CN111663963B - 一种可调节末级压降的多级刷式密封结构 - Google Patents

一种可调节末级压降的多级刷式密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于机械动密封结构技术领域，具体为一种可调节末级压降的多级刷式密封结构。本密封结构包括静子机匣、齿轮、齿轮轴、静子机匣放气孔、刷丝束、下游刷式密封件放气通孔、下游刷式密封上侧轮齿等；静子机匣静止不动下游圆周方向均匀开有4个齿轮轴孔、12个静子机匣放气孔；上游刷式密封件固定安装在静子机匣内侧。本发明通过给予齿轮轴逆向沿刷丝倾斜方向驱动力矩，并通过齿轮轴传递扭矩给齿轮，下游刷式密封件轮齿啮合传递给下游刷式密封件，使下游刷式密封件绕转子旋转；本密封结构可以在保证泄漏量低的情况下，平衡下游刷式密封压降，并且通过改变放气孔有效流通面积，实现控制放气量的多少，保证多级刷式密封长期平稳安全可靠工作。

Description

一种可调节末级压降的多级刷式密封结构
技术领域
本发明属于机械动密封结构技术领域，具体涉及一种可调节末级压降的多级刷式密封结构。
背景技术
密封技术已成为发展高性能和高可靠性透平机械的一项关键技术。迷宫密封作为非接触式动密封具有结构简单、成本低廉和容易替换的特点，广泛应用于透平机械中。但是，迷宫密封与转子间存在固有间隙，其泄漏量相比接触式刷式密封较大，特别是在转子发生瞬时径向偏移时，迷宫齿会产生永久性磨损，使得密封间隙增大，密封性能下降。刷式密封中，当转子发生瞬时径向偏移时，刷丝的柔性会产生弹性退让，当转子从偏心位置恢复时，刷丝又会在弹性恢复力的作用下及时跟随转子，以保证良好的密封性能。相比迷宫密封，刷式密封作为接触式动密封具有更加优秀、稳定和持久的密封性能，但会受到接触速度、承压能力等的限制，会产生摩擦热效应、迟滞效应等。用刷丝束代替迷宫密封中的迷宫齿而组成单级或多级刷式密封，不仅具有优秀和持久的密封性能，同时还具有很强的承压能力。
研究表明，多级刷式密封沿气流流动方向逐级不均匀增大的体积流量，各级压降随体积流量逐级不均匀的增加而增大，各级承担压降逐级增大，最下游刷式密封件承受较大的级间压降，最下游刷丝更容易因级间压降作用损坏，从而造成最下游刷式密封件短期内失效，因最下游刷式密封失效向上游刷式密封件传递，导致整体多级刷式密封件密封效果与可靠性显著降低，同时增加了维修成本。
因此，在保证泄漏量低的情况下，如何平衡下游刷式密封压降，且能够保证多级刷式密封长期平稳安全可靠工作，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提出一种能够确保多级刷式密封长期平稳安全可靠工作的可调节末级压降的多级刷式密封结构。
本发明提供的可调节下游压降的多级刷式密封结构，包括静子机匣，齿轮，平键，齿轮轴，静子机匣放气孔，前挡板，刷丝束，后挡板，下游刷式密封件放气通孔，下游刷式密封上侧轮齿。所述静子机匣静止不动，并在其下游圆周方向均匀开有4个齿轮轴孔、12个静子机匣放气孔；齿轮轴孔用于固定齿轮轴；12个静子机匣放气孔，均匀分布在下游刷式密封件两侧夹板上，每夹板上各有6个放气孔，按圆周方向均匀分布，上游刷式密封件通过熔焊工艺固定安装在静子机匣内侧。所述齿轮由穿过静子机匣的齿轮轴通过平键连接固定，提供下游刷式密封件所需的支撑力，并与下游刷式密封件上侧轮齿啮合，且齿轮与静子机匣内侧留有间隙，以保证齿轮可带动下游刷式密封件旋转。所述齿轮轴设置于静子机匣对应的齿轮轴孔上，通过施加主动驱动力矩，齿轮轴在齿轮孔内旋转带动齿轮旋转。所述下游刷式密封件放气通孔设置于下游刷式密封件上侧并与静子机匣放气孔连通，连接下游刷式密封件上游气体与下游气体。所述下游刷式密封件上侧设置有轮齿，该轮齿与固定在齿轮轴上的齿轮啮合。所述刷丝束通过熔焊工艺固定在前后挡板中间，刷丝束自由端距离转子约0.02mm，呈45°角度安装；设置有前挡板与后挡板，用于保证刷丝束固定，且为防止刷丝因轴向压降大而产生轴向变形，从而影响密封性能，后挡板略长于前挡板。
有关研究表明，下游刷丝束所承受的轴向压降与径向压降较大，存在明显的级间不均衡性。本发明可通过给予齿轮轴逆向沿刷丝倾斜方向驱动力矩，并通过齿轮轴传递扭矩给齿轮，下游刷式密封件轮齿啮合传递给下游刷式密封件，使下游刷式密封件绕转子旋转；当下游刷式密封件上侧放气通孔与静子机匣放气孔连通时，下游刷式密封的少量上游气体通过静子机匣放气孔，然后经过下游刷式密封上侧放气通孔流到下游，进而平衡下游刷式密封件级间压力，以降低下游刷丝束承受的级间压差，提高刷式密封的使用寿命。当下游刷式密封件处于可承受压降范围内时，下游刷式密封件上侧放气通孔与静子机匣放气孔错开，减少泄漏量，保证多级刷式密封件安全可靠工作。
本密封结构可以在保证泄漏量低的情况下，平衡下游刷式密封压降，并且通过改变放气孔有效流通面积，实现控制放气量的多少，保证多级刷式密封长期平稳安全可靠工作，
本发明提出的可调节末级压降的多级刷式密封结构，其主要优点如下：
1、相对于传统多级刷式密封结构，在静子机匣与末级刷式密封件上设置放气孔，可有效平衡级间压降，增加了多级刷式密封可靠性与耐久性，降低维修成本；
2、相对于传统多级刷式密封结构，可增加驱动力控制系统与轮齿齿数相配合，改变末级刷式密封上侧放气孔与静子机匣放气孔间的有效流通面积实现放气量精准控制；
3、相对于传统多级刷式密封结构，本发明所应用的齿轮，齿轮轴，平键等均为互换性零件，便于更换损害零件。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图中标号：1为静子机匣，2为齿轮，3为平键，4为齿轮轴，5为静子机匣放气孔，6为前挡板，7为刷丝束，8为后挡板，9为下游刷式密封件放气通孔，10为下游刷式密封轮齿，11为转子。
具体实施方式
如图1-图2所示：一种可调节下游压降的多级刷式密封结构，包括：静子机匣1，齿轮2，平键3，齿轮轴4，静子机匣放气孔5，前挡板6，刷丝束7，后挡板8，下游刷式密封件放气通孔9，下游刷式密封上侧轮齿10。所述静子机匣1静止不动，并在其下游圆周方向均匀开有4个齿轮轴孔、12个静子机匣放气孔5；齿轮轴孔用于固定齿轮轴4；12个静子机匣放气孔5均匀分布在下游刷式密封件两侧夹板上，每侧夹板上各有6个静子机匣放气孔5，按圆周方向均匀分布；上游刷式密封件通过熔焊工艺固定安装在静子机匣1内侧。所述齿轮2由穿过静子机匣1的齿轮轴4通过平键3连接固定，提供下游刷式密封件所需的支撑力，并与下游刷式密封件上侧轮齿10齿合，且齿轮2与静子机匣1内侧留有间隙，以保证齿轮2可带动下游刷式密封件旋转。所述齿轮轴4设置于静子机匣1对应的齿轮轴孔上，通过施加主动驱动力矩，齿轮轴4在齿轮孔内旋转带动齿轮2旋转。所述下游刷式密封件放气通孔9设置于下游刷式密封件上侧并与静子机匣放气孔5连通，连接下游刷式密封件上游气体与下游气体。所述下游刷式密封件上侧设置有轮齿10，轮齿10与齿轮2齿合。所述刷丝束7通过熔焊工艺固定在前后挡板中间，刷丝束7自由端距离转子11约0.02mm，呈45°角度安装，为保证刷丝束7固定，设置有前挡板6与后挡板8，且为防止刷丝7因轴向压降大而轴向变形影响密封性能，后挡板8略长于前挡板6。有关研究表明，下游刷丝束所承受的轴向压降与径向压降较大，存在明显的级间不均衡性，本发明可通过给予齿轮轴4逆沿刷丝7倾斜方向驱动力矩，通过齿轮轴4传递扭矩给齿轮2，下游刷式密封件轮齿10齿合传递给下游刷式密封件，使下游刷式密封件绕转子11旋转；当下游刷式密封件上侧放气通孔9与静子机匣放气孔5连通时，下游刷式密封的少量上游气体通过静子机匣放气孔5，然后经过下游刷式密封上侧放气通孔9流到下游，进而平衡下游刷式密封件级间压力，降低了下游刷丝束承受的级间压差，提高了刷式密封的使用寿命。当下游刷式密封件处于可承受压降范围内时，下游刷式密封件上侧放气通孔9与静子机匣放气孔5错开，减少泄漏量，保证多级刷式密封件安全可靠工作。
本发明结构简单，相对于传统多级刷式密封结构，在静子机匣上设置放气孔与下游刷式密封件上设置放气通孔，可有效平衡级间压降，增加了多级刷式密封可靠性与耐久性，降低维修成本；可增加驱动力控制系统与轮齿齿数相配合，改变下游刷式密封上侧放通孔与静子机匣放气孔间的有效流通面积实现放气量精准控制；本发明所应用的齿轮，齿轮轴，平键等均为互换性零件，便于更换损害零件。

Claims (2)

1.一种可调节下游压降的多级刷式密封结构，其特征在于，包括静子机匣，齿轮，平键，齿轮轴，静子机匣放气孔，前挡板，刷丝束，后挡板，下游刷式密封件放气通孔，下游刷式密封上侧轮齿；其中：
所述静子机匣静止不动，在其下游圆周方向均匀开有4个齿轮轴孔、12个静子机匣放气孔；齿轮轴孔用于固定齿轮轴；12个静子机匣放气孔，均匀分布在下游刷式密封件两侧夹板上，每夹板上各有6个放气孔，按圆周方向均匀分布；
上游刷式密封件通过熔焊工艺固定安装在静子机匣内侧；
所述齿轮由穿过静子机匣的齿轮轴通过平键连接固定，提供下游刷式密封件所需的支撑力，并与下游刷式密封件上侧轮齿啮合，且齿轮与静子机匣内侧留有间隙，以保证齿轮可带动下游刷式密封件旋转；
所述齿轮轴设置于静子机匣对应的齿轮轴孔内，通过施加主动驱动力矩，齿轮轴在齿轮孔内旋转带动齿轮旋转；
所述下游刷式密封件放气通孔设置于下游刷式密封件上侧，并与静子机匣放气孔连通，连接下游刷式密封件上游气体与下游气体；
所述下游刷式密封件上侧设置有轮齿，该轮齿与固定在齿轮轴上的齿轮啮合；
所述刷丝束通过熔焊工艺固定在前后挡板中间，刷丝束自由端距离转子0.02mm，呈45°角度安装；设置有前挡板与后挡板，用于保证刷丝束固定，且为防止刷丝因轴向压降大而产生轴向变形，从而影响密封性能，后挡板长于前挡板。
2.根据权利要求1所述的可调节下游压降的多级刷式密封结构，其特征在于，其动作过程为：通过给予齿轮轴逆向沿刷丝倾斜方向驱动力矩，并通过齿轮轴传递扭矩给齿轮，下游刷式密封件轮齿啮合传递给下游刷式密封件，使下游刷式密封件绕转子旋转；当下游刷式密封件上侧放气通孔与静子机匣放气孔连通时，下游刷式密封的少量上游气体通过静子机匣放气孔，然后经过下游刷式密封上侧放气通孔流到下游，进而平衡下游刷式密封件级间压力，以降低下游刷丝束承受的级间压差，提高刷式密封的使用寿命；当下游刷式密封件处于可承受压降范围内时，下游刷式密封件上侧放气通孔与静子机匣放气孔错开，减少泄漏量，保证多级刷式密封件安全可靠工作。
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