CN111765115A - 一种指尖式干气密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指尖式干气密封装置，若干组交错的指尖环片与后挡板组成静环组件。交错的指尖环片能够阻挡气体沿径向通过指身缝隙。后挡板能够阻止气体沿指身缝隙从轴向通过最内侧指尖环片，使指尖环片保持在近平衡状态。高速旋转的动环使静环组件指身端部的动压浅槽产生气膜力，通过指身材料的弹性，实现3μm至10μm气膜间隙的自适应调整，达到径向非接触式泄漏控制的目的。本发明将传统指尖密封的泄漏控制方向由轴向改为径向，实现了一种指尖式干气密封装置。圆周方向排列的指身改善了气膜间隙的局部自适应能力，不需设置二次密封圈和弹簧结构，改善了干气密封性能。

Description

一种指尖式干气密封装置

技术领域

本发明涉及密封装置的技术领域，尤其涉及一种离心压缩机轴端泄漏控制的干气密封装置。

背景技术

干气密封依靠气体的动压原理实现非接触式泄漏控制，被广泛应用于离心压缩机的轴端封严。干气密封寿命一般在3到5年，但在某些情况下，因现场工况与设计工况差异及运行维护不当，干气密封实际寿命锐减。其中，二次密封圈失效和弹簧卡死是干气密封主要的失效形式之一，对此可以通过改进二次密封圈和弹簧结构来提高干气密封寿命。

指尖密封由刷式密封变化而来，主要应用于燃气涡轮发动机的二次泄漏控制。指尖密封通过叠加的指尖片搭接在转轴上实现轴向接触式泄漏控制。专利US5755445在指身顶端添加一种升力靴，实现了非接触式泄漏控制，提高了密封寿命及在高转速下的应用范围。专利US6196550B1公开了一种压力平衡性密封，通过改进的后挡板结构，降低了指尖片的迟滞性，但存在后挡板二次漏气问题。专利200910260097.9公开了一种指尖密封后挡板结构，改进了专利US6196550B1后挡板二次漏气问题，使指尖片能够保持在近平衡状态，避免了二次漏气，保留了低迟滞性优点。

指尖密封通过指身材料的弹性实现接触式或非接触式泄漏控制，不需要设置二次密封圈和弹簧结构，因此可以将指尖密封结构引入到干气密封，改善干气密封二次密封圈失效、弹簧卡死等问题。

发明内容

发明目的：本发明公开了一种指尖式干气密封装置，将指尖密封结构引入到干气密封，替代传统二次密封圈和弹簧结构。本发明通过指身材料弹性实现气膜自适应调整，不需设置二次密封圈和弹簧，改善了干气密封性能。

技术方案：一种指尖式干气密封装置，压缩机外壳内设置转轴，压缩机外壳的内壁安装静环支架，静环支架内安装静环组件，转轴的外周安装动环支架，动环支架上安装动环，动环的工作表面与静环组件端部的工作表面之间形成泄漏控制间隙；

所述静环组件包括套壳、外指尖环片、中指尖环片、内指尖环片、后档环片、持环、调整垫块、导向块、铆钉，套壳是与静环支架相匹配的嵌套式圆筒形结构,套壳内设置调整垫块，调整垫块上远离套壳底部的一侧设置持环，持环上通过若干个铆钉分别固定外指尖环片、中指尖环片、内指尖环片，所述外指尖环片、中指尖环片、内指尖环片为指身沿圆周方向均匀排列的圆筒形结构，指身端部工作表面的法线方向为轴向；套壳和持环的凹槽内均匀安装若干个导向块。

优选的是，本发明外指尖环片、中指尖环片、内指尖环片为圆筒形结构，指身缝隙分布在圆周方向，相邻两个指身缝隙之间形成指身。

优选的是，本发明的后档环片安装在内指尖环片和套壳之间，后档环片上开设有凸台，凸台型线与指身型线一致，宽度大于指身缝隙3mm至4mm，凸台端部设置一圈圆环型结构。

优选的是，本发明的调整垫块上设有径向气体通道，上游高压气体通过径向气体通道进入后档环片和内指尖环片之间。

优选的是，本发明静环组件端部的工作表面设置动压浅槽，动压浅槽深度为3μm至10μm；静环组件端部的工作表面平面度小于等于±2μm。

有益效果:

1、本发明在套壳和持环的凹槽内均匀安装若干个导向块，导向块沿圆周方向均匀分布，导向块的作用是阻止静环组件沿圆周方向旋转，使静环组件为静止部件，同时引导静环组件沿轴向进行自适应调整。

2、本发明的后档环片安装在内指尖环片和套壳之间，后档环片上开设有凸台，凸台型线与指身型线一致，宽度大于指身缝隙3mm至4mm，凸台端部设置一圈圆环型结构。凸台的设置目的是阻止高压气体沿指身缝隙从轴向通过内指尖环片，造成二次泄漏。凸台能够密封高压气体，减少指尖环片承受的气体压力，使指尖环片保持在近平衡状态。所述高压气体来自于上游高压腔的工艺气体，工艺气体首先通过套壳和外指尖环片之间的缝隙，然后通过调整垫块的间隙，进入后档环片和内指尖环片之间的气体腔内。

3、本发明的持环后端设有调整垫块，调整垫块后端安装在套壳内。改变调整垫块厚度能够调整动环的工作表面与静环组件指身端部的工作表面之间的初始正压力。

4、本发明的指尖环片为圆筒形结构，指身缝隙分布在圆周方向，指身端部开设有动压浅槽。若干组交错的指尖环片与后挡板组成静环组件。交错的指尖环片能够阻挡气体沿径向通过指身缝隙。后挡板能够阻止气体沿指身缝隙从轴向通过最内侧指尖环片，使指尖环片保持在近平衡状态。高速旋转的动环使静环组件指身端部的动压浅槽产生气膜力，通过指身材料的弹性，实现3 μm至10 μm气膜间隙的自适应调整，达到径向非接触式泄漏控制的目的。

5、本发明将传统干气密封静环组的二次密封圈和弹簧改进为平衡性指尖密封结构，避开了二次密封圈失效和弹簧卡死等问题。交错排列的指尖环片阻止气体沿径向二次泄漏，指身材料的弹性提供了静环组件的自适应能力。圆周方向排列的指身改善了气膜间隙的局部自适应能力，不需设置二次密封圈和弹簧结构，改善了干气密封性能。

附图说明

图1为本发明的结构主视图。

图2为本发明静环组件17的剖视图。

图3为本发明静环组件17的三维分解图。

图4为本发明静环组件17的左视图。

图5为本发明后档环片16的局部放大图。

图6为本发明调整垫块11的三维图。

图7为莱利台阶示意图。

图8为指尖环片局部放大图。

其中：1、压缩机外壳，2、工艺气体，3、动环，4、静环支架，5、套壳，6、外指尖环片，7、中指尖环片，8、内指尖环片，9、导向块，10、持环，11、调整垫块，12、惰性气体，13、迷宫密封，14、转轴，15、动环支架，16、后档环片，17、静环组件，18、铆钉。

具体实施方式：

本发明公开了一种指尖式干气密封装置，下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

如图1所示，一种指尖式干气密封装置，压缩机外壳1内固定静环支架4，静环支架4内安装静环组件17。转轴14安装动环支架15，动环支架15安装动环3。动环3的工作表面与静环组件17指身端部（见图8）的工作表面之间为泄漏控制间隙。

压缩机外壳1上设置迷宫密封13，工艺气体2一部分通过迷宫密封13进入压缩机工作腔，另一部分通过泄漏间隙进入密封下游。惰性气体12一部分与泄漏气体混合后排入火炬，另一部排入下级密封或大气。

图2和图3分别为静环组件17的主视图和三维分解图，静环组件17由套壳5、外指尖环片6、中指尖环片7、内指尖环片8、后档环片16、持环10、调整垫块11、导向块9及铆钉18组成。

如图3所示，本发明的外指尖环片6、中指尖环片7、内指尖环片8为圆筒形结构，指身沿圆周方向均匀排列，指身端部工作表面的法线方向为轴向。

如图4所示，本发明的外指尖环片6、中指尖环片7、内指尖环片8交错安装在持环10上，通过铆钉18固定，指身缝隙相互错开，防止气体沿径向通过指身缝隙产生二次泄漏。

本发明的外指尖环片6、中指尖环片7、内指尖环片8的材料具有一定弹性和耐热性。指身具有一定弹性，提供静环组件17的自适应轴向位移调整。指身端部在一定升温范围内的变形不会对动压气膜产生明显影响。

本发明的外指尖环片6、中指尖环片7、内指尖环片8指身端部的工作表面设置动压浅槽，动压浅槽深度3μm至10μm之间。指身端部的工作表面平面度小于等于±2μm。

如图7所示，本发明的指身端部的动压浅槽槽型为莱利台阶型，但不限于莱利台阶，也可以为其它能够产生动压效应的浅槽槽型。

如图8所示，本发明指身端部的长度10mm至15mm，厚度4mm至5mm。指身数量由密封直径决定。

如图8所示，本发明的指身线型为直线，但不限于直线，可以为渐开线、圆弧线、双曲线等，

如图4所示，本发明的铆钉共8个，但不限于8个，沿圆周方向均匀分布。

如图1所示，本发明的持环10后端设有调整垫块11，调整垫块11后端安装在套壳5内。改变调整垫块11厚度能够调整动环2的工作表面与静环组件17指身端部的工作表面之间的初始正压力。

如图5所示，本发明的后档环片16安装在内指尖环片8和套壳5之间，后档环片16的结构，后档环片16上开设有凸台，凸台型线与指身型线一致，宽度大于指身缝隙3mm至4mm，凸台端部设置一圈圆环型结构。凸台的设置目的是阻止高压气体沿指身缝隙从轴向通过内指尖环片，造成二次泄漏。凸台能够密封高压气体，减少指尖环片承受的气体压力，使指尖环片保持在近平衡状态。所述高压气体来自于上游高压腔的工艺气体2，工艺气体2首先通过套壳5和外指尖环片6之间的缝隙，然后通过调整垫块11的间隙，进入后档环片16和内指尖环片8之间的气体腔内。

如图1和图4所示，本发明的导向块9安装于套壳5和持环10的凹槽内，凹槽宽度1.5mm至2.5mm。导向块9共8个，但不限于8个，沿圆周方向均匀分布。导向块9的作用是阻止静环组件17沿圆周方向旋转，使静环组件17为静止部件，同时引导静环组件17沿轴向进行自适应调整。

如图6所示，本发明的调整垫块11的厚度能够根据实际情况调整，调整垫块11设有径向气体通道，上游高压气体可以通过此通道进入后档环片16和内指尖环片8之间。

本发明的动环3为硬质合金材料，工作表面的平面度小于等于±2μm。

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)

1.一种指尖式干气密封装置，其特征在于压缩机外壳（1）内设置转轴（14），压缩机外壳（1）的内壁安装静环支架（4），静环支架（4）内安装静环组件（17），转轴（14）的外周安装动环支架（15），动环支架（15）上安装动环（3），动环（3）的工作表面与静环组件（17）端部的工作表面之间形成泄漏控制间隙；

所述静环组件（17）包括套壳（5）、外指尖环片（6）、中指尖环片（7）、内指尖环片（8）、后档环片（16）、持环（10）、调整垫块（11）、导向块（9）、铆钉（18），所述套壳（5）是与静环支架（4）相匹配的嵌套式圆筒形结构，套壳（5）内设置调整垫块（11），调整垫块（11）上远离套壳（5）底部的一侧设置持环（10），持环（10）上通过若干个铆钉（18）分别固定外指尖环片（6）、中指尖环片（7）、内指尖环片（8），所述外指尖环片（6）、中指尖环片（7）、内指尖环片（8）为指身沿圆周方向均匀排列的圆筒形结构，指身端部工作表面的法线方向为轴向；套壳（5）和持环（10）的凹槽内均匀安装若干个导向块（9）。

2.根据权利要求1所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述外指尖环片（6）、中指尖环片（7）、内指尖环片（8）为圆筒形结构，指身缝隙分布在圆周方向，相邻两个指身缝隙之间形成指身。

3.根据权利要求2所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述指身端部的长度为10mm至15mm，宽度为4mm至5mm。

4.根据权利要求2所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述指身的线型为直线、渐开线、圆弧线、双曲线中的一种。

5.根据权利要求1所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述后档环片（16）安装在内指尖环片（8）和套壳（5）之间，后档环片（16）上开设有凸台，凸台型线与指身型线一致，宽度大于指身缝隙3mm至4mm，凸台端部设置一圈圆环型结构。

6.根据权利要求1所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述凹槽的宽度为1.5mm至2.5mm。

7.根据权利要求1所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述调整垫块（11）上设有径向气体通道，上游高压气体通过径向气体通道进入后档环片（16）和内指尖环片（8）之间。

8.根据权利要求1所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述静环组件（17）端部的工作表面设置动压浅槽，动压浅槽深度为3μm至10μm；静环组件（17）端部的工作表面平面度小于等于±2μm。

9.根据权利要求8所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述动压浅槽的槽型为能够产生动压效应的浅槽槽型。

10.根据权利要求1所述的指尖式干气密封装置，其特征在于上述所述动环（3）为硬质合金材料，工作表面的平面度小于等于±2μm。

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