CN210484170U - 一种快拆型刚度可调整的汽封 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快拆型刚度可调整的汽封，其特征在于，包括剖分式结构设计的汽封本体，汽封本体由上汽封模块和下汽封模块组成，螺栓穿过上汽封模块、连接于下汽封模块的螺栓孔位，可拆卸连接安装在转轴外缘，且汽封本体固定于机匣或汽缸上；汽封本体的内侧设有向汽封本体内部凹陷的凹槽，汽封本体安装在转轴外后凹槽与转轴结合形成一个腔室，腔室上设有贯穿汽封本体的汽流通道；所述汽封本体对应处转轴和汽封碳环内表面均为粗糙面设计。本产品在不拆解机匣或汽缸的情况下可快捷拆装，减少了维护成本，缩短维修时间；刚度调整方法可减少汽封刚度对转轴的动力学特性影响，保证转轴的“湿”临界转速值和“干”临界转速值相差不大。

Description

一种快拆型刚度可调整的汽封

技术领域

本实用新型涉及透平旋转机械领域，具体是一种快拆型刚度可调整的汽封。

背景技术

透平机械的汽封有轴端汽封，隔板汽封和叶顶汽封，分别用来防止轴端，隔板和叶轮顶部工质的泄漏，端部汽封主要是防止外界空汽进入透平；对汽轮机而言，外部深入汽封空汽与汽轮机内的蒸汽混合被抽汽器抽走，从而减小蒸汽泄漏量，可减少化学补水量和防止高位能的工作介质向低位能流动。汽轮机在减少通流间隙漏汽(即汽封漏汽)的同时又要兼顾到机组动静碰磨的安全性，对压缩机来说，压缩后的工质通过汽封节流减少压缩汽的泄漏量，由于汽封是透平动静部件之间的过渡部件，极易因汽封体故障而引起动静部件之间直接摩擦碰撞，伤及透平转子，严重时造成转轴永久性弯曲的重大事故。尽管机组运行中启机不畅，甚至造成重大弯轴重大事故得原因可能是多方面的，但是结果所反映出来的根本原因是由于动静碰磨所造成的，事故反映出来的是动静间隙的问题；

通常汽封可分为梳齿汽封、碳精环汽封、刷式汽封、非接触式密封和蜂窝式汽封。随着机组的运行，汽封间隙会逐步变大，属于透平机的易损件，基本上需要两年一次更换，但目前基本所有的汽封均安装于汽缸内部，检修、更换工作量较大，汽封的更换即增加了成本又增加了维修周期，影响了设备的正常运行。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种快拆型刚度可调整的汽封，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种快拆型刚度可调整的汽封，其特征在于，包括剖分式结构设计的汽封本体，所述汽封本体由上汽封模块和下汽封模块组成一个截面为椭圆的管状结构，上汽封模块和下汽封模块上设有光孔和螺孔，螺栓穿过上汽封模块、连接于下汽封模块的螺栓孔位，可拆卸连接安装在转轴外缘，且汽封本体固定于机匣或汽缸上；所述汽封本体的内侧设有向汽封本体内部凹陷的凹槽，汽封本体安装在转轴外后凹槽与转轴结合形成一个腔室，所述腔室上设有贯穿汽封本体的汽流通道，所述汽流通道与汽控组件相接；所述汽封本体对应处转轴和汽封碳环内表面均为粗糙面设计。

优选的，所述汽封本体上向汽封本体内部凹陷的凹槽至少设有两个，汽封本体安装在转轴上后形成两个腔室分别为第一腔室和第二腔室。

优选的，所述第一腔室上设有贯穿汽封本体的汽流通道用于连接汽控组件的汽体注入口，所述第二腔室上设有贯穿汽封本体的汽流通道用于连接汽控组件的汽体抽取口。

优选的，所述汽封本体的截面内表面为椭圆，所述椭圆短轴方向与圆心和轴偏心位置连线方向相同。

与现有技术相比，本实用新型实施例的有益效果是：本产品在不拆解机匣或汽缸的情况下可快捷拆装，减少了维护成本，缩短维修时间；同时提出的刚度调整方法可减少汽封刚度对转轴的动力学特性影响，保证“湿”临界转速值和“干”临界转速值相差不大。

附图说明

图1为碳环汽封的B-B剖视结构示意图。

图2为碳环汽封的端部结构示意图。

图3为梳齿汽封的剖视结构示意图。

图4为透平通流局部视图。

图5为封辅助提升工具结构示意图。

图6为汽封与轴配合断面图。

图7汽封调整前后主刚度随转速的变化。

其中：1-汽封本体，2-汽封固定孔位，3-第一腔室，4-第二腔室，5-碳环， 6-转轴，7-卡接部位，8-斜面齿，9-汽缸，10-定位销钉，11-蜗杆，12-螺栓。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式，本文所使用的术语“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“前端”、“后端”以及类似的表达是参考附图的位置关系。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

一种快拆型刚度可调整的汽封，其特征在于，包括剖分式结构设计的汽封本体1，所述汽封本体1由上汽封模块和下汽封模块组成一个截面为椭圆的管状结构，上汽封模块和下汽封模块上设有光孔和螺孔，上汽封模块和下汽封模块分别可拆卸安装在转轴6外缘，且汽封本体固定于机匣或汽缸上；螺栓12穿过上汽封模块、连接于下汽封模块的螺栓孔位，可拆卸连接安装在转轴6外，螺栓12将上下两半汽封模块连接成整圈形成汽封本体1；所述汽封本体1的内侧设有向汽封本体1内部凹陷的凹槽，汽封本体1安装在转轴6外后凹槽与转轴6 结合形成一个腔室，所述腔室上设有贯穿汽封本体1的汽流通道，所述汽流通道与外部系统的汽控组件相接；所述汽封本体1对应处转轴6和汽封本体1内表面均为粗糙面设计，用于增加阻尼降低交叉刚度，对转轴6的振动起到一定的抑制作用。

进一步的，汽封本体1上向汽封本体1内部凹陷的凹槽设有两个，汽封本体1安装在转轴6上后形成两个腔室分别为第一腔室3和第二腔室4。

进一步的，对于压缩机，驱动端和非驱动端密封需要多段连通，分别接入不同压力汽，主要防止工作汽泄露，并保持轴向力的平衡，其次防止润滑油等进入汽路系统。故第一腔室3上设有贯穿汽封本体1的汽流通道用于连接汽体注入口，所述第二腔室4上设有贯穿汽封本体1的汽流通道用于连接汽体抽取口(实际可以采用真空泵等装置)。如图1至图3所示，对于蒸汽透平，既要减少工作汽的泄露又要防止外部空汽混入蒸汽室，通常往第一腔室3注入略高于大汽压的蒸汽，第二腔室4通过抽汽的方式将混入的空汽及蒸汽混合物抽走。其中图1中碳环5是装配时的一个部件，碳环5卡装在汽封槽中的，碳环属可节流的多孔介质。

进一步的，碳环5内表面为椭圆，所述椭圆短轴方向与圆心和轴偏心位置连线方向相同。

如图4所示，本实用新型中的汽封本体1为剖分式结构，安装就位(安装在汽缸9和转轴6之间)后将其连接成整圈，同时定位销钉10穿过定位孔定位，汽封本体1上的汽封固定孔位2将汽封本体1固定于机匣或汽缸端面；连接螺栓12让上下两半汽封模块组合成整体，且保证上下两半汽封模块无错位。

非接触密封均是通过小间隙节流降压减少泄漏量，汽流经过最小间隙时，因通流截面积的变小，汽流加速降压，流过间隙后汽流空腔的面积突然扩大，汽流形成强旋涡，膨胀产生的动压被消耗，多次循环节流后泄露压力逐渐降低。

如图5所示：高低齿汽封，拆装时无法从轴向直接取出汽封本体1(转轴上的转子齿与汽封齿的卡接部位7如图3所示)，需要将汽封先从中分面分体拆开，然后使用辅助工具蜗杆11工具将汽封抬起，确保其升高距离保证汽封齿与转子齿不再干涉，将图5所示蜗杆11底部插入轴承箱平面支座的凹槽中，蜗杆11 上的齿轮与汽封体的汽封齿(斜面齿8)啮合无误后，将蜗杆11上端位置垂向固定，旋转顶部四方头，按螺纹牙距及转动圈数计算汽封体抬高距离，上半部轴向移出后，将下半部周向旋转180度，采用相同方法拆除，安装新汽封齿依旧使用此方法；

汽封为了实现更少的泄露，通常采用小间隙，间隙中的汽体流动及轴自身的偏心旋转导致在周向产生不均匀的压力分布，对转轴6形成自身的刚度阻尼特性，由于汽封在转子系统中的相对位置跨距较大，因此对整个转轴6的转子动力学特性产生较大的影响，尤其是高转速转轴6和密度较大流体的转轴6(如泵或制冷剂压缩机)，本实用新型从汽封体结构、汽流的导向及耦合面的粗糙度等方面调整汽封中汽封体的刚度；

汽封主刚度是由内部的压降及流体惯性引起的压力分布对轴承的支撑，交叉刚度是湍流和周向角加速度的影响产生的，均对转轴6的稳定性产生影响；为增加阻尼降低交叉刚度，转轴6和汽封主体的表面采用粗糙面设计(人为增加表面的粗糙度)，增加粗糙度对转轴6的振动起到一定的抑制作用；

图6为通过汽封体圆弧型线变化来改善刚度断面结构示意图，汽封体内表面为一椭圆，该椭圆短轴方向与圆心和轴偏心位置连线方向相同，短轴直径 E＝e+2*Rp+Cb1，长轴直径F＝2*(Rp+Cb)；其中e为偏心值，Rp为轴半径，Cb 为通用间隙，其值为汽封最小半径与轴半径之差，Cb1为运行状态下额汽体最小通过间隙，通过调整最小间隙来改变汽封刚度；当汽封和轴在偏心方向形成一定的载荷平衡，形成稳定且较大的支撑刚度；

随着汽封的磨损，间隙逐渐增大，汽封刚度逐渐降低，“湿”临界转速将远低于“干”临界转速，此时需要更换汽封环；

如图7中几何结构为例，计算汽封刚度系数，取Rp＝30mm，汽封宽径比 L/D＝0.5，D＝2Rp，通用间隙Cb＝0.2mm，转速Ns＝10000rpm，入口压力7bar，工质为制冷剂；调整前汽封是通用等间隙汽封，调整后将汽封为椭圆弧，汽流最小通过为0.02mm，为随着转速变化汽封主刚度的变化，相同通用间隙下，汽封主刚度大大提高，对转轴6的的临界转速的影响降低。

本产品在不拆解机匣或汽缸的情况下可快捷拆装，减少了维护成本，缩短维修时间；同时提出的刚度调整方法可减少汽封刚度对转轴6的动力学特性影响，保证“湿”临界转速值和“干”临界转速值相差不大。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种快拆型刚度可调整的汽封，其特征在于，包括剖分式结构设计的汽封本体，所述汽封本体由上汽封模块和下汽封模块组成一个截面为椭圆的管状结构，上汽封模块和下汽封模块上设有光孔和螺孔，螺栓穿过上汽封模块、连接于下汽封模块的螺栓孔位，可拆卸连接安装在转轴外缘，且汽封本体固定于机匣或汽缸上；所述汽封本体的内侧设有向汽封本体内部凹陷的凹槽，汽封本体安装在转轴外后凹槽与转轴结合形成一个腔室，所述腔室上设有贯穿汽封本体的汽流通道，所述汽流通道与汽控组件相接；所述汽封本体对应处转轴和汽封碳环内表面均为粗糙面设计。

2.根据权利要求1所述的快拆型刚度可调整的汽封，其特征在于，所述汽封本体上向汽封本体内部凹陷的凹槽至少设有两个，汽封本体安装在转轴上后形成两个腔室分别为第一腔室和第二腔室。

3.根据权利要求2所述的快拆型刚度可调整的汽封，其特征在于，所述第一腔室上设有贯穿汽封本体的汽流通道用于连接汽控组件的汽体注入口，所述第二腔室上设有贯穿汽封本体的汽流通道用于连接汽控组件的汽体抽取口。

4.根据权利要求1所述的快拆型刚度可调整的汽封，其特征在于，所述汽封本体的截面内表面为椭圆，所述椭圆短轴方向与圆心和轴偏心位置连线方向相同。

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