CN110030386A - 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 - Google Patents
一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110030386A CN110030386A CN201910269715.XA CN201910269715A CN110030386A CN 110030386 A CN110030386 A CN 110030386A CN 201910269715 A CN201910269715 A CN 201910269715A CN 110030386 A CN110030386 A CN 110030386A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surface texture
- newel post
- cylinder
- end plate
- main shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007667 floating Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000007789 sealing Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/40—Sealings between relatively-moving surfaces by means of fluid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，包括套装于主轴上的轴套和端柱浮动环，端柱浮动环包括端板和柱体，柱体的前端连接端板，端板的前面设置有轴套，端板和柱体上设置有自前端至后端的通道，主轴自所述通道内穿过，端板的前面与柱体的内壁上设置有若干表面织构槽，端柱浮动环的前端为低压侧，端柱浮动环的后端为高压侧，气体从高压侧进入主轴与柱体内壁形成的密封间隙，并经过端板和轴套之间形成的密封间隙；本发明在端、柱面所开设的表面织构槽能够实现更可靠地流体动压效应，降低流体密封泄漏量。同时特有的弹簧结构可以确保浮环在一定可控范围内浮动，防止转子振动时端柱浮动环与轴套、主轴间的碰撞。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机（含地面燃气轮机和航空发动机）、火箭发动机高速旋转部件动静交界面流体密封领域，具体涉及一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构。
背景技术
燃气轮机由于其具有体积小，响应速度快，效率高，功率大等特点，目前被广泛应用于航空航天、船舶、电厂发电及其他各种工业领域。火箭发动机的高比冲特点，广泛用于航天、导弹等领域。提高燃气轮机、火箭发动机高速旋转部件密封技术是提升燃气轮机、火箭发动机性能的关键技术之一。随着现代燃气轮机、火箭发动机需求的不断提高，以及工作环境的不断恶化，降低泄漏流的要求越来越高，对先进的封严密封技术需求越来越强烈。
气膜密封作为燃气轮机、火箭发动机流体密封的关键技术，，其功用是当轴套高速旋转时，高压侧的气体会被带入槽内，气体不断压缩并产生气膜压力，形成动压效应，令浮环与轴套之间形成一层厚度较小，刚度较大的薄膜，从而对主泄漏通道进行封堵；同时，轴套与端柱浮动环之间采取偏心安装，形成气膜厚度不一的收敛型楔形空间，进一步增强了密封的动压效应，极大得提高了气膜承载力。动、静原本接触的两端面被流体介质流动形成的流体薄膜隔开，避免了密封端面间的直接接触磨损，从而实现了密封的非接触运行。气膜密封功率损耗小，辅助系统简单，可靠性高，十分适合燃气轮机、火箭发动机的高参数要求。该技术已经运用于国产“斯贝”航空发动机以及某型火箭发动机涡轮泵高速旋转部件处密封。
发明内容
为了进一步提升端柱面组合气膜密封的密封性能，提高气膜刚度以及减少泄漏量，克服现有端柱面组合气膜密封结构的制约，本发明提出一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，该结构主要特性在浮动环端、柱面上开设表面织构槽，浮动环外侧用弹簧与静子件连接。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，包括依次套装于主轴3上的轴套2和端柱浮动环5，所述端柱浮动环5包括端板10和柱体9，所述柱体9的前端连接端板10，端板10的前面设置有轴套2，所述端板10和柱体9上设置有自前端至后端的通道，所述主轴3自所述通道内穿过，所述端板10的前面与柱体9的内壁上设置有若干表面织构槽8，所述端柱浮动环5的前端为低压侧，端柱浮动环5的后端为高压侧，气体从高压侧进入主轴3与柱体9内壁形成的密封间隙，并经过端板10和轴套2之间形成的密封间隙。
进一步的，所述端板10的后面与柱体9的外壁上也设置有若干弹簧4，所述弹簧4连接罩于轴套2和端柱浮动环5外的机匣1；端板10与机匣1之间的弹簧4沿径向为顺排2排，且沿周向均匀分布，每圆周弹簧4个数为4个；柱体9与机匣1之间的弹簧4沿轴向为顺排3排，且沿周向均匀分布，每圆周弹簧4个数为4个。
进一步的，所述柱体9的尾端通过若干个定位销6与机匣1相接，所述柱体9的尾端通过橡胶垫片7与机匣1相接，所述橡胶垫片7为一个圆环，且若干个定位销6位于圆环外侧，所述定位销6为4个，沿柱体9尾端的周向均匀分布。
进一步的，所述柱体9为一个沿其中心轴设置有通道的圆柱筒，所述端板10为一个中间具有圆孔的圆盘，所述通道的直径与圆孔的直径相同，所述圆柱筒的前端连接圆盘，圆盘与圆柱筒相互垂直。所述柱体9和端板10为一体式。
进一步的，所述表面织构槽8是半径为3~5mm，深度为0.2~1mm的圆形凹槽，每个圆形凹槽的大小和深度均相同。
进一步的，所述端板10上所开设的表面织构槽8沿其周向均匀分布若干圈，柱体9内壁上所开设的表面织构槽8沿其轴向、周向均匀分布若干圈。
进一步的，所述端板10的前面开设的表面织构槽8的中心轴线与主轴3中心轴线平行，若干圈表面织构槽8之间等间距且同心排布，其圆心均为端板10的圆心，且间距为表面织构槽8半径的2倍，若干圈表面织构槽8顺排或叉排；柱体9的内壁上开设的表面织构槽8的中心轴线与主轴3中心轴线垂直，若干圈表面织构槽8之间等间距且同心排布，其圆心均在柱体9中心轴线上，且间距为表面织构槽8半径的2倍，若干圈表面织构槽8顺排或叉排。
进一步的，所述轴套2与主轴3为过盈配合，且同心安装。
进一步的，所述端柱浮动环5与主轴3偏心安装，偏心率为0.2~0.8。
进一步的，所述轴套2外径与端板10的外径相同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明相比于传统的端柱面组合气膜密封结构，在端、柱面所开设的表面织构槽能够实现更可靠地流体动压效应，降低流体密封泄漏量。同时特有的弹簧结构可以确保浮环在一定可控范围内浮动，防止转子振动时端柱浮动环与轴套、主轴间的碰撞。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中端面的表面织构槽顺排的示意图；
图3是本发明中端面的表面织构槽叉排的示意图；
图4是本发明的使用装配图；
图5是本发明的截面图；
图6是本发明的气体走向示意图；
其中：1-机匣，2-轴套，3-主轴，4-弹簧，5-端柱浮动环，6-定位销，7-橡胶垫片，8-表面织构槽，9-柱体，10-端板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-6所示，一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，包括依次套装于主轴3上的轴套2和端柱浮动环5，所述端柱浮动环5包括端板10和柱体9，所述柱体9的前端连接端板10，端板10的前面设置有轴套2，所述端板10和柱体9上设置有自前端至后端的通道，所述主轴3自所述通道内穿过，所述端板10的前面与柱体9的内壁上设置有若干表面织构槽8，所述端柱浮动环5的前端为低压侧，端柱浮动环5的后端为高压侧，气体从高压侧进入主轴3与柱体9内壁形成的密封间隙，并经过端板10和轴套2之间形成的密封间隙；具体地讲，所述柱体9为一个沿其中心轴设置有通道的圆柱筒，所述端板10为一个中间具有圆孔的圆盘，所述通道的直径与圆孔的直径相同，所述圆柱筒的前端连接圆盘，圆盘与圆柱筒相互垂直，优选地，所述柱体9和端板10为一体式。
所述端板10的后面与柱体9的外壁上也设置有若干弹簧4，所述弹簧4连接罩于轴套2和端柱浮动环5外的机匣1；优选地，端板10与机匣1之间的弹簧4沿径向为顺排2排，且沿周向均匀分布，每圆周弹簧4个数为4个；柱体9与机匣1之间的弹簧4沿轴向为顺排3排，且沿周向均匀分布，每圆周弹簧4个数为4个。
作为一个优选方案，所述柱体9的尾端通过若干个定位销6与机匣1相接，所述柱体9的尾端通过橡胶垫片7与机匣1相接，所述橡胶垫片7为一个圆环，且若干个定位销6位于圆环外侧，优选地，定位销6为4个，且沿柱体9尾端的周向均匀分布。
优选地，所述轴套2外径与端板10的外径相同，所述轴套2与主轴3为过盈配合，且同心安装，则轴套2与主轴3进行同步运动，所述端柱浮动环5与主轴3偏心安装，偏心率为0.2~0.8；具体地讲，轴套2与主轴3过盈配合，柱体9的尾端通过橡胶垫片7与机匣1相接，气体则不能从轴套2与主轴3之间通过，气体也不能自机匣1与轴套2外壁之间通过，气体只能自高压侧进入主轴3与柱体9内壁形成的密封间隙，并经过端板10和轴套2之间形成的密封间隙。
优选地，所述表面织构槽8是半径为3~5mm，深度为0.2~1mm的圆形凹槽，每个圆形凹槽的大小和深度均相同。
作为一个优选方案，所述端板10上所开设的表面织构槽8沿其周向均匀分布若干圈，柱体9内壁上所开设的表面织构槽8沿其轴向、周向均匀分布若干圈。
具体地讲，所述端板10的前面开设的表面织构槽8的中心轴线与主轴3中心轴线平行，若干圈表面织构槽8之间等间距且同心排布，其圆心均为端板10的圆心，且间距为表面织构槽8半径的2倍，若干圈表面织构槽8顺排或叉排；柱体9的内壁上开设的表面织构槽8的中心轴线与主轴3中心轴线垂直，若干圈表面织构槽8之间等间距且同心排布，其圆心均在柱体9中心轴线上，且间距为表面织构槽8半径的2倍，若干圈表面织构槽8顺排或叉排。
本发明的原理：主轴与轴套采用过盈配合，使轴套与转轴进行同步运动；端柱浮动环安装在主轴上，端柱浮动环的端面、柱面外侧与弹簧连接，弹簧能确定浮环径向位移，即确保浮环在一定可控范围内进行浮动，又能防止与机匣以及轴套之间的碰撞，延长了密封的使用寿命。端柱浮动环后端由机匣的定位销进行定位配合，限制了端柱浮动环的周向旋转运动，使其在周向方向保持相对稳定的位置。借助弹簧力和密封气压力使端柱浮动环能紧靠在橡胶垫片上，防止高压端介质通过此间隙直接向轴端低压侧泄漏，从而减少了二次泄漏的风险。端柱浮动环与轴套形成了狭小的微尺度间隙，同时在端柱浮动环端面及柱面表面开设表面织构微凹槽。当轴套高速旋转时，高压侧的气体会被带入凹槽内，气体不断压缩并产生气膜压力，形成动压效应，使端柱浮动环与轴套、主轴之间形成一层厚度较小，刚度较大的薄膜，从而对主泄漏通道进行封堵；同时，端柱浮动环与主轴之间采取偏心安装，形成气膜厚度不一的收敛型楔形空间，进一步增强了密封的动压效应，极大得提高了气膜承载力。
本发明中以端柱气膜密封为基础，在端板的前面和柱体9的内壁开设微米级凹坑结构，与传统槽型密封方式相比，提高密封表面的承载力，降低机械密封磨损，提高其使用寿命和可靠性。每个表面织构槽都可以认为是一个微小的流体动压轴承，在相对运动过程中产生额外的流体动压力，使摩擦副之间形成一层很薄的流体润滑膜，让两表面由接触状态转变为非接触，而这对降低机械密封摩擦、磨损来说有很重要的意义。另一方面表面织构槽还可以起到存储磨屑和润滑油的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：包括依次套装于主轴（3）上的轴套（2）和端柱浮动环（5），所述端柱浮动环（5）包括端板（10）和柱体（9），所述柱体（9）的前端连接端板（10），端板（10）的前面设置有轴套（2），所述端板（10）和柱体（9）上设置有自前端至后端的通道，所述主轴（3）自所述通道内穿过，所述端板（10）的前面与柱体（9）的内壁上设置有若干表面织构槽（8），所述端柱浮动环（5）的前端为低压侧，端柱浮动环（5）的后端为高压侧，气体从高压侧进入主轴（3）与柱体（9）内壁形成的密封间隙，并经过端板（10）和轴套（2）之间形成的密封间隙。
2.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述端板（10）的后面与柱体（9）的外壁上也设置有若干弹簧（4），所述弹簧（4）连接罩于轴套（2）和端柱浮动环（5）外的机匣（1）。
3.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述柱体（9）的尾端通过若干个定位销（6）与机匣（1）相接，所述柱体（9）的尾端通过橡胶垫片（7）与机匣（1）相接，所述橡胶垫片（7）为一个圆环，且若干个定位销（6）位于圆环外侧。
4.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述柱体（9）为一个沿其中心轴设置有通道的圆柱筒，所述端板（10）为一个中间具有圆孔的圆盘，所述通道的直径与圆孔的直径相同，所述圆柱筒的前端连接圆盘，圆盘与圆柱筒相互垂直。
5.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述表面织构槽（8）是半径为3~5mm，深度为0.2~1mm的圆形凹槽，每个圆形凹槽的大小和深度均相同。
6.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述端板（10）上所开设的表面织构槽（8）沿其周向均匀分布若干圈，柱体（9）内壁上所开设的表面织构槽（8）沿其轴向、周向均匀分布若干圈。
7.根据权利要求6所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述端板（10）的前面开设的表面织构槽（8）的中心轴线与主轴（3）中心轴线平行，若干圈表面织构槽（8）之间等间距且同心排布，其圆心均为端板（10）的圆心，且间距为表面织构槽（8）半径的2倍，若干圈表面织构槽（8）顺排或叉排；柱体（9）的内壁上开设的表面织构槽（8）的中心轴线与主轴（3）中心轴线垂直，若干圈表面织构槽（8）之间等间距且同心排布，其圆心均在柱体（9）中心轴线上，且间距为表面织构槽（8）半径的2倍，若干圈表面织构槽（8）顺排或叉排。
8.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述轴套（2）与主轴（3）为过盈配合，且同心安装。
9.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述端柱浮动环（5）与主轴（3）偏心安装，偏心率为0.2~0.8。
10.根据权利要求1所述的浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构，其特征在于：所述轴套（2）外径与端板（10）的外径相同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910269715.XA CN110030386A (zh) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910269715.XA CN110030386A (zh) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110030386A true CN110030386A (zh) | 2019-07-19 |
Family
ID=67237431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910269715.XA Pending CN110030386A (zh) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110030386A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111305911A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-19 | 东南大学 | 弹性箔片复合柱面织构密封装置 |
| CN114909476A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-08-16 | 清华大学 | 接触式密封装置及设计方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102927287A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-02-13 | 南京林业大学 | 具有组合流体型槽结构的机械端面密封 |
| CN104819015A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-08-05 | 东南大学 | 自适应动压气膜复合叶尖密封装置及其密封方法 |
| CN205244386U (zh) * | 2015-12-10 | 2016-05-18 | 中国石油大学(华东) | 配合端面带有微造型的碳环密封 |
| CN105874170A (zh) * | 2013-12-30 | 2016-08-17 | 西门子公司 | 用于蒸汽轮机的密封系统和蒸汽轮机 |
| CN108679231A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-10-19 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司 | 汽轮发电机组氢气密封装置及密封方法 |
| CN210034420U (zh) * | 2019-04-04 | 2020-02-07 | 南京航空航天大学 | 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 |
-
2019
- 2019-04-04 CN CN201910269715.XA patent/CN110030386A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102927287A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-02-13 | 南京林业大学 | 具有组合流体型槽结构的机械端面密封 |
| CN105874170A (zh) * | 2013-12-30 | 2016-08-17 | 西门子公司 | 用于蒸汽轮机的密封系统和蒸汽轮机 |
| CN104819015A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-08-05 | 东南大学 | 自适应动压气膜复合叶尖密封装置及其密封方法 |
| CN205244386U (zh) * | 2015-12-10 | 2016-05-18 | 中国石油大学(华东) | 配合端面带有微造型的碳环密封 |
| CN108679231A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-10-19 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司 | 汽轮发电机组氢气密封装置及密封方法 |
| CN210034420U (zh) * | 2019-04-04 | 2020-02-07 | 南京航空航天大学 | 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111305911A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-19 | 东南大学 | 弹性箔片复合柱面织构密封装置 |
| CN114909476A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-08-16 | 清华大学 | 接触式密封装置及设计方法 |
| CN114909476B (zh) * | 2022-06-14 | 2024-03-12 | 清华大学 | 接触式密封装置及设计方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6318958B1 (en) | Air turbine starter with seal assembly | |
| US5126612A (en) | Active radial magnetic bearing combined with a back-up bearing | |
| US6719296B2 (en) | Seal for a rotating member | |
| CN104718387B (zh) | 用于轴颈轴承的端面油构造 | |
| US8215894B2 (en) | Dual configuration seal assembly for a rotational assembly | |
| CN105889314A (zh) | 一种超高速涡轮增压器 | |
| GB2216964A (en) | Rotating shaft seal | |
| CN110030386A (zh) | 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 | |
| CN105889326A (zh) | 一种小微型涡轮增压器 | |
| EP3067579B1 (en) | Bearing arrangement for a gas turbine engine with two rolling bearings and a centring spring integral with both outer rings | |
| CN110529503A (zh) | 一种用于发动机主轴轴承滑油的密封结构 | |
| US9790863B2 (en) | Fluid transfer seal assemblies, fluid transfer systems, and methods for transferring process fluid between stationary and rotating components using the same | |
| JP2022544162A (ja) | 並列接続軸受及び回転子システム | |
| CN108979742A (zh) | 涡轮机抽吸面密封组件 | |
| CN109779947A (zh) | 一种适用于低温高速重复使用的动密封装置 | |
| CN108869541B (zh) | 一种径向轴承、转子系统及径向轴承的控制方法 | |
| CN109163014A (zh) | 一种推力轴承、转子系统及燃气轮机发电机组 | |
| CN111188653A (zh) | 一种微型高速透平膨胀机用气体润滑动压密封装置 | |
| WO2021129425A1 (zh) | 一种空气轴承、转子系统及微型燃气轮机 | |
| CN113551039A (zh) | 一种用于航空发动机中介轴承腔的自适应石墨密封结构 | |
| CN110359967B (zh) | 一种耐高压差刷式密封装置 | |
| CN210034420U (zh) | 一种浮动式表面织构端柱面组合气膜密封结构 | |
| CN112648378A (zh) | 一种鼓泡型箔片柔性支承的柱面气膜密封 | |
| CN101328815B (zh) | 一种自由环接触式无间隙密封结构 | |
| CN209687780U (zh) | 一种适用于低温高速重复使用的动密封装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |