CN111457102A - 一种气阻型密封结构及工作方法 - Google Patents

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高庆
屈杰
居文平
朱蓬勃
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Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Xian Xire Energy Saving Technology Co Ltd
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Thermal Power Research Institute
Xian Xire Energy Saving Technology Co Ltd
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    • 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
    • F16J15/44—Free-space packings
    • F16J15/447—Labyrinth packings
    • F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path

Abstract

本发明公开了一种气阻型密封结构及工作方法，本发明是在传统迷宫密封静子块的气流上游端壁面处增开高压引流管，将部分高压气流通过引流管引入静子块内部的均压缓流腔室中，并进一步通过内腔充压导气管将气流均匀压入。通过气流充压的方法，使得密封前部区域有效压差降低，从源头上减小了间隙泄露的原始动力，同时在高压射流卷吸诱导下，与内腔充压导气管所连接的密封间隙中部空腔也将形成了充满整个腔室的大尺度漩涡结构，增强了能量耗散，降低间隙泄露量，提升了机组运行安全经济性。

Description

一种气阻型密封结构及工作方法
技术领域
本发明属于密封结构领域，具体涉及一种气阻型密封结构及工作方法。
背景技术
在叶轮机械中为了防止动静部分发生摩擦，转动部件与静止部件之间必须留有间隙，而由于间隙前后压差的存在，部分工质不可避免地会从间隙处泄漏。从动静间隙处泄漏的气流没有进入叶片通道内做功，同时会对主流产生干扰，造成能量损失。旋转密封就是安装在叶轮机械中的动静间隙处，控制工质通过动静间隙的泄漏流动，尽可能地阻止泄漏，消除泄漏流体对主流的影响，降低泄漏损失。
目前工程中常用的旋转密封结构有迷宫密封和蜂窝密封等。由于叶轮机械在运行时工况和负荷复杂多变，设计人员常常选取略微“偏大”的密封间隙，从而避免产生严重摩擦的风险，确保转动部件的安全，这导致了密封结构对间隙泄漏控制程度的减弱。因此开发设计新的密封形式，在“大间隙”条件下，仍能持久有效控制间隙泄漏，对提升机组运行安全性与经济性是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的在于克服控制动静间隙泄露大的问题，提供一种气阻型密封结构及工作方法，能够提升机组运行安全经济性。
为了达到上述目的，一种气阻型密封结构，包括转子和静子块，静子块套设在转子外，转子上设置有凸台，静子块上设置有与凸台相配合的密封齿，密封齿与凸台相配合形成迷宫密封，静子块内置有均压缓流腔室，均压缓流腔室通过高压引流管与外界连通，均压缓流腔室连接有若干内腔充压导气管，所有内腔充压导气管朝向静子块上的凸台。
高压引流管从静子块的端面处与外界连通。
高压引流管从静子块的孔径为10～50mm，内腔充压导气管的孔径为1～10mm。
高压引流管的轴向与转子的轴向平行或具有夹角。
内腔充压导气管的截面为圆型、椭圆型、方型或蜂窝六边型。
高压引流管的总数为4～60个。
高压引流管与均压缓流腔室连接处为管径逐渐扩大的扩散状。
一种气阻型密封结构的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，通过高压引流管将高压气体引入静子块内的均压缓流腔室内；
步骤二，压缓流腔室内的高压气体通过内腔充压导气管压入迷宫密封间隙中部的空腔内。
当高压引流管的轴向与转子轴向平行时，为轴向进汽引流方式，高压引流管的轴向与转子的轴向具有夹角时，为切向进汽引流方式。
与现有技术相比，本发明是在传统迷宫密封静子块的气流上游端壁面处增开高压引流管，将部分高压气流通过引流管引入静子块内部的均压缓流腔室中，并进一步通过内腔充压导气管将气流均匀压入。通过气流充压的方法，使得密封前部区域有效压差降低，从源头上减小了间隙泄露的原始动力，同时在高压射流卷吸诱导下，与内腔充压导气管所连接的密封间隙中部空腔也将形成了充满整个腔室的大尺度漩涡结构，增强了能量耗散，降低间隙泄露量，提升了机组运行安全经济性。
本发明通过气流充压的方法，使得密封前部区域有效压差降低，从源头上减小了间隙泄露的原始动力，同时在高压射流卷吸诱导下，与内腔充压导气管所连接的密封间隙中部空腔也将形成了充满整个腔室的大尺度漩涡结构，这进一步增强了能量耗散。最终实现了降低间隙泄露量，提升机组运行安全经济性的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明中高压引流管与内腔充压导气管局部放大图；
图5为不同压比工况下传统迷宫密封与本发明气阻型密封的泄露量对比图；
其中，1、高压引流管，2、均压缓流腔室，3、内腔充压导气管，4、密封齿，5、凸台，6、转子，7、静子块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1至图4，一种气阻型密封结构，包括转子6和静子块7，静子块7套设在转子6外，转子6上设置有凸台5，静子块7上设置有与凸台5相配合的密封齿4，密封齿4与凸台5相配合形成迷宫密封，静子块7内置有均压缓流腔室2，均压缓流腔室2通过高压引流管1与外界连通，高压引流管1从静子块7的端面处与外界连通，均压缓流腔室2连接有若干内腔充压导气管3，所有内腔充压导气管3朝向静子块7上的凸台5。高压引流管1的轴向与转子6的轴向平行或具有夹角。高压引流管1与均压缓流腔室2连接处为管径逐渐扩大的扩散状。
优选的，高压引流管1从静子块7的孔径为10～50mm，内腔充压导气管3的孔径为1～10mm。
优选的，高压引流管1的总数为4～60个。
优选的，内腔充压导气管3的截面为圆型、椭圆型、方型或蜂窝六边型。
内腔充压导气管3等距均匀排列于均压缓流腔室下方，并与密封间隙中部的空腔相连接，排列方式可为顺序排列及交叉排列。
一种气阻型密封结构的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，通过高压引流管1将高压气体引入静子块7内的均压缓流腔室2内；当高压引流管1的轴向与转子6轴向平行时，为轴向进汽引流方式，高压引流管1的轴向与转子6的轴向具有夹角时，为切向进汽引流方式。
步骤二，压缓流腔室2内的高压气体通过内腔充压导气管3压入迷宫密封间隙中部的空腔内。
在相同气动边界及几何结构条件下，可使间隙泄露量值降低50％。本发明通过气流充压的方法，使得密封前部区域有效压差降低，从源头上减小了间隙泄露的原始动力，同时在高压射流卷吸诱导下，与内腔充压导气管所连接的密封间隙中部空腔也将形成了充满整个腔室的大尺度漩涡结构，这进一步增强了能量耗散。最终实现了降低间隙泄露量，提升机组运行安全经济性的目的。
参见图5，给出了不同压比工况下本发明一种气阻型密封与传统迷宫密封，泄露系数随压比的变化曲线。泄露系数随压比的减小而增大，且压比越大，泄露系数随压比的变化趋势越明显，当压比减小到一定值时，泄露系数趋于最大值。这是由于随着压比的减小，密封内的流动在最后一个密封齿顶间隙处逐渐达到临界状态，发生了流动阻塞，泄漏量的大小不再随压比的减小而变化。同时可以看出，在每一工况下，本发明气阻型密封的泄漏量均小于同尺寸的传统迷宫密封。且随着压比的减小，泄露系数降低的幅值成增加趋势。

Claims (9)

1.一种气阻型密封结构，其特征在于，包括转子(6)和静子块(7)，静子块(7)套设在转子(6)外，转子(6)上设置有凸台(5)，静子块(7)上设置有与凸台(5)相配合的密封齿(4)，密封齿(4)与凸台(5)相配合形成迷宫密封，静子块(7)内置有均压缓流腔室(2)，均压缓流腔室(2)通过高压引流管(1)与外界连通，均压缓流腔室(2)连接有若干内腔充压导气管(3)，所有内腔充压导气管(3)朝向静子块(7)上的凸台(5)。
2.根据权利要求1所述的一种气阻型密封结构，其特征在于，高压引流管(1)从静子块(7)的端面处与外界连通。
3.根据权利要求1所述的一种气阻型密封结构，其特征在于，高压引流管(1)从静子块(7)的孔径为10～50mm，内腔充压导气管(3)的孔径为1～10mm。
4.根据权利要求1所述的一种气阻型密封结构，其特征在于，高压引流管(1)的轴向与转子(6)的轴向平行或具有夹角。
5.根据权利要求1所述的一种气阻型密封结构，其特征在于，内腔充压导气管(3)的截面为圆型、椭圆型、方型或蜂窝六边型。
6.根据权利要求1所述的一种气阻型密封结构，其特征在于，高压引流管(1)的总数为4～60个。
7.根据权利要求1所述的一种气阻型密封结构，其特征在于，高压引流管(1)与均压缓流腔室(2)连接处为管径逐渐扩大的扩散状。
8.权利要求1所述的一种气阻型密封结构的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过高压引流管(1)将高压气体引入静子块(7)内的均压缓流腔室(2)内；
步骤二，压缓流腔室(2)内的高压气体通过内腔充压导气管(3)压入迷宫密封间隙中部的空腔内。
9.根据权利要求8所述的一种气阻型密封结构的工作方法，其特征在于，当高压引流管(1)的轴向与转子(6)轴向平行时，为轴向进汽引流方式，高压引流管(1)的轴向与转子(6)的轴向具有夹角时，为切向进汽引流方式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112065511A (zh) * 2020-08-31 2020-12-11 南京航空航天大学 引射式蜂窝衬套-篦齿封严结构
CN113606344A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 西安交通大学 一种基于齿间防旋板优化转子动力特性的迷宫密封

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