之间的流体所具有的压力不断升高,当随动密封部3和密封面1之间的流体的压力升高到可以阻止随动密封部3 朝着密封面1运动时,随动密封部3和密封面1之间的间隙将不再缩小;
G、当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变大时,会令随动密封部 3和密封面1之间的流体的压力减小,进而让随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下迅速朝着密封面1运动,让随动密封部3和密封面1之间的间隙变小并恢复到原来的受力平衡位置,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变小时,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力增大,随动密封部3和密封面1之间的流体会迅速推动随动密封部3,让随动密封部3和密封面1之间的间隙增大并恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对密封面1的随动密封。
作为本发明的进一步改进,上述密封体2为圆环形,密封体2内环绕设有多个压力工作腔7,每个压力工作腔7朝里的一端分别设有一个设有随动密封部3,每个随动密封部3的左侧分别通过一个左侧弹性部4与密封体2相连,每个随动密封部3的右侧分别通过一个右侧弹性部5与密封体2相连,多个随动密封部3拼接构成圆环形,相邻的随动密封部3之间具有间隙。
作为本发明的进一步改进,上述随动密封部3上设有1—3排喷气孔6或喷气缝,喷气孔 6的孔径为0.3mm—0.9mm,相邻的喷气孔6之间的间距为5mm—30mm。
作为本发明的进一步改进,上述压力工作腔7内设有用于测量压力的压力传感器,喷气孔6的孔径为0.5mm—0.7mm,相邻的喷气孔6之间的间距为10mm—20mm。
作为本发明的进一步改进,上述随动密封部3采用橡胶或石墨或铜合金或铁素体材料或封严涂层材料制成。
如图1所示,本发明的随动式密封装置,包括随动密封部3,随动密封部3上设有喷气孔6或喷气缝,喷气孔6或喷气缝与流体压力源相通,随动密封部3可在随动密封部3和密封面1之间的间隙中流体压力的作用下远离密封面1,随动密封部3可在压力的作用下贴向密封面1。
如图2所示,本发明的随动式密封装置,可以是包括密封体2,密封体2为圆环形,密封体2上设有随动密封部3,随动密封部3的左侧通过左侧弹性部4与密封体2相连,随动密封部3的右侧通过右侧弹性部5与密封体2相连,随动密封部3上设有3排、每排多个喷气孔6或喷气缝,喷气孔6的孔径为0.3mm—0.9mm,相邻的喷气孔6之间的间距为5mm—30mm;多个喷气孔6或喷气缝与密封体2内设有的压力工作腔7相通,也就是喷气孔6或喷气缝是用来连通压力工作腔7内腔与外界的通道,压力工作腔7由密封体2、随动密封部3、左侧弹性部4和右侧弹性部5围构形成密封体2的壁上设有与压力工作腔7相通的流体出入口8;
上述左侧弹性部4和右侧弹性部5可以是用弹簧钢板弯折呈弧形面制成,随动密封部3 可以是用具有弹性的橡胶制成,当压力工作腔7内没有左流体时,随动密封部3会在左侧弹性部4和右侧弹性部5的弹性力的作用下作远离密封面1的回位运动,左侧弹性部4和右侧弹性部5分别呈弯曲程度较大的状态,并将橡胶制成的具有弹性的随动密封部3的圆周尺寸拉伸开一些,令其环绕密封面方向的圆周尺寸变大,直径尺寸也变大;当压力工作腔7内被注入流体后,由于随动式密封装置被设置在机座10上的密封槽11内,由于有机座10上的密封槽11的限制,随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下会朝着密封面1运动,让左侧弹性部4和右侧弹性部5的弯曲程度变小,具有弹性的随动密封部3的圆周尺寸也变小,即收回随动密封部3在安装时被预先拉长的尺寸,由于随动密封部3直径变小,随动密封部3朝向密封面1的表面会贴向密封面1,对转轴9的圆周面进行随动密封。
在随动密封过程中,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变大时,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力减小,此时随动密封部3会迅速在压力工作腔7内流体压力的作用下朝着密封面1运动,让随动密封部3和密封面1之间的间隙变小,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变小时,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力增大并迅速推开随动密封部3,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对密封面1的随动密封。
作为本发明的进一步改进,上述压力工作腔7内设有用于测量压力的压力传感器,喷气孔6的孔径为0.5mm—0.7mm,相邻的喷气孔6之间的间距为10mm—20mm。
如图3所示,本发明的随动式密封装置,也可以是包括密封体2,密封体2为圆环形,密封体2上设有随动密封部3,随动密封部3的左侧通过左侧弹性部4与密封体2相连,随动密封部3的右侧通过右侧弹性部5与密封体2相连,随动密封部3上设有1排多个喷气孔 6或喷气缝,喷气孔6的孔径为0.3mm—0.9mm,相邻的喷气孔6之间的间距为5mm—30mm;多个喷气孔6或喷气缝与密封体2内设有的压力工作腔7相通,也就是喷气孔6或喷气缝是用来连通压力工作腔7内腔与外界的通道,压力工作腔7由密封体2、随动密封部3、左侧弹性部4和右侧弹性部5围构形成密封体2的壁上设有与压力工作腔7相通的流体出入口8;
上述随动密封部3、左侧弹性部4和右侧弹性部5都是用具有弹性的橡胶制成,并且随动密封部3和左侧弹性部4彼此相连为一体,随动密封部3和右侧弹性部5彼此相连为一体,当压力工作腔7内没有左流体时,随动密封部3会在左侧弹性部4和右侧弹性部5的弹性力的作用下作远离密封面1的回位运动,即左侧弹性部4和右侧弹性部5分别将橡胶制成的具有弹性的随动密封部3的圆周尺寸拉伸开一些,令其环绕密封面方向的圆周尺寸变大,直径尺寸也变大;当压力工作腔7内被注入流体后,由于随动式密封装置被设置在机座10上的密封槽内,由于有机座10上的密封槽11的限制,随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下会朝着密封面1运动,让左侧弹性部4和右侧弹性部5向里收缩,具有弹性的随动密封部3的圆周尺寸也变小,即收回随动密封部3在安装时被预先拉长的尺寸,由于随动密封部3直径变小,随动密封部3朝向密封面1的表面会贴向密封面1,对转轴9的圆周面进行随动密封。
在随动密封过程中,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变大时,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力减小,进而让随动密封部3和密封面1之间的流体对随动密封部3产生的压力作用无法阻止随动密封部3朝着密封面1运动时,此时随动密封部3会迅速在压力工作腔7内流体压力的作用下朝着密封面1运动,让随动密封部3 和密封面1之间的间隙变小,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变小时,会令随动密封部 3和密封面1之间的流体的压力增大并迅速推开随动密封部3,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对密封面1的随动密封。
作为本发明的进一步改进,上述压力工作腔7内设有用于测量压力的压力传感器,喷气孔6的孔径为0.5mm—0.7mm,相邻的喷气孔6之间的间距为10mm—20mm。
如图4和图5所示,本发明的随动式密封装置,也可以是包括密封体2,密封体2为圆环形,密封体2内环绕设有多个压力工作腔7,每个压力工作腔7朝里的一端分别设有一个设有随动密封部3,每个随动密封部3的左侧分别通过一个左侧弹性部4与密封体2相连,每个随动密封部3的右侧分别通过一个右侧弹性部5与密封体2相连,多个随动密封部3拼接构成圆环形,相邻的随动密封部3之间具有间隙。每个随动密封部3上分别设有1排多个喷气孔6或喷气缝,喷气孔6的孔径为0.3mm—0.9mm,相邻的喷气孔6之间的间距为5mm— 30mm;多个喷气孔6或喷气缝分别与密封体2上对应的压力工作腔7相通,也就是喷气孔6 或喷气缝是用来连通压力工作腔7内腔与外界的通道,每个压力工作腔7分别由对应的密封体2、随动密封部3、左侧弹性部4和右侧弹性部5围构形成,密封体2的壁上设有与所有的压力工作腔7相通的流体出入口8;
上述左侧弹性部4和右侧弹性部5是用具有弹性的橡胶制成或弹簧钢弯折制成,随动密封部3是用石墨或铜合金或铁素体材料或封严涂层材料,当压力工作腔7内没有左流体时,随动密封部3会在左侧弹性部4和右侧弹性部5的弹性力的作用下作远离密封面1的回位运动,即左侧弹性部4和右侧弹性部5令多个随动密封部3环绕密封面1方向的圆周尺寸变大,相邻的随动密封部3之间具有的间隙尺寸也变大;当压力工作腔7内被注入左流体后,由于随动式密封装置被设置在机座10上的密封槽内,由于有机座10上的密封槽11的限制,随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下会朝着密封面1运动,让左侧弹性部4和右侧弹性部5向里收缩,令多个随动密封部3环绕密封面1方向的圆周尺寸变小,相邻的随动密封部3之间具有的间隙尺寸变小,由于相邻的随动密封部3之间具有的间隙尺寸变小,随动密封部3朝向密封面1的表面会贴向密封面1,对转轴9的圆周面进行随动密封。
在随动密封过程中,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变大时,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力减小,进而让随动密封部3和密封面1之间的流体对随动密封部3产生的压力作用无法阻止随动密封部3朝着密封面1运动时,此时随动密封部3会迅速在压力工作腔7内流体压力的作用下朝着密封面1运动,让随动密封部3 和密封面1之间的间隙变小,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变小时,会令随动密封部 3和密封面1之间的流体的压力增大并迅速推开随动密封部3,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对密封面1的随动密封。
作为本发明的进一步改进,上述压力工作腔7内设有用于测量压力的压力传感器,喷气孔6的孔径为0.5mm—0.7mm,相邻的喷气孔6之间的间距为10mm—20mm。
本发明的随动式密封装置在使用时,其随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下沿径向作向里的收缩运动,随动密封部3和需要密封的密封面1之间的间隙会不断缩小,并令随动密封部3和需要密封的密封面1之间的流体力场的压力不断升高,当随动密封部3 和需要密封的密封面1之间的流体力场的压力对随动密封部3产生的压力作用可抵消随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下沿径向作向里的收缩运动的压力作用时,随动密封部3会停止收缩运动,让随动密封部3和需要密封的密封面1之间的间隙保持不变;
当需要密封的密封面1的运动导致随动密封部3和需要密封的密封面1之间的间隙变大时,会令随动密封部3和需要密封的密封面1之间的流体力场的压力减小,进而让随动密封部3和需要密封的密封面1之间的流体力场的压力对随动密封部3产生的压力作用无法抵消随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下沿径向作向里的收缩运动的压力作用,此时随动密封部3会重新在压力工作腔7内流体压力的作用下沿径向作向里的收缩运动,让随动密封部3和需要密封的密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对需要密封的密封面1的随动密封;
当需要密封的密封面1的运动导致随动密封部3和需要密封的密封面1之间的间隙变小时,会令随动密封部3和需要密封的密封面1之间的流体力场的压力增大,进而让随动密封部3和需要密封的密封面1之间的流体力场的压力对随动密封部3产生的压力作用大于随动密封部3在压力工作腔7内流体压力的作用下沿径向作向里的收缩运动的压力作用,此时随动密封部3会在随动密封部3和需要密封的密封面1之间的流体力场的压力的作用下沿径向作向外的扩张运动,让随动密封部3和需要密封的密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对需要密封的密封面1的随动密封。
本发明的随动式密封装置在使用时,当压力工作腔7由于膨胀而增大体积时,左侧弹性部4和右侧弹性部5就会推动随动密封部3的里端靠近汽轮机或燃气轮机或离心式压缩机或鼓风机等机器的转轴9,此时相邻的随动密封部3的侧面彼此紧密相贴,多个随动密封部3 的里端与转轴9之间形成最佳的密封间隙,当压力工作腔7由于泄压而恢复原位的体积时,左侧弹性部4和右侧弹性部5就会拉动随动密封部3的里端远离汽轮机或燃气轮机或离心式压缩机或鼓风机等机器的转轴9,让转轴9可以在轴向较大跳动的状态下旋转而不接触随动密封部3的里端。
本发明将左侧弹性部4和右侧弹性部5设计成弹簧钢制成的弧形板的结构,是为了让压力工作腔7有较大的膨胀空间和回弹空间,进而也可让左侧弹性部4和右侧弹性部5在推或拉随动密封部3时能够有较大的径向位移。
但弹簧钢制成的左侧弹性部4和右侧弹性部5的板面不是必须要设计成弧形板,即使左侧弹性部4和右侧弹性部5的板面是平的,压力工作腔7的膨胀也会令随动密封部3向里进行膨胀,进而让随动密封部3作径向位移,径向位移的距离不要很大,通常只要1—2毫米即可。
在现有技术中,汽轮机在启动、停机过程中过临界转速时,转子振幅较大,若汽封径向安装间隙较小,汽封齿很容易磨损;在汽封齿被磨损后,由于轴封漏气量较大,蒸汽对轴的加热区段有所增加,并且温度也所升高,使胀差变大,轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏,造成漏汽量增加,密封效果得不到保证;使用本发明的随动式密封装置,则可减少或避免上述现有技术中问题的出现。
汽封齿与轴发生碰磨时,瞬间产生大量热量,造成轴局部过热,甚至可能导致大轴弯曲。所以在机组检修时,电厂只能把汽封径向间隙调大,以牺牲经济性为代价来确保机组的安全性;使用本发明的随动式密封装置,则可减少或避免上述现有技术中问题的出现。
曲径汽封环形腔室的不均匀性,是产生气流激振的重要原因,而汽轮机左转子产生的气流激振一旦发生就很难解决,危及机组的安全运行;弹簧弹性不好,或出现断裂,造成漏气量增加;汽封的磨损是永久性的;使用本发明的随动式密封装置,则可减少或避免上述现有技术中问题的出现。
汽封性能的优劣,不仅影响机组的经济性,而且影响机组的可靠性;汽轮机级间蒸汽泄露使得机组内效率降低;汽封泄露对液体主流的干扰,引起主流流场的变化;使用本发明的随动式密封装置,则可减少或避免上述现有技术中问题的出现。
轴封的蒸汽泄露除了浪费大量高品质的蒸汽外,外漏蒸汽进入轴承箱还会使油中带水,油质乳化,润滑油膜质量变差,破坏动态润滑效果,引起油膜振荡,造成机组振动甚至烧轴瓦停机;油中进水还可能造成调节部件锈蚀卡涩,危及机组安全;使用本发明的随动式密封装置,则可减少或避免上述现有技术中问题的出现。
本发明的随动式密封方法及装置,尤其适合用于汽轮机,燃气轮机等转轴较长的设备的汽密封。使用了本发明的随动式密封装置制成的迷宫密封装置的汽轮机,燃气轮机,在启动和停止转动的过程中,对于汽轮机,燃气轮机等转轴9较长的设备,在启动和停止转动之前,可让压力工作腔7处于未膨胀状态的原位状态,让左侧弹性部4和右侧弹性部5带着随动密封部3沿径向向外移动,从而让转轴9通过振动急剧增大的转动阶段。当转轴9的转动平稳后,再令压力工作腔7处于膨胀状态,让左侧弹性部4和右侧弹性部5推动随动密封部3沿径向向里移动,让随动密封部3进入到随动密封位置。在随动密封过程中,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变大时,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力减小,进而让随动密封部3和密封面1之间的流体对随动密封部3产生的压力作用无法阻止随动密封部3朝着密封面1运动时,此时随动密封部3会迅速在压力工作腔7内流体压力的作用下朝着密封面1运动,让随动密封部3和密封面1之间的间隙变小,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,当密封面1的运动导致随动密封部3和密封面1之间的间隙变小时,会令随动密封部3和密封面1之间的流体的压力增大并迅速推开随动密封部3,让随动密封部3和密封面1之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部3对密封面1的随动密封。因此,本发明可有效减少密封面在运动过程中跳动较大的密封系统的泄漏量,降低设备在运行过程中的能源浪费,提高密封装置的使用寿命。
Claims (10)
1.随动式密封方法,其特征在于包括以下步骤:
A、在需要密封的密封面(1)附近设置随动密封部(3),随动密封部(3)上设有喷气孔(6)或喷气缝,喷气孔(6)或喷气缝与流体压力源相通;
B、让随动密封部(3)在压力的作用下贴向密封面(1),让来自流体压力源的流体经由随动密封部(3)上设有的喷气孔(6)或喷气缝喷射出去,并流向随动密封部(3)和密封面(1)之间的间隙中;
C、随着随动密封部(3)贴向密封面(1),会导致随动密封部(3)和密封面(1)之间的间隙不断缩小,会令随动密封部(3)和密封面(1)之间的流体的压力不断升高,最终随动密封部(3)和密封面(1)之间的间隙将不再缩小,随动密封部(3)和密封面(1)之间进入到受力平衡状态;
D、当密封面(1)的运动导致密封面(1)远离随动密封部(3)时,随动密封部(3)和密封面(1)之间的流体的压力会减小,进而让随动密封部(3)在压力的作用下迅速朝着密封面(1)运动,直至随动密封部(3)和密封面(1)之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置;
当密封面(1)的运动导致密封面(1)进一步接近随动密封部(3)时,随动密封部(3)和密封面(1)之间的流体的压力会增大,进而让随动密封部(3)在压力的作用下迅速朝着远离密封面(1)运动,直至随动密封部(3)和密封面(1)之间的间隙恢复到原来的受力平衡位置,由此实现随动密封部(3)对密封面(1)的随动密封。
2.根据权利要求1所述的随动式密封方法,其特征在于所述随动密封部(3)设置在密封体(2)朝向密封面(1)的端面上,随动密封部(3)通过弹性部与密封体(2)相连,密封体(2)上设有压力工作腔(7),压力工作腔(7)由密封体(2)、随动密封部(3)和弹性部围构形成,密封体(2)的壁上设有与压力工作腔(7)相通的流体出入口(8),流体出入口(8)通过流体通道与流体压力源相通,喷气孔(6)或喷气缝与压力工作腔(7)相通。
3.根据权利要求2所述的随动式密封方法,其特征在于所述弹性部包括左侧弹性部(4)和右侧弹性部(5),随动密封部(3)的左侧通过左侧弹性部(4)与密封体(2)相连,随动密封部(3)的右侧通过右侧弹性部(5)与密封体(2)相连,压力工作腔(7)由密封体(2)、随动密封部(3)、左侧弹性部(4)和右侧弹性部(5)围构形成。
4.根据权利要求3所述的随动式密封方法,其特征在于所述密封体(2)为圆环形,密封体(2)内环绕设有多个压力工作腔(7),每个压力工作腔(7)朝里的一端分别设有一个设有随动密封部(3),每个随动密封部(3)的左侧分别通过一个左侧弹性部(4)与密封体(2)相连,每个随动密封部(3)的右侧分别通过一个右侧弹性部(5)与密封体(2)相连,多个随动密封部(3)拼接构成圆环形,相邻的随动密封部(3)之间具有间隙。
5.随动式密封装置,其特征在于包括随动密封部(3),随动密封部(3)上设有喷气孔(6)或喷气缝,喷气孔(6)或喷气缝与流体压力源相通,随动密封部(3)可在随动密封部(3)和密封面(1)之间的间隙中流体压力的作用下远离密封面(1),随动密封部(3)可在压力的作用下贴向密封面(1)。
6.根据权利要求5所述的随动式密封装置,其特征在于所述随动密封部(3)设置在密封体(2)朝向密封面(1)的端面上,随动密封部(3)通过弹性部与密封体(2)相连,密封体(2)上设有压力工作腔(7),压力工作腔(7)由密封体(2)、随动密封部(3)和弹性部围构形成,密封体(2)的壁上设有与压力工作腔(7)相通的流体出入口(8),流体出入口(8)通过气路与流体压力源相通,喷气孔(6)或喷气缝与压力工作腔(7)相通。
7.根据权利要求6所述的随动式密封装置,其特征在于所述弹性部包括左侧弹性部(4)和右侧弹性部(5),随动密封部(3)的左侧通过左侧弹性部(4)与密封体(2)相连,随动密封部(3)的右侧通过右侧弹性部(5)与密封体(2)相连,压力工作腔(7)由密封体(2)、随动密封部(3)、左侧弹性部(4)和右侧弹性部(5)围构形成。
8.根据权利要求7所述的随动式密封装置,其特征在于所述密封体(2)为圆环形,密封体(2)内环绕设有多个压力工作腔(7),每个压力工作腔(7)朝里的一端分别设有一个设有随动密封部(3),每个随动密封部(3)的左侧分别通过一个左侧弹性部(4)与密封体(2)相连,每个随动密封部(3)的右侧分别通过一个右侧弹性部(5)与密封体(2)相连,多个随动密封部(3)拼接构成圆环形,相邻的随动密封部(3)之间具有间隙。
9.根据权利要求8所述的随动式密封装置,其特征在于所述随动密封部(3)上设有1—3排喷气孔(6)或喷气缝,喷气孔(6)的孔径为0.3mm—0.9mm,相邻的喷气孔(6)之间的间距为5mm—30mm。
10.根据权利要求9所述的随动式密封装置,其特征在于所述压力工作腔(7)内设有用于测量压力的压力传感器,喷气孔(6)的孔径为0.5mm—0.7mm,相邻的喷气孔(6)之间的间距为10mm—20mm;所述随动密封部(3)采用橡胶或石墨或铜合金或铁素体材料或封严涂层材料制成。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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