CN215444513U - 密封结构及压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种密封结构及压缩机，涉及压缩机技术领域，解决了压缩机叶轮与静止件之间的密封结构密封性较差的技术问题。该密封结构包括位于叶轮上的气封部位，气封部位与叶轮和静止件之间的间隙导通，叶轮转动能带动气封部位内的气流旋转形成高压气流，用于阻止叶轮流道出口处的高压气体由叶轮与静止件间的间隙泄漏。本实用新型叶轮旋转时带动气封部位内的气流高速旋转在叶轮和静止件之间形成高压气流，通过高压气流密封叶轮和静止件之间的间隙，防止叶轮流道出口处的高压气体沿该轴向间隙泄漏。该结构简单，不会造成叶轮与静止件的干涉，易于实现，且通过高压气体密封的结构能有效减少叶轮流道出口的漏气量，密封性明显提高。

Description

密封结构及压缩机

技术领域

本实用新型涉及压缩机技术领域，尤其是涉及一种密封结构及压缩机。

背景技术

随着压缩机设计和制造水平的不断提高，高压比、高转速的压缩机种类越来越多。目前，对于高转速高压比的离心压缩机，参见图1所示，叶轮1固定于转子3上随转子3旋转，壳体上存在有不随叶轮和转子旋转的静止件2。

由于叶轮的进出口两侧的压力差比较大，导致叶轮承受的轴向力也很大，这主要会引起以下两方面的问题：一方面会给支撑转子3旋转的推力轴承带来巨大的额外负载，使轴承出的摩擦热增加、轴承温度升高，导致润滑油站系统复杂化，轴承处的机械损失也相应增加；另一方面，更为重要的，参见图1，静止件2与叶轮1之间存在间隙，压缩机工作时，从吸气腔的吸气口102，即叶轮流道入口吸入低压气体，通过叶轮1高速旋转对气体做功，使叶轮流道出口101处高速高压的气体形成高压区A。高压气体通过叶轮1轮盖与静止件2间的间隙，回到低压区B入口，形成泄漏。由于叶轮1流道出口101附近压力比较高，为了防止气体向外界泄漏，所以采用的需要采用轴端密封结构且该密封结构必须是能够承受高压的密封。

现有技术中叶轮轴端密封通常采用迷宫型密封结构。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：在叶轮与静止件之间采用迷宫型密封结构，容易造成叶轮与静止件之间的干涉。且迷宫型密封结构仍存在间隙，密封效果较差，依旧存在气体泄漏的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供密封结构及压缩机，以解决现有技术中存在的离心式压缩机叶轮与静止件之间的密封结构密封性较差的技术问题；本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的密封结构，包括位于所述叶轮上的气封部位，所述气封部位与所述叶轮和静止件之间的间隙导通，所述叶轮转动能带动所述气封部位内的气流旋转形成高压气流，用于阻止所述叶轮流道出口处的高压气体由所述叶轮与所述静止件间的间隙泄漏。

优选的，所述气封部位设置于所述叶轮的与所述静止件配合的外周壁上。

优选的，所述气封部位为开口朝向所述静止件的凹槽。

优选的，所述凹槽沿所述叶轮的轴向间隔布置。

优选的，所述凹槽的深度H为0.1mm-0.3mm。

优选的，所述凹槽为半圆形槽、三角形槽、矩形槽、梯形槽中的一种或多种。

优选的，所述密封结构还包括位于所述静止件上与所述叶轮配合位置处的梳齿部，所述梳齿部与所述叶轮间隙配合。

优选的，所述静止件包括与所述叶轮配合的第一台阶和第二台阶，其中，所述第二台阶位于所述静止件靠近所述叶轮流道出口一侧，所述第二台阶上存在有所述梳齿部，或所述第一台阶和所述第二台阶上均存在有所述梳齿部。

优选的，所述叶轮与所述静止件配合位置处还存在有凸起部，所述气封部位位于相邻两所述凸起部之间。

优选的，所述凸起部与所述静止件上的所述梳齿部在轴向上交错布置。

本实用新型还提供了一种压缩机，包括上述密封结构。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本实用新型提供的密封结构，通过在叶轮上设置气封部位，叶轮旋转时带动气封部位内的气流高速旋转在叶轮和静止件之间形成高压气流，通过高压气流密封叶轮和静止件之间的间隙，防止叶轮流道出口处的高压气体沿该轴向间隙泄漏。该结构简单，不会造成叶轮与静止件的干涉，易于实现，且通过高压气体密封的结构能有效减少叶轮流道出口的漏气量，密封性明显提高。

2、本实用新型提供的压缩机，由于具备上述密封结构，故能够减少叶轮流道出口处的高压气流泄漏回流道入口，减少叶轮的漏气量，提高压缩机能效。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型压缩机上叶轮与静止件的配合结构示意图；

图2是气封部位第一种实施例的结构示意图；

图3是气封部位第二种实施例的结构示意图；

图4是气封部位第三种实施例的结构示意图；

图5是气封部位第四种实施例的结构示意图；

图6是本实用新型密封结构第一种实施例的结构示意图；

图7是本实用新型密封结构第二种实施例的结构示意图；

图8是本实用新型密封结构第三种实施例的结构示意图；

图9是本实用新型密封结构第四种实施例的结构示意图；

图10为叶轮的结构示意图。

图中1、叶轮；11、气封部位；12、凸起部；

2、静止件；21、梳齿部；201、第一台阶；202、第二台阶；

101、流道出口；102、吸气口；A、高压区；B、低压区。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

压缩机的叶轮由轮盖，轮毂和叶片组成。静止件是压缩机中与叶轮配合的部件，其中，叶轮是套在转子上和转子一起高速旋转，是旋转件。静止件位于壳体上，是不运动的。

参见图1所示，图1中箭头方向为气流流向。压缩机工作时，从吸气腔的吸气口102吸入低压气体，通过叶轮1高速旋转对吸气腔内的气体做功，使叶轮1流道出口101处高速高压的气体形成高压区A。由于叶轮1轮盖与静止件2之间存在间隙(防止运动干涉)，虽间隙较小，但由于叶轮1两侧存在压差，叶轮1流道出口101处的高压气体能通过叶轮1轮盖与静止件2之间的间隙泄漏回流道入口处的低压区B，造成漏气损失。现有技术中通过迷宫型密封结构密封该间隙，但密封型密封结构在上述两者之间仍然存在间隙，单纯通过结构外形的变化配合(即该迷宫型密封结构)很难具有较好的密封性能。

实施例1

基于上述问题，本实施例提供了一种密封结构，参见图1，图6-图10所示，该密封结构包括位于叶轮1上的气封部位11，气封部位11与叶轮1和静止件2之间的间隙导通，叶轮1转动能带动气封部位11内的气流旋转形成高压气流，用于阻止叶轮1流道出口101处的高压气体由叶轮1与静止件2间的间隙泄漏。

上述高压是相对而言，高压区及低压区同样是相对而言的，并不受限于具体范围的压力。

具体的，该气封部位11位于叶轮1的轮盖上。叶轮1随转子高速旋转时，同时带动气封部位11内的气流高速旋转，由于气封部位11与叶轮1和静止件2之间的间隙导通，气封部位11内的气流可在叶轮1和静止件2之间流通，形成高压气流。该位置处的高压气流由于位于叶轮1流道出口101和入口之间，因此作为高压气体密封，能够防止高压区A内的气流泄漏回低压区B。

本实施例提供的密封结构，通过在叶轮1上设置气封部位11，叶轮1旋转时带动气封部位11内的气流高速旋转在叶轮1和静止件2之间形成高压气流，通过高压气流密封叶轮1和静止件2之间的间隙，防止叶轮1流道出口101处的高压气体沿该轴向间隙泄漏。该结构简单，不会造成叶轮1与静止件2的干涉，易于实现，减少轴向力带来的机械损失；且通过高压气体密封的结构能有效减少叶轮1流道出口101的漏气量，密封性明显提高。

作为可选的实施方式，参见图10，气封部位11设置于叶轮1的与静止件2配合的外周壁上。

该结构简单，便于气封部位11与叶轮1和静止件2之间的间隙导通。

为了能够使得叶轮1的高速旋转带动气封部位11内的空气高速旋转，作为可选的实施方式，气封部位11内形成有允许叶轮1和静止件2之间的气流进入的容纳空间。

叶轮1和静止件2之间间隙内的气流进能够进入至上述容纳空间，因此当在气封部位11内形成高压气流时，该高压气流能够流动在叶轮1和静止件2之间密封两者之间的间隙。

作为可选的实施方式，参见图2-图9所示，本实施例中的气封部位11为开口朝向静止件2的凹槽。

该凹槽围绕叶轮1的与静止件2配合的外周壁设置。具体的，可在叶轮1与静止件2配合位置的外周刻设一周凹槽，该方式形成的凹槽较浅，能够在形成高压气流密封的同时，防止叶轮1额外做功，增加能耗。

作为可选的实施方式，上述凹槽沿叶轮1的轴向间隔布置。该结构能够在叶轮1与静止件2的轴向间隙之间形成高压气流密封，且多个凹槽间隔布置防止高压气流向四周扩散，密封性能好。

相邻凹槽之间的距离不能过远，防止叶轮1旋转形成的气流压力过小，本实施例中相邻凹槽之间的距离D取值范围为0.5mm-1mm。

除此之外，凹槽的布置方向还可与叶轮1的轴向具备一定夹角，即斜向开槽。考虑到上述轴向布置的凹槽便于加工，应优先选择。

作为可选的实施方式，参见图2-图5所示，凹槽的深度H为0.1mm-0.3mm。

凹槽深度不能过大，否则会使叶轮1额外做功，上述深度范围的凹槽能够在形成高压气流密封的同时，防止叶轮1额外做功增加能耗。

凹槽的具体现状不限，作为可选的实施方式，参见图2-图5所示，本实施例中的凹槽为半圆形槽、三角形槽、矩形槽、梯形槽中的一种或多种。

在上述凹槽中，矩形槽和半圆形槽更容易刻线加工，且矩形槽形成的高压气流更稳定，不容易向四周扩散，应优先选取。

另外，在设置上述凹槽时，考虑到凹槽的形状形成的容纳空间，本实施例中给出了不同形状凹槽的选择尺寸，但并不限定下述范围：参见图4，对于半圆形槽，其半径r大小范围为0.1mm-0.3mm；参见图5，对于三角形槽，槽的两侧壁形成的角度α大小范围为为45°-70°；参见图2，对于矩形槽，槽宽C大小范围为0.1mm-0.5mm；参见图3，对于梯形槽，其侧壁与底边形成的角度β大小范围为105°-135°。

实施例2

对于高压比的压缩机，为了进一步提高密封效果，在上述实施例的基础上，本实施例中的密封结构还包括位于静止件2上与叶轮1配合位置处的梳齿部21，梳齿部21与叶轮1间隙配合。

上述带有静止件2的梳齿部21与叶轮1间隙配合，除了能够利用凹槽内形成的高压气流密封，减少气体泄漏，同时还能通过梳齿部21与叶轮1配合形成的小孔节流结构带来的节流作用进一步增强密封效果。

上述梳齿部21与叶轮1间隙配合的密封原理是：梳齿部21的齿尖位置与叶轮1之间的间隙相较于静止件2其他位置与叶轮1之间的间隙更小，即气流通过的截面通道突然缩小，根据伯努利方程，该处位置气流流速增大，压力降低。空气气流每通过一个梳齿部21，气压相应降低，最终气压降至与低压区相近，防止叶轮1流道两端压差过大造成气体泄漏，起到密封效果。

对于单级压缩，压比在2.0以上时，适于选用上述结构的静止件2以增加密封效果。

作为可选的实施方式，参见图7、图8所示，静止件2包括与叶轮1配合的第一台阶201和第二台阶202，其中，第二台阶202位于静止件2靠近叶轮1流道出口101一侧，第二台阶202上存在有梳齿部21，或第一台阶201和第二台阶202上均存在有梳齿部21。

压缩机的压比在1.7-2.0时，在静止件2的第二台阶202上设置梳齿部21，第一台阶201上不设置梳齿部21；对于双级压缩，二级叶轮1出口总压比在3.5以上时，与二级叶轮配合的静止件2应含有梳齿部21，与一级叶轮配合的静止件2不含梳齿；或者在静止件2与叶轮1配合的第二台阶202上设置梳齿部21，第一台阶201不含梳齿部21。

在上述基础上，为了进一步提高密封效果，作为可选的实施方式，参见图9所示，叶轮1上与静止件2配合位置处还存在有凸起部12，气封部位11位于相邻两凸起部12之间。

叶轮1上设置的凸起部12能够与静止件2上的梳齿部21配合，进一步缩小气流通过的截面面积，增强节流作用。

作为可选的实施方式，参见图9，凸起部12与静止件2上的梳齿部21在轴向上交错布置。

叶轮1上的凸起部12和静止件2上的梳齿部21相互配合，形成曲折形密封结构，能够在叶轮1的轴向上进一步提升密封效果。

实施例3

参见图1，本实施例提供了一种压缩机，包括上述密封结构。

本实施例的压缩机，由于具备上述密封结构，故能够减少叶轮1流道出口101处的高压气流泄漏回流道入口，减少叶轮1的漏气量，提高压缩机能效。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种密封结构，其特征在于，包括位于叶轮上的气封部位，所述气封部位设置于所述叶轮的与静止件配合的外周壁上，且所述气封部位与所述叶轮和所述静止件之间的间隙导通，所述叶轮转动能带动所述气封部位内的气流旋转形成高压气流，用于阻止所述叶轮流道出口处的高压气体由所述叶轮与所述静止件间的间隙泄漏。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述气封部位为开口朝向所述静止件的凹槽。

3.根据权利要求2所述的密封结构，其特征在于，所述凹槽沿所述叶轮的轴向间隔布置。

4.根据权利要求2所述的密封结构，其特征在于，所述凹槽的深度H为0.1mm-0.3mm。

5.根据权利要求2所述的密封结构，其特征在于，所述凹槽为半圆形槽、三角形槽、矩形槽、梯形槽中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述密封结构还包括位于所述静止件上与所述叶轮配合位置处的梳齿部，所述梳齿部与所述叶轮间隙配合。

7.根据权利要求6所述的密封结构，其特征在于，所述静止件包括与所述叶轮配合的第一台阶和第二台阶，其中，所述第二台阶位于所述静止件靠近所述叶轮流道出口一侧，所述第二台阶上存在有所述梳齿部，或所述第一台阶和所述第二台阶上均存在有所述梳齿部。

8.根据权利要求6所述的密封结构，其特征在于，所述叶轮上与所述静止件配合位置处还存在有凸起部，所述气封部位位于相邻两所述凸起部之间。

9.根据权利要求8所述的密封结构，其特征在于，所述凸起部与所述静止件上的所述梳齿部在轴向上交错布置。

10.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的密封结构。

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