CN114183532A - 一种透平机的密封结构及透平机 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种透平机的密封结构，包括中空的密封本体；密封本体的内壁上沿密封本体的轴向设有多个密封齿，相邻的两个密封齿的距离相同；密封本体的内壁上沿密封本体的周向设有多个挡板，相邻的两个挡板的距离相同，挡板将密封齿进行分隔，形成多个密封腔。该密封结构通过挡板将密封齿分隔成多个相同的密封腔，以提供足够的有效阻尼，显著提高透平机的转子系统的稳定性，并且该密封结构相比于蜂窝阻尼密封和孔型阻尼密封结构，结构简单，易加工，且制造成本低，有利于快速实现工程化应用。另外，该密封结构全部为有效腔室，在控制气体在密封内的周向流速效果更加显著，极大降低密封的交叉刚度系数，提高密封有效阻尼，提高机组稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及密封技术领域，具体而言涉及一种透平机的密封结构及透平机。
背景技术
随着市场发展，透平机械逐渐向高压高转速方向发展，这使得密封内部气流激振对转子稳定性影响的问题日益突出，解决气体激振的一个重要方向是提供足够的阻尼。阻尼密封是一个可有效提高机组阻尼、抑制气体激振的方案。常见的阻尼密封包括蜂窝密封及孔型密封结构。但是，蜂窝密封和孔型密封结构十分复杂，加工周期长，不利于快速实现工程化应用。另外，在高压透平机中，蜂窝密封运行间隙对其阻尼特性十分关键，但其运行间隙与机组压力、转速、结构件加工质量及装配等密切相关，故其最终的阻尼效果难以评估。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透平机的密封结构及透平机，以解决现有技术中蜂窝密封和孔型密封结构十分复杂，加工周期长，不利于快速实现工程化应用的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种透平机的密封结构，包括中空的密封本体；
所述密封本体的内壁上沿所述密封本体的轴向设有多个密封齿，相邻的两个所述密封齿的距离相同；
所述密封本体的内壁上沿所述密封本体的周向设有多个挡板，相邻的两个所述挡板的距离相同，且所述挡板将所述密封齿进行分隔，形成多个密封腔。
具体地，相邻两个圆周上的所述密封腔的周向位置相同。
具体地，相邻两个圆周上的所述密封腔相互交错分布。
具体地，所述挡板的数量为4n，其中n≥1，且n为正整数。
具体地，所述密封齿的齿尖与透平机的平衡盘之间设有间隙。
具体地，多个所述密封腔的深度相同。
第二方面，本发明实施例提供了一种透平机，包括转轴、平衡盘及上述任一方案的密封结构，所述平衡盘套设在所述转轴的外部，所述密封结构套设在所述平衡盘的外部，且所述密封结构的密封齿的尖端与所述平衡盘之间设有间隔
根据本发明实施例所提供的一种透平机的密封结构及透平机，该密封结构通过挡板将密封齿分隔成多个相同的密封腔，以提供足够的有效阻尼，显著提高了透平机的转子系统的稳定性，并且该密封结构相比于蜂窝阻尼密封和孔型阻尼密封结构，结构简单，易加工，且制造成本低，有利于快速实现工程化应用。另外，该密封结构全部为有效腔室，在控制气体在密封内的周向流速效果更加显著，极大降低密封的交叉刚度系数，提高密封有效阻尼，提高机组稳定性
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明实施例的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个可选实施例的透平机的密封结构的结构图；
图2为根据本发明的一个可选实施例的透平机的密封结构的剖面图；
图3为根据本发明的另一个可选实施例的透平机的密封结构的结构图；
图4为根据本发明的另一个可选实施例的透平机的密封结构的剖面图；
图5为图2和图4的B-B方向的剖面图；
图6为根据本发明的一个可选实施例的透平机的结构图。
附图标记说明：
1-密封本体，2-挡板，3-密封腔，4-密封齿，5-转轴，6-平衡盘。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。
第一方面，如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例提供了一种透平机的密封结构，包括中空的密封本体1；密封本体1的内壁上沿密封本体1的轴向设有多个密封齿4，相邻的两个密封齿4的距离相同；密封本体1的内壁上沿密封本体1的周向设有多个挡板2，相邻的两个挡板2的距离相同，且挡板2将密封齿4进行分隔，形成多个密封腔3。
其中，挡板2的数量为4n，其中n≥1，且n为正整数。多个密封腔3的深度h相同，也就是密封腔3的尺寸均相同。
本实施例中的密封结构相比于传统的迷宫密封结构，通过挡板2和密封齿4形成的均匀密封腔3，能够显著降低密封体内气体的周向流速，特别是密封腔3内的切向速度已被基本消除，从而极大降低密封的交叉刚度系数，提高密封有效阻尼，提高机组稳定性；相比于蜂窝阻尼密封结构和孔型阻尼密封结构，该结构简单，加工性好，制造成本低；相比于传统的带有效腔室和无效腔室的袋型密封结构，该密封结构全部为有效腔室，在控制气体在密封内的周向流速效果更加显著，极大降低密封的交叉刚度系数，提高密封有效阻尼，提高机组稳定性；相比于带有基本腔室和二次腔室的贯通型袋型密封结构，该结构在同样轴向长度上布置更多的腔室，提供的主阻尼更高，阻尼特性更优，同时具有较好的加工工艺性和经济性。
根据本发明实施例所提供的一种透平机的密封结构，该密封结构通过挡板2将密封齿4分隔成多个相同的密封腔3，以提供足够的有效阻尼，显著提高了透平机的转子系统的稳定性，并且该密封结构相比于蜂窝阻尼密封和孔型阻尼密封结构，结构简单，易加工，且制造成本低，有利于快速实现工程化应用。
具体地，如图5所示，密封齿4的齿尖与透平机的平衡盘6之间设有间隙。如图3所示，间隙的高度为Cr，气流在间隙所形成的通道内由高压侧流向低压侧。气流经过密封齿4的齿尖和平衡盘6之间的间隙处节流从而形成高速射流。射流被分为两部分，一部分射流由于泄漏贯通效应，紧贴着平衡盘以较大的速率进入下一间隙节流处；另一部分射流由于平衡盘高速旋转和密封腔3两侧压差的共同作用，在密封腔3中膨胀，由于腔壁的阻挡作用在腔室内部卷起，轴向逆压梯度引起孔壁边界层分离，分离后的气体在腔室中形成明显的低速漩涡，正是这些充满整个密封腔3的低速漩涡将气体的动能以内能的形式耗散，从而减小了该密封结构的泄漏量。
在具体应用中，密封腔3两种不同的排布方式：
第一种排布方式：如图1和图2所示，相邻两个圆周上的密封腔3的周向位置相同。
第二种排布方式：如图3和图4所示，相邻两个圆周上的密封腔3相互交错分布。相比于第一种排布方式，气流周向流动受干扰更大，周向速度更低，其交叉刚度系数更低，有效阻尼更高，阻尼特性更好，同时相比于第一种排布方式，该种排布方式泄漏量更小小，机组的整机气动性能更好。
第二方面，如图6所示，本发明实施例提供了一种透平机，包括转轴5、平衡盘6及上述任一方案的密封结构，平衡盘6套设在转轴5的外部，密封结构套设在平衡盘6的外部，且密封结构的密封齿4的尖端与平衡盘6之间设有间隔。
该实施例中的透平机设置有上述实施例中的密封结构，由此该透平机的密封结构相比于传统的迷宫密封结构，该结构能够提供足够的有效阻尼，显著提高转子系统的稳定性；相比于蜂窝阻尼密封结构和孔型阻尼密封结构，该结构简单，加工性好，制造成本低；相比于传统的带有效腔室和无效腔室的袋型密封结构，该结构能够显著改善气动性能和转子稳定性；相比于带有基本腔室和二次腔室的贯通型袋型密封结构，该结构阻尼特性更优，同时具有较好的加工工艺性和经济性。
根据本发明实施例所提供的一种透平机，该密封结构通过挡板2将密封齿4分隔成多个相同的密封腔3，以提供足够的有效阻尼，显著提高了透平机的转子系统的稳定性，并且该密封结构相比于蜂窝阻尼密封和孔型阻尼密封结构，结构简单，易加工，且制造成本低，有利于快速实现工程化应用。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (7)
1.一种透平机的密封结构，其特征在于，包括中空的密封本体；
所述密封本体的内壁上沿所述密封本体的轴向设有多个密封齿，相邻的两个所述密封齿的距离相同；
所述密封本体的内壁上沿所述密封本体的周向设有多个挡板，相邻的两个所述挡板的距离相同，且所述挡板将所述密封齿进行分隔，形成多个密封腔。
2.根据权利要求1所述的透平机的密封结构，其特征在于，相邻两个圆周上的所述密封腔的周向位置相同。
3.根据权利要求1所述的透平机的密封结构，其特征在于，相邻两个圆周上的所述密封腔相互交错分布。
4.根据权利要求1所述的透平机的密封结构，其特征在于，所述挡板的数量为4n，其中n≥1，且n为正整数。
5.根据权利要求1所述的透平机的密封结构，其特征在于，所述密封齿的齿尖与透平机的平衡盘之间设有间隙。
6.根据权利要求1所述的透平机的密封结构，其特征在于，多个所述密封腔的深度相同。
7.一种透平机，其特征在于，包括转轴、平衡盘及如权利要求1-6任一项所述的密封结构，所述平衡盘套设在所述转轴的外部，所述密封结构套设在所述平衡盘的外部，且所述密封结构的密封齿的尖端与所述平衡盘之间设有间隔。
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