CN212407567U - 一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，包括动环和静环；其中动环密封固定于转子外圆面，静环固定于与转子对应的壳体内型面；所述动环包括低压侧基体、高压侧基体以及位于低压侧基体和高压侧基体形成的内腔中多个沿转子圆周方向分布的密封片，密封片与转子的轴向、径向均有倾斜角度，与现有技术相比，密封片不但对气流不但有垂直的切割作用，而且改变气流方向并对来流有反推作用，而且对进入的高温高压气体或液体起到扰动作用，使其不能从动环与静环之间的间隙通过，达到对介质的封严作用。

Description

一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置

技术领域

本实用新型涉及机械密封技术领域，具体涉及一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置。

背景技术

高温高压气体的动密封目前主要有软、硬填料密封，迷宫密封，活塞环密封及刷式密封。密封的核心即相同条件下尽可能降低单位时间内密封介质的泄漏量。

软填料密封在适当填料及结构下，最高适用压力35MPa、温度600℃、线速度20m/s,可以满足一般条件下的密封要求，其在明火条件下易发生填料硬结现象，磨损补偿不足；硬填料密封使用压力350MPa,线速度12m/s, 其需要对填料进行冷却或加热。

迷宫密封则是在旋转件和固定件之间形成很小曲折间隙，流体经多次节流达到密封目的。其属于非接触式密封，密封效果远不及接触式密封。

活塞环密封为现有最常用发动机及类似结构的高温高压气体密封结构，其必须在持续润滑及冷却条件下工作，工况适应性低，极易磨损。

刷式密封作为现代透平机械的关键技术，其接触面为120根/mm²的金属丝组生长于成型基体上制成，生产制造困难成本高，润滑和冷却条件高。另外，刷丝对轴的刷磨严重。

实用新型内容

本实用新型提供一种一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特殊工况下无需润滑、冷却，使用寿命长，效果稳定。

本实用新型的技术方案如下：

一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，用于实现轴系设备高压侧与低压侧之间的密封；包括动环和静环；其中动环密封固定于转子外圆面，静环固定于与转子对应的壳体内型面；所述动环包括低压侧基体、高压侧基体以及位于低压侧基体和高压侧基体形成的内腔中的多个密封片；

所述多个密封片沿转子圆周方向分布，并与转子的轴向、径向均有倾斜角度；所述密封片靠近转子一端分别与低压侧基体1、高压侧基体4凹凸配合连接；所述密封片靠近静环一端具有梳齿结构，该梳齿结构低压侧部分的齿尖与静环恰好接触，该梳齿结构高压侧部分的齿尖与静环过盈配合，使得转子转动时高压侧部分在静环摩擦阻力作用下不但发生弹性形变相切于静环内径圆面。

可选的，所述多个密封片相互平行。

可选的，所述密封片与转子径向之间的倾角为30°～70°，与转子轴向之间的倾角为0°～5°。

可选的，所述密封片的梳齿结构有5～20个齿。

可选的，所述密封片共有1000～30000片。

可选的，所述转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置还包括自由环，所述自由环共有两个，分别设置于梳齿结构低压侧部分的第一、第二齿间空隙处。

可选的，所述低压侧基体与高压侧基体之间具有止口配合定位结构。

可选的，所述密封片的材料为钴基合金或铁基合金。

可选的，所述静环的材料为耐受轴系设备高温工作环境的合金或陶瓷。

一种制备方法，用于所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，密封静环装于壳体内型面，装有低压密封的压盖与壳体固联，其中，密封片为掌状结构，掌状结构两侧设有一定尺寸对称布置的凹型槽，密封片安装于密封基体二上，沿圆周方向以30°～70°相同的倾斜角度均匀分布；其中凹型槽与密封基体二上的凸型结构相互配合，用以安装密封片及控制密封片的安装角度，将密封片按安装角度固定于密封基体二上，之后将密封片凹型槽与密封基体一的凸型结构相互配合，同时密封基体一与密封基体二的止口配合定位组装组成动环。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型密封片低压侧的梳齿结构齿尖部分与静环接触但不过盈，高压侧的梳齿结构齿尖部分与静环过盈配合、工作时还做滑动运动，密封片与转子同步旋转，过盈部分在静环摩擦阻力作用下不但发生弹性形变相切于静环内径，而且滞后于不过盈接触的低压侧的齿状结构，密封片沿转子圆周方向分布，并与转子的轴向、径向均有倾斜角度，密封片不但对气流不但有垂直的切割作用，而且改变气流方向并对来流有反推作用，而且对进入的高温高压气体或液体起到扰动作用，使其不能从动环与静环之间的间隙通过，达到对介质的封严作用。

2、自由环的加入，即使有微量的气体进入密封片之间，两层自由环也会挡住其通过。

3、本实用新型无需油液润滑，在满足普通工况高温高压气体动密封时更可用于油室设置困难的复杂工况，减少润滑油消耗，降低环境污染；

4、本实用新型密封片采用钴基合金或铁基合金等耐磨损，耐高温材质，使该装置使用时磨损小，寿命长，使用效果稳定。

5、应用范围广，本实用新型可应用于蒸汽轮机、燃气轮机、转子发动机、天然气深海石油等设备的高温高压气体或液体动密封技术，节省资源，同时还能提高转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置结构示意图；

图2为图1中A-A方向上的剖面图；

图3为本实用新型转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置应用示意图；

其中附图标记的含义为：

1-低压侧基体；2-自由环；3-密封片；4-高压侧基体；5-静环；6-压盖； 7-壳体；8-凹凸配合；9-动环；10-转子；11-低压密封侧；12-止口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型适用于蒸汽轮机、燃气轮机、转子发动机、天然气深海石油等设备的高温高压气体或液体动密封技术问题，可应用于气体高温高压状态下无(有)润滑的径向动密封技术。本实用新型提出一种使用寿命优于填料密封、刷式密封，工况特殊时可不润滑，使用环境广泛的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置。

图1为本实用新型转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置结构示意图，图2为图1中A-A方向上的剖面图，如图1、图2所示：

一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，用于实现轴系设备高压侧与低压侧之间的密封；包括动环和静环5；其中动环密封固定于转子外圆面，静环固定于与转子对应的壳体内型面；所述动环包括低压侧基体1、高压侧基体4以及位于低压侧基体1和高压侧基体4形成的内腔中的多个密封片3；所述多个密封片3沿转子圆周方向分布，并与转子的轴向、径向均有倾斜角度；所述密封片3靠近转子一端分别与低压侧基体1、高压侧基体4凹凸配合8连接；所述密封片3靠近静环5一端具有梳齿结构，该梳齿结构低压侧部分的齿尖与静环5恰好接触，该梳齿结构高压侧部分的齿尖与静环过盈配合，使得转子转动时高压侧部分在静环5摩擦阻力作用下不但发生弹性形变相切于静环5内径，而且滞后于低压侧部分。所述转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置还包括自由环2，所述自由环2共有两个，分别设置于梳齿结构低压侧部分的第一、第二齿间空隙处。所述多个密封片3相互平行。所述密封片3与转子径向之间的倾角为30°～70°，与转子轴向之间的倾角为0°～5°。所述密封片3的梳齿结构有5～20个齿。所述密封片3共有1000～30000片。所述自由环2共有两个，分别设置于梳齿结构低压侧部分的第一、第二齿间空隙处。所述低压侧基体1与高压侧基体 4之间具有止口12配合定位结构。所述密封片3的材料为钴基合金或铁基合金。所述静环5的材料为耐受轴系设备高温工作环境的合金或陶瓷。

图3为本实用新型转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置应用示意图，如图3所示：

密封静环5装于壳体7内型面，装有低压密封侧11的压盖6与壳体7固定连接。工作时，密封动环9随转子10旋转。

本装置由低压侧基体1，密封片3，其中密封片3约有10000片，高压侧基体4以及静环5组成。

其中：密封片3靠近静环5一侧为梳齿状结构，其中，齿有10个，该梳齿结构低压侧部分的齿尖与静环5恰好接触，该梳齿结构高压侧部分的齿尖与静环过盈配合，使得转子转动时高压侧部分在静环5摩擦阻力作用下不但发生弹性形变相切于静环5内径，而且滞后于低压侧部分，密封片3安装于基体上，沿圆周方向以30°～70°相同的倾斜角度均匀分布；密封片3靠近转子10一端分别与低压侧基体1、高压侧基体4凹凸配合8连接，用以安装密封片3以及控制密封片3的安装角度，将密封片3按安装角度固定于基体上之后，密封片3凹型槽与基体的凸型结构相互配合，同时低压侧基体1与高压侧基体4的止口12配合定位组装完成。

将本装置应用在蒸汽轮机、燃气轮机或转子发动机等需要的高温高压动密封设备上。即转片式密封动环装在转子上，静环装在与需要密封的转子对应的壳体内型面上，动环基体的外形面与静环的内型面保持0.25mm∽0.5mm 间隙。设备壳体的内型面内放置密封静环，密封片高压侧可以与静环相接触且过盈配合。

当工作时，壳体与转子形成的密闭腔室，转子相对壳体做高速圆周运动 (线速度≧20m/s)，与壳体上的静环接触的密封片被挤压，侧压力使得密封片产生弹性变形，与接触面紧密贴合从而达到密封效果。

工作停止时，检查其密封片，静环未见明显磨损。

图2为图1中A-A方向上的剖面图，如图2所示：

密封原理：当该装置安装于需要密封的设备上时，密封片低压侧静环接触但不过盈，高压侧与静环过盈配合、工作时还做滑动运动。当转子以A-A 所示的方向旋转时密封片与转子同步旋转，过盈部分在静环摩擦阻力作用下不但发生弹性形变相切于静环内径，而且滞后于不过盈接触的低压侧。

此时，密封片与轴的径向有30°∽70°相同的倾斜角度、与轴向的轴线成0°∽5°的倾斜角度，从而对气流不但有垂直的切割作用，而且改变气流方向并对来流有反推作用。

本实用新型还提供了一种制备方法，用于所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，密封静环7装于壳体6内型面，装有低压密封 10的压盖5与壳体6固联，其中，密封片2为掌状结构，掌状结构两侧设有一定尺寸对称布置的凹型槽，密封片2安装于密封基体二3上，沿圆周方向以30°～70°相同的倾斜角度均匀分布；其中凹型槽与密封基体二3上的凸型结构相互配合，用以安装密封片及控制密封片的安装角度，将密封片2按安装角度固定于密封基体二3上，之后将密封片2凹型槽与密封基体一1的凸型结构相互配合，同时密封基体一1与密封基体二3的止口配合定位组装组成动环。

综上所述，当密封组件的动环随轴(刚性连接)一起转动时，密封片对进入的高温高压气体体或液起到扰动作用，使其不能从密封组件的动环与静环之间的间隙通过，达到对介质的封严作用。

本实用新型密封片低压侧的梳齿结构齿尖部分与静环接触但不过盈，高压侧的梳齿结构齿尖部分与静环过盈配合、工作时还做滑动运动，密封片与转子同步旋转，过盈部分在静环摩擦阻力作用下不但发生弹性形变相切于静环内径，而且滞后于不过盈接触的低压侧的齿状结构，密封片沿转子圆周方向分布，并与转子的轴向、径向均有倾斜角度，密封片不但对气流不但有垂直的切割作用，而且改变气流方向并对来流有反推作用，而且对进入的高温高压气体或液体起到扰动作用，使其不能从动环与静环之间的间隙通过，达到对介质的封严作用，自由环的加入，即使有微量的气体进入密封片之间，两层自由环也会挡住其通过，本实用新型无需油液润滑，在满足普通工况高温高压气体动密封时更可用于油室设置困难的复杂工况，减少润滑油消耗，降低环境污染；

本实用新型密封片采用钴基合金或铁基合金等耐磨损，耐高温材质，使该装置使用时磨损小，寿命长，使用效果稳定，应用范围广，本实用新型可应用于蒸汽轮机、燃气轮机、转子发动机、天然气深海石油等设备的高温高压气体或液体动密封技术，节省资源，同时还能提高转换效率。

因此本装置转片式密封效果优于迷宫密封、刷式密封，弹性接触，磨损小，寿命长，使用效果稳定，且无脱落现象，特殊工况下无需润滑、冷却。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，用于实现轴系设备高压侧与低压侧之间的密封；其特征在于：包括动环和静环(5)；其中动环密封固定于转子外圆面，静环固定于与转子对应的壳体内型面；所述动环包括低压侧基体(1)、高压侧基体(4)以及位于低压侧基体(1)和高压侧基体(4)形成的内腔中的多个密封片(3)；

所述多个密封片(3)沿转子圆周方向分布，并与转子的轴向、径向均有倾斜角度；所述密封片(3)靠近转子一端分别与低压侧基体(1)、高压侧基体(4)凹凸配合(8)连接；所述密封片(3)靠近静环(5)一端具有梳齿结构，该梳齿结构低压侧部分的齿尖与静环(5)接触，该梳齿结构高压侧部分的齿尖与静环过盈配合，使得转子转动时高压侧部分在静环(5)摩擦阻力作用下发生弹性形变相切于静环(5)内圆面。

2.根据权利要求1所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述多个密封片(3)相互平行。

3.根据权利要求1-2任一所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述密封片(3)与转子径向之间的倾角为30°～70°，与转子轴向之间的倾角为0°～5°。

4.根据权利要求1所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述密封片(3)的梳齿结构有5～20个齿。

5.根据权利要求1所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述密封片(3)共有1000～30000片。

6.根据权利要求1所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置还包括自由环(2)，所述自由环(2)共有两个，分别设置于梳齿结构低压侧部分的第一、第二齿间空隙处。

7.根据权利要求1所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述低压侧基体(1)与高压侧基体(4)之间具有止口(12)配合定位结构。

8.根据权利要求1所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述密封片(3)的材料为钴基合金或铁基合金。

9.根据权利要求1所述的转片式高温高压气体或液体弹性接触式动密封装置，其特征在于：所述静环(5)的材料为合金或陶瓷。

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