CN113187561A - 一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃气轮机密封技术领域,具体涉及一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，包括转子轴本体和安装在转子轴上的传统迷宫密封结构，还包括安装在转子轴本体上的迷宫、隔板密封结构；迷宫、隔板密封结构的数量为四个，且对称分布；可将迷宫、隔板密封结构替换为单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构或九孔迷宫、隔板、穿孔密封结构。针对结合传统迷宫密封结构，通过在密封齿间设置穿孔隔板的方式，使得气流在转子周向既存在流动性，也存在阻尼性，在提供了周向气压平衡的情况下也起到了阻尼密封的效果。引入了隔板、穿孔的设计，降低了同等工况下的切向力的大小，减小了转子在工作状态下的激振力，从而减小了转子不稳定涡动，提高了转子的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机密封技术领域,具体涉及一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构。
背景技术
航空发动机与重型燃气轮机被称为工业制造皇冠上的两颗明珠，如何提高发动机的工作效率，自这两种发动机被广泛应用于航空、船舶、发电机等领域以来，就一直是一个吸引无数学者前赴后继进行探讨的问题。
而在这两种发动机的设计过程中，研究人员不仅需要关注对于新型材料的开发应用，同时也需要关注气体做功带来的非平稳性。尤其以压气机及涡轮端为主，为了避免静叶与动叶在工作过程中由于微小的偏移，进而导致的能造成发动机损坏的碰撞，需要将静子与转子在设计的时候留有一定的间距。但同时还需要尽可能的提高燃气的利用率。
通常，使用气体密封结构来起到对于上游气体的节流作用。其中，迷宫密封结构就是这样一种使用在发动机中起到节流作用的部件。
然而，由于燃气气体在燃烧过程中会出现不均匀的现象，导致在上游进气端气体并非能够十分均匀的分布在周向各个位置，同时由于密封齿末端气体会出现喷射状，导致在下游密封腔内部出现一定的不均匀涡流区域。由于上述的影响存在，转子在工作过程中无时无刻都承受着一定的气流力的作用，而该周向不对称的气流力则会成为密封转子系统的不稳定非线性激振力。由于激振力的存在，会导致转子出现一定的涡动，严重的会导致失稳，甚至可能会造成极为严重的工业生产事故。
发明内容
本发明针对结合传统迷宫密封结构以及袋式密封结构，并通过在密封齿间设置穿孔隔板的方式，使得气流在转子周向既存在流动性，也存在阻尼性，在提供了周向气压平衡的情况下也起到了阻尼密封的效果。
本发明采用的技术方案为：一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，包括转子轴本体和安装在转子轴本体上的传统迷宫密封结构，还包括安装在转子轴本体上的迷宫、隔板密封结构。
进一步的，所述迷宫、隔板密封结构为具有对应弧段夹角的隔板。
进一步的，所述迷宫、隔板密封结构的数量为四个，且对称分布。
进一步的，所述迷宫、隔板密封结构替换为单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构。
进一步的，所述单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构为在迷宫、隔板密封结构的隔板体上开有若干个单孔。
进一步的，所述迷宫、隔板密封结构替换为九孔迷宫、隔板、穿孔密封结构。
进一步的，所述九孔迷宫、隔板、穿孔密封结构为在迷宫、隔板密封结构的隔板上开有若干组正方形排列的九宫孔构。
本发明的有益效果：在迷宫密封的优点的同时，引入了隔板-穿孔的设计概念，降低了同等工况下的切向力的大小，即减小了转子在工作状态下的激振力，从而减小了转子不稳定涡动，提高了转子的稳定性，进而可以提升转子的临界转速等相关物理指标，为密封结构设计提供了新思路。
附图说明：
图1是实施例一中的传统迷宫密封结构的结构示意图；
图2是实施例一中的迷宫、隔板密封结构的结构示意图；
图3是图2的A-A截面图；
图4是实施例一中的单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构的结构示意图；
图5是图4的B-B截面图；
图6是实施例一中的九孔迷宫、隔板、穿孔密封结构的结构示意图；
图7是图6的C-C截面图。
具体实施方式：
实施例一
参照图1-图3，一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，包括转子轴本体1和安装在转子轴本体1上的传统迷宫密封结构2，还包括安装在转子轴本体1上的迷宫、隔板密封结构3；所述迷宫、隔板密封结构3为具有对应弧段夹角的隔板，其数量为四个，且对称分布。
图1为传统迷宫密封结构，其中传统密迷宫封结构安装于转子轴本体的外侧，在传统迷宫密封结构的内侧，设定一定尺寸和数量的密封齿，起到节流以及消耗泄漏流能量的目的。其中转子半径
，传统迷宫密封结构中，
，
，
，
，
,
。
如图2和图3所示，在传统迷宫密封结构的基础之上安装一定厚度（对应弧段夹角为
）的隔板，即为迷宫、隔板密封结构，通过隔板的分割作用，在迷宫、隔板密封结构的周向分割出四个区域，可提高密封腔内涡流的生成，进而起到更好的节流作用。周向对称添加四个迷宫、隔板密封结构，即对应弧段角度为
厚的隔板，其中隔板的实际厚度随着
的值变化而变化。
实施例二
参照图4和图5，在实施例一技术方案的基础上，将迷宫、隔板密封结构3替换为单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构4。在迷宫-隔板-穿孔密封结构的基础上，在隔板上开孔，使得在保留了迷宫-隔板密封结构能带来更多腔内涡流的优点的同时，可以使得每层密封腔内存在更多的周向流，从而降低密封齿内气压在周向的不平衡性，降低切向气流力，进而起到提高转子工作稳定性的目的。单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构中单孔孔径
，并位于密封腔的中心处。
实施例三
参照图6和图7，在实施例一和实施例二技术方案的基础上，将迷宫、隔板密封结构3替换为九孔迷宫、隔板、穿孔密封结构5。将实施例二的单孔设计为九孔，其中九孔以孔径
、孔间距
的参数进行正方形排列得到，此时中心孔与单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构中空心处于一致的位置。
使用ANSYS Fluent软件对上述四种密封结构进行仿真，设置进口压力0.69MPa，出口压力0.1MPa，转子转速为0，转子涡动半径为0.01mm，计算得到：
对于传统迷宫密封结构，计算得到的切向力
；
对于迷宫-隔板密封结构，计算得到的切向力
；
对于单孔迷宫-隔板-穿孔密封结构，计算得到的切向力
；
对于九孔迷宫-隔板-穿孔密封结构，计算得到的切向力
。
对于本发明涵盖的单孔、九孔以及更多迷宫-隔板-穿孔密封结构形式，在切向力上均小于传统的迷宫密封结构以及密封-隔板密封结构，故可以说明本发明具有一定的优点。同时，可以发现较多的穿孔可以带来更好的性能，在工程设计中可以将此作为设计的一个重要考虑因素。
以上实施例仅用一说明本发明的的技术方案，而并非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明专利进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，包括转子轴本体（1）和安装在转子轴本体（1）上的传统迷宫密封结构（2），其特征在于：还包括安装在转子轴本体（1）上的迷宫、隔板密封结构（3）。
2.根据权利要求1所述的一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，其特征在于：所述迷宫、隔板密封结构（3）为具有对应弧段夹角的隔板。
3.根据权利要求2所述的一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，其特征在于：所述迷宫、隔板密封结构（3）的数量为四个，且对称分布。
4.根据权利要求2或3所述的一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，其特征在于：所述迷宫、隔板密封结构（3）替换为单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构（4）。
5.根据权利要求4所述的一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，其特征在于：所述单孔迷宫、隔板、穿孔密封结构（4）为在迷宫、隔板密封结构（3）的隔板体上开有若干个单孔。
6.根据权利要求2或3所述的一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，其特征在于：所述迷宫、隔板密封结构（3）替换为九孔迷宫、隔板、穿孔密封结构（5）。
7.根据权利要求6所述的一种新型迷宫、隔板、穿孔密封结构，其特征在于：所述九孔迷宫、隔板、穿孔密封结构（5）为在迷宫、隔板密封结构（3）的隔板上开有若干组正方形排列的九宫孔。
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