CN110080829A - 一种内表面带孔槽的防旋板结构 - Google Patents

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陈尧兴
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    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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Abstract

本发明公开了一种能够提高密封转子稳定性的防旋板结构，该防旋板结构设置在密封静子上，由若干布置在旋转密封进口的平板组成，且在每个防旋板结构内表面上开设有孔槽，该孔槽使得工质流经防旋板结构内表面时进行阻滞耗散。本发明的核心在于防旋板结构内表面开设孔槽且孔槽呈单个或者单排布置。这种内表面开设孔槽的防旋板结构，不仅能够对相邻防旋板结构间的周向气流起到阻滞导流作用，还能够在周向气流通过防旋板结构内表面时进一步起到类似孔型密封、蜂窝密封一样的阻滞耗散作用，更加高效的抑制密封进口处气流的周向发展，从而降低密封的交叉刚度、增加密封有效阻尼，降低甚至是消灭有效阻尼项穿越频率，实现密封转子稳定安全运行的目的。

Description

一种内表面带孔槽的防旋板结构
技术领域
本发明属于叶轮机械技术领域，尤其涉及一种内表面带孔槽的防旋板结构。
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，主要承担着控制通过动静间隙从高压区向低压区的泄漏流动的作用。目前常用的旋转密封有迷宫密封、蜂窝密封、孔型密封、袋型阻尼密封。随着人们对蒸汽轮机、燃气轮机、泵和压气机等现代叶轮机械更高效率的追求，旋转密封必须适应更加严苛的运行条件：高转速、低间隙。然而，研究结果表明，高转速或低间隙下的旋转密封在密封腔室内产生的非定常气流激振力容易诱发密封转子失稳，尤其是迷宫密封。另一方面，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动静间隙控制中得到广泛应用。因此，解决以迷宫密封为主的旋转密封失稳问题成为了当前的重中之重。
目前工程上针对迷宫密封引起密封转子失稳的问题，通常的解决方式为：选用转子稳定性能相对较好的旋转密封替换迷宫密封，比如蜂窝密封、孔型密封以及袋型阻尼密封，但是这种解决方法并不能彻底根治密封转子失稳问题，且蜂窝密封、孔型密封、袋型阻尼密封对密封加工要求相对较高。
发明内容
本发明针对叶轮机械中广泛应用的旋转密封增强转子稳定性的要求，提供了一种内表面带孔槽的防旋板结构，这种防旋板结构不仅能够对相邻防旋板结构间的周向气流起到阻滞导流作用，还能够在周向气流通过防旋板结构内表面时进一步起到类似孔型密封、蜂窝密封一样的阻滞耗散作用，更加高效的抑制密封进口处气流的周向发展，从而降低密封的交叉刚度、增加密封有效阻尼，进而降低甚至是消灭有效阻尼项穿越频率，实现密封转子稳定安全运行的目的。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种内表面带孔槽的防旋板结构，该防旋板结构设置在密封静子上，由若干布置在旋转密封进口的平板组成，相邻两个平板之间平行设置，且在每个防旋板结构内表面上开设有孔槽，该孔槽使得工质流经防旋板结构内表面时进行阻滞耗散。
本发明进一步的改进在于，该防旋板结构应用于迷宫密封、孔型密封和蜂窝密封。
本发明进一步的改进在于，该防旋板结构紧靠密封静子上的密封齿布置，或者间隔密封齿布置，即防旋板结构与密封齿的轴向距离大于或等于0。
本发明进一步的改进在于，该防旋板中轴线与旋转方向夹角小于或等于90°。
本发明进一步的改进在于，该防旋板结构内表面开设的孔槽截面为圆形、矩形或椭圆形。
本发明进一步的改进在于，该防旋板结构内表面开设的孔槽为单个或单排。
本发明进一步的改进在于，防旋板结构内表面开设的孔槽按照孔型和排数分为单个矩形孔槽、单排圆形孔槽、单排矩形孔槽、单排椭圆形孔槽、单排矩形椭圆形混合孔槽、单排矩形圆形混合孔槽、单排圆形椭圆形混合孔槽以及单排矩形圆形椭圆形混合孔槽。
本发明进一步的改进在于，该防旋板结构内表面上孔槽的孔槽深度不小于防旋板高度的1/3。
本发明进一步的改进在于，该防旋板结构的防旋板高度与旋转密封的密封齿高度相等。
本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种内表面带孔槽的防旋板结构，该防旋板结构由一系列布置在旋转密封进口的平板组成，且在每个防旋板结构内表面上开设有孔槽。这种防旋板结构内表面开设孔槽的防旋板结构，不仅能够对相邻防旋板结构间的周向气流起到阻滞导流作用，还能够在周向气流通过防旋板结构内表面时进一步起到类似孔型密封、蜂窝密封一样的阻滞耗散作用，更加高效的抑制密封进口处气流的周向发展，从而降低密封的交叉刚度、增加密封有效阻尼，进而降低甚至是消灭有效阻尼项穿越频率，实现密封转子稳定安全运行的目的。因此，本发明提供的内表面带孔槽的防旋板结构，能够更加可靠的保障旋转密封的安全稳定运行，并且将进一步推广以迷宫密封为代表的旋转密封在工程实际中的应用范围，具有重要的工程意义。
附图说明
图1是本发明内表面带孔槽的防旋板结构和迷宫密封的三维结构图；
图2是本发明内表面带孔槽的防旋板结构安装在密封进口处的局部二维剖视图；
图3是本发明内表面带孔槽的防旋板结构的周向位置布置；
图4是本发明孔槽在防旋板结构内表面的几种布置方式示意图，其中图4(a)为单个矩形孔槽示意图，图4(b)为单排圆形孔槽示意图，图4(c)为单排矩形孔槽示意图，图4(d)为单排椭圆形孔槽示意图，图4(e)为单排矩形、椭圆形混合孔槽示意图，图4(f)为单排矩形、圆形混合孔槽示意图，图4(g)为单排圆形、椭圆形混合孔槽示意图，图4(h)为单排矩形、圆形、椭圆形混合孔槽示意图。
附图标记说明：
1为密封静子；2为密封转子；3为密封齿；4为防旋板结构；5为防旋板结构内表面；6为孔槽；7为防旋板结构与密封齿的轴向距离；8为孔槽深度；9为防旋板高度；10为密封齿高度；11为防旋板中轴线；12为防旋板中轴线与旋转方向夹角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
参见图1-图4，本发明提供的一种内表面带孔槽的防旋板结构，该防旋板结构4设置在密封静子1上，由若干布置在旋转密封进口的平板组成，相邻两个平板之间平行设置，且在每个防旋板结构内表面5上开设有孔槽6。这种防旋板结构内表面5开设孔槽6的防旋板结构4，不仅能够对相邻防旋板结构4间的周向气流起到阻滞导流作用，还能够在周向气流通过防旋板结构内表面5时进一步起到类似孔型密封、蜂窝密封一样的阻滞耗散作用，更加高效的抑制密封进口处气流的周向发展。
具体实施而言，参见图1和图2，所述防旋板结构4为独立于旋转密封进行单独加工完成，因此，待防旋板结构内表面5开设孔槽6完成后直接安装在密封静子1的进口位置处。
参见图1-图4，所述旋转密封的密封形式为迷宫密封、孔型密封和蜂窝密封。
参见图2，所述防旋板结构4能够紧靠密封齿3布置，也可以间隔密封齿3布置，也就是说，防旋板结构与密封齿的轴向距离7满足大于或等于0即可。
参见图3，所述防旋板中轴线与旋转方向夹角12小于或等于90°。
参加图4，所述防旋板结构内表面5开设的孔槽6截面可以为圆形、矩形或椭圆形，所述防旋板结构内表面5开设的孔槽6可以为单个或者单排，因此，所述防旋板结构内表面5开设的孔槽6按照孔型和排数可分为单个矩形孔槽、单排圆形孔槽、单排矩形孔槽、单排椭圆形孔槽、单排矩形椭圆形混合孔槽、单排矩形圆形混合孔槽、单排圆形椭圆形混合孔槽以及单排矩形圆形椭圆形混合孔槽。
参见图2，所述防旋板结构内表面5上孔槽6的孔槽深度8不小于防旋板高度9的1/3。
参见图2，所述防旋板结构4的防旋板高度9与旋转密封的密封齿高度10相等。
本发明的技术原理如下：
本发明提供的能够提高转子稳定性的防旋板结构4，是在防旋板结构内表面5开设孔槽6。这种防旋板结构内表面5开设孔槽6的防旋板结构4，不仅能够对相邻防旋板结构4间的周向气流起到阻滞导流作用，还能够在周向气流通过防旋板结构内表面5时进一步起到类似孔型密封、蜂窝密封一样的阻滞耗散作用，更加高效的抑制密封进口处气流的周向发展，从而降低密封的交叉刚度、增加密封有效阻尼，进而降低甚至是消灭有效阻尼项穿越频率，实现密封转子稳定安全运行的目的。因此，本发明的防旋板结构内表面5带孔槽6的防旋板结构4，能够更加可靠的保障旋转密封的安全稳定运行，并且将进一步推广以迷宫密封为代表的旋转密封在工程实际中的应用范围，具有重要的工程意义。

Claims (9)

1.一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板结构(4)设置在密封静子(1)上，由若干布置在旋转密封进口的平板组成，相邻两个平板之间平行设置，且在每个防旋板结构内表面(5)上开设有孔槽(6)，该孔槽(6)使得工质流经防旋板结构内表面(5)时进行阻滞耗散。
2.根据权利要求1所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板结构(4)应用于迷宫密封、孔型密封和蜂窝密封。
3.根据权利要求1所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板结构(4)紧靠密封静子(1)上的密封齿(3)布置，或者间隔密封齿(3)布置，即防旋板结构与密封齿的轴向距离(7)大于或等于0。
4.根据权利要求1所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板中轴线与旋转方向夹角(12)小于或等于90°。
5.根据权利要求1所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板结构内表面(5)开设的孔槽(6)截面为圆形、矩形或椭圆形。
6.根据权利要求5所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板结构内表面(5)开设的孔槽(6)为单个或单排。
7.根据权利要求6所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，防旋板结构内表面(5)开设的孔槽(6)按照孔型和排数分为单个矩形孔槽、单排圆形孔槽、单排矩形孔槽、单排椭圆形孔槽、单排矩形椭圆形混合孔槽、单排矩形圆形混合孔槽、单排圆形椭圆形混合孔槽以及单排矩形圆形椭圆形混合孔槽。
8.根据权利要求7所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板结构内表面(5)上孔槽(6)的孔槽深度(8)不小于防旋板高度(9)的1/3。
9.根据权利要求1所述的一种内表面带孔槽的防旋板结构，其特征在于，该防旋板结构(4)的防旋板高度(9)与旋转密封的密封齿高度(10)相等。
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