CN201972955U - 一种核主泵用动静间隙的楔槽弧线密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种核主泵用动静间隙的楔槽弧线密封结构。核主泵静止部件上装有密封环，其内表面设置弧线密封槽，密封槽按转子旋转的相反方向设置于密封环内表面；旋转部件的旋转带动流体旋转，工质进入弧线密封槽，形成与泄漏流相反方向的流动，这部分流体在密封槽进口处形成压阻，阻碍泄漏流。本实用新型在核主泵高压高温高速大流量工质条件使用，可在倒流极端工况下暂时稳定控制泄漏量，安全、耐用、控制泄漏效果好。

Description

一种核主泵用动静间隙的楔槽弧线密封结构

技术领域

本申请属于非接触密封技术领域，涉及一种核主泵用动静间隙的楔槽弧线密封结构。

背景技术

非接触式密封技术应用于控制泵的旋转部件与静止部件间隙的介质泄漏。流阻型密封是非接触式密封的一种，依靠不同形状密封间隙产生的流体阻力来减小泄漏量。当密封内部为液态工质时，依靠密封流道内漩涡耗散产生压损以及窄间隙的节流降压作用来降低内部流体的泄漏压力，但此种降压效应仅对高雷诺数液态密封有效，而在低雷诺数(Re＜400～500)下，窄间隙会减小流动阻力。流体动压反输型更适用于液态工质，其依靠旋转元件产生作用于介质的泄漏流反向压头阻止介质向外泄漏。

核主泵在叶轮出口与导叶动静间隙以及叶轮入口轮盖处与进口导流管间动静间隙常采用平滑动静环小间隙密封，此种密封内部介质的漩涡耗散和节流降压不明显，控制泄漏效果差，而本申请密封结构的楔槽对密封内流体产生比平槽更大的泵送压头，这一泵送压头与密封泄漏压力相反，阻止密封介质的泄漏；更重要的是泵的间隙密封尤其是核主泵的间隙密封，应该考虑到倒流这种极端工况，本申请密封结构即使在部件反转的情况下，仍能够有效控制核主泵内反向的泄漏流。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是提供一种核主泵用动静间隙的楔槽弧线密封结构，有效控制不可压缩流体的泄漏，保证在大流量的工质下稳定运行，即使是在倒流极端工况下也能保持泄漏量的稳定，使用寿命长。

本申请采用的技术方案是：

一种核主泵用楔槽弧线密封结构，旋转机械静止部件上装有密封环，密封环内表面中间部分设置矩形的弧线密封槽，密封槽按转子旋转的相反方向设置于密封环内表面，密封槽底面是低深度进口向高深度出口过渡的斜切面；密封槽进口侧壁与轴向成30°～75°夹角；密封槽底面中轴线与圆周切面夹角可以为1°～10°，密封槽进出口底边与圆周方向切线夹角可以为-30°～30°。密封槽进口面距密封环进口面为密封环轴向长度的5％～20％，密封槽出口面距密封环出口面为密封环轴向长度的5％～20％；每5°～15°设置一条密封槽，密封槽宽度可以为2°～7°。

由于介质的粘性力作用，转子旋转带动流体旋转，工质进入弧线密封槽，形成与泄漏流相反方向的流动，这部分流体在密封槽进口处受阻形成高压环带，环带的压头减小了泄漏流的压头，阻碍了泄漏流的流动。

弧线密封槽设置在密封环中间部位，因此密封的进出口凸起部位形成坝，弧线密封槽中间凸起部分形成凸台。密封凸台按转子旋转的反方向设置于密封环内表面，利用叶轮旋转部件带动部分介质沿弧线密封腔室逆向流动，阻碍泄漏流，以控制泄漏量；随着转速的增大，这种阻力会越加明显，有利于增益泄漏流阻力。另外，弧线密封槽结构可以阻止两方向来流的泄漏量，在倒流的极端工况下，如果旋转部件反转，也会形成逆向流体抑制泄漏流。

泄漏流在弧线密封槽内流动成弧线轨迹，泄漏流流动路径比普通迷宫密封长，这就增加了泄漏流在密封腔内的停留时间，增加了沿程损失，工质在弧线流动中产生更多能量耗散，动能转化为热能，压力能逐渐降低，泄漏流的压头减低，有益于控制泄漏流。

密封的进出口的坝减小密封的进出口面积，增大泄漏流流动阻力，同时密封槽的进口处产生高压带，减小了泄漏流量。

密封槽斜切面与轴向夹角有利于引部分介质形成与泄漏流相反方向的流动，此结构增大泵送效应，在密封槽进口处形成高压带，密封槽底面与圆周切向角度有利于加宽高压带，以减小泄漏流的压头，阻碍了泄漏流的流动。

密封进口段窄间隙会增大泄漏流体阻力，同时有益于工质的节流，形成高速流体，使其在密封槽内由动能转换为热能，进行能量耗散，降低压力能，减小泄漏压头。

圆周上每隔5°～15°设置一条弧线密封槽，密封槽不宜过密，否则流阻减小；密封槽不宜过疏，否则泵送效果不强。

密封结构的密封凸台在空间有限的情况下，可以适当缩短齿长宽比，以适应高压、高速流体，防止密封凸台根部断裂，增加其使用寿命，延长检修周期，保证安全性。

本申请的有益效果是：

(1)本申请密封结构有良好的控制泄漏效果。叶轮旋转部件带动部分介质沿弧线密封腔室逆向流动，产生泵送压头，同时在密封槽进口区域形成高压带阻止泄漏流。此种形式控制不可压缩流体泄漏能力优于依靠涡旋耗散动能的迷宫密封。经数值模拟研究，本申请密封比相同间隙和相同长度泵口环密封减小30％的泄漏量。

(2)本申请密封结构有良好的能量耗散效果。密封槽弧线角度的增大有益于增加密封槽与流体的作用力，弧线密封槽的泵送效应会加强，流动成弧线轨迹，其路径比普通迷宫密封长，增大了流阻，增加了沿程损失，工质在弧线流动中产生更多能量耗散，泄漏流的压头减低，有益于控制泄漏流。

(3)本申请密封结构有良好的流阻。弧线密封槽设置在密封环中间部位，部分介质逆流集中于密封槽进口，在此处形成高压带阻碍泄漏流，同时密封的进出口的坝减小介质的进出口面积，增大泄漏流流动阻力，减小泄漏流量。

(4)密封槽斜切面于轴向夹角有利于引部分介质形成与泄漏流相反方向的流动，此结构增大泵送效应，密封槽底面圆周切向角度有利于加宽高压带，阻碍了泄漏流的流动。

(5)本申请密封弧线结构可以阻止两方向来流的泄漏量，在倒流的极端工况下，如果叶轮反转，即旋转部件反转，形成逆向流体抑制泄漏流，起到了稳定倒流泄漏流的作用。

(6)本申请设置合理密封槽间隔，密封槽不宜过密，否则流阻减小；密封槽不宜过疏，否则泵送效果不强；合理的槽宽比可以适应高压、高速流体，保证凸台宽度，防止凸台齿根断裂，增加其使用寿命，延长检修周期，保证安全性。

(7)经数值模拟，在17～18Mpa水压工况下，本申请密封腔内部最低压力高于饱和压力，密封腔室内不发生气蚀现象。

附图说明

图1是本申请密封结构整体示意图。

图2是本申请密封结构的局部放大图。

图3是本申请密封结构的半圆部件结构示意图。

图中：1密封槽；2坝；3凸台；4密封环。

具体实施方式

以下结合技术方案以核主泵为实施例详细叙述本申请。

本申请密封是由两个半圆形密封环组成，可安装在核主泵的叶轮出口与导叶动静间隙和叶轮入口轮盖处与进口导流管动静间隙处，或者安装于热屏与转轴间隙处。密封环背弧沿着固定部件的槽道安装，密封槽弧线方向相反于转子旋转方向。本申请密封结构主要由密封坝、密封凸台及密封环组成。

密封环内圈圆周方向可以设置多条密封槽，图1所示，每隔5°设置密封槽。

由于介质的粘性力作用，转子旋转带动流体旋转，工质进入弧线密封槽，形成与泄漏流相反方向的流动，这部分流体在密封槽进口处受阻形成高压环带，环带的压头减小了泄漏流的压头，阻碍了泄漏流的流动。

在核主泵叶轮出口与导叶处存在动静间隙，在叶轮入口轮盖处与进口导流管间也存在动静间隙，核主泵正常运行时，有部分经叶轮出口的高压流体沿此间隙外泄，并重新回流至核主泵入口，干扰主流场流动，同时减小有效通流面积，降低核主泵的流动效率和性能；热屏与转轴之间存在间隙，高温高压流体沿此间隙泄漏，下级部件易受其影响，造成运行不稳定甚至损坏。为了保障核主泵各部件安全运行，应尽量减小这些泄漏，本申请结构密封设置在上述动静间隙处。

Claims (5)

1.一种核主泵用楔槽弧线密封结构，其特征在于，旋转机械静止部件上装有密封环(4)，密封环内表面中间部分设置矩形的弧线密封槽(1)，密封槽(1)按转子旋转的相反方向设置于密封环内表面，密封槽(1)底面是低深度进口向高深度出口过渡的斜切面。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，密封槽(1)进口侧壁与轴向成30°～75°夹角。

3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，密封槽(1)底面中轴线与圆周切面夹角为1°～10°，密封槽(1)进出口底边与圆周方向切线夹角为-30°～30°。

4.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，密封槽(1)进口面距密封环进口面为密封环轴向长度的5％到20％，密封槽(1)出口面距密封环出口面为密封环轴向长度的5％到20％。

5.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，每5°～15°设置一条密封槽(1)，密封槽(1)宽度为2°～7°。

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