CN218883005U - 一种阻旋式转子齿密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种阻旋式转子齿密封结构，所属透平机械密封技术领域，阻旋式转子齿密封结构，转子齿密封结构包括转轴，转子齿密封结构还包括：转子齿平衡盘、平衡盘密封体和第一阻旋栅；第一密封齿设计在转子齿平衡盘上，即第一密封齿设置在转子部件上，转子齿密封相比定子齿密封来讲，间隙更小，能够极大降低机组泄漏量，提升机组整体气动性能，在高压机组中有更广泛应用。通过在平衡盘密封体高压侧入口处设置第一阻旋栅作用于密封入口处周向气流，显著降低了密封入口处气流的周向速度，使转子齿反吹气密封进口预旋明显低于无反吹气的转子齿密封，能够有效提升转子对数衰减率，提升了转子的稳定性。

Description

一种阻旋式转子齿密封结构

技术领域

本实用新型属于透平机械密封技术领域，具体涉及一种阻旋式转子齿密封结构。

背景技术

透平机械是指具有叶片的动力式流体机械，其共同特点是装有叶片的转子作高速旋转运动，流体(气体或液体)流经叶片之间通道时，叶片与流体之间产生力的相互作用，借以实现能量转化。随着技术进步，透平机械逐渐向高压高转速方向发展，但透平机械密封内部的气流激振会对转子稳定性产生很大影响，需要降低气体泄漏量，提升整机性能，提高产品竞争力。

然而，现有的齿密封多用于定子密封，更换转子齿密封后，反旋流阻旋栅结构对转子稳定性的影响程度无法准确预测。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的现有的齿密封多用于定子密封，更换转子齿密封后，反旋流阻旋栅结构对转子稳定性的影响程度无法准确预测等问题，本实用新型提供一种阻旋式转子齿密封结构，通过将密封齿设置在转子部件上，转子齿密封相比定子齿密封来讲，间隙更小，能够极大降低机组泄漏量，达到提升机组整体气动性能的技术效果。其具体技术方案为：

一种阻旋式转子齿密封结构，转子齿密封结构包括转轴，转子齿密封结构还包括：转子齿平衡盘、平衡盘密封体和第一阻旋栅；转子齿平衡盘远离转轴的一侧壁上设置有第一密封齿，第一密封齿沿转子齿平衡盘的周向设置，转子齿平衡盘套装在转轴的外侧，且转子齿平衡盘与转轴同步转动；平衡盘密封体套装在转子齿平衡盘的外侧；第一阻旋栅设置在平衡盘密封体靠近高压侧气流入口的端面上，且第一阻旋栅向背离平衡盘密封体的方向凸起。

另外，本实用新型提供的上述技术方案中的一种阻旋式转子齿密封结构还可以具有如下附加技术特征：

可选的，第一阻旋栅的内径等于平衡盘密封体的内径，且第一阻旋栅的内壁与平衡盘密封体内壁沿平衡盘密封体轴线延伸出的曲面重合。

可选的，第一阻旋栅包括：第一连接板和第一栅板；第一连接板呈环形，且第一连接板与平衡盘密封体靠近高压侧气流入口的端面相连接；若干个第一栅板沿第一连接板的周向均匀设置在第一连接板远离平衡盘密封体的端面上；第一栅板与第一连接板的轴线呈角度设置，第一栅板的倾斜方向与转轴旋转的角速度方向相反。

可选的，第一栅板的宽度为3～10mm。

可选的，转子齿密封结构还包括：叶轮转子齿口圈、口圈密封体和第二阻旋栅；叶轮转子齿口圈上远离转轴的一侧壁上设置有第二密封齿，第二密封齿沿叶轮转子齿口圈的周向设置，叶轮转子齿口圈套装在转轴的外侧，且叶轮转子齿口圈与转轴同步转动；口圈密封体套装在叶轮转子齿口圈的外侧；第二阻旋栅设置在口圈密封体靠近高压侧气流入口的端面上，且第二阻旋栅向背离口圈密封体的方向凸起。

可选的，第二阻旋栅的内径等于口圈密封体的内径，且第二阻旋栅的内壁与口圈密封体内壁沿口圈密封体轴线延伸出的曲面重合。

可选的，第二阻旋栅包括：第二连接板和第二栅板；第二连接板呈环形，且第二连接板与口圈密封体靠近高压侧气流入口的端面相连接；若干个第二栅板沿第二连接板的周向均匀设置在第二连接板远离口圈密封体的端面上；第二栅板与第二连接板的轴线呈角度设置，第二栅板的倾斜方向与转轴旋转的角速度方向相反。

可选的，第二栅板的宽度为3～10mm。

可选的，第一密封齿与转子齿平衡盘为一体式结构；第二密封齿与叶轮转子齿口圈为一体式结构。

可选的，第一密封齿与转子齿平衡盘一体加工成型；第二密封齿与叶轮转子齿口圈为一体加工成型。

本实用新型的一种阻旋式转子齿密封结构，与现有技术相比，有益效果为：

1.第一密封齿设计在转子齿平衡盘上，即第一密封齿设置在转子部件上，转子齿密封相比定子齿密封来讲，间隙更小，能够极大降低机组泄漏量，提升机组整体气动性能，在高压机组中有更广泛应用。

2.通过在平衡盘密封体高压侧入口处设置第一阻旋栅作用于密封入口处周向气流，显著降低了密封入口处气流的周向速度，使转子齿反吹气密封进口预旋明显低于无反吹气的转子齿密封，能够有效提升转子对数衰减率，提升了转子的稳定性。

3.通过设置第一阻旋栅阻挡气流，形成反旋流结构，能够极大降低密封的交叉刚度系数，转子齿反吹气密封交叉刚度低于无反吹气的转子齿密封，能够提升全频率范围密封的有效阻尼，特别是低频段有效阻尼，降低转子由于密封激振力导致的失稳现象，提高了整个机组的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种阻旋式转子齿密封结构的第一密封齿的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种阻旋式转子齿密封结构的第二密封齿的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种阻旋式转子齿密封结构在多级离心压缩机中的安装位置示意图；

图4为本实用新型实施例的一种阻旋式转子齿密封结构的第一阻旋栅的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的一种阻旋式转子齿密封结构的第二阻旋栅的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的一种阻旋式转子齿密封结构的第一栅板的布置示意图；

其中，图1至图6中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10、转轴；11、转子齿平衡盘；12、第一密封齿；13、平衡盘密封体；14、第一阻旋栅；141、第一连接板；142、第一栅板；15、叶轮转子齿口圈；16、第二密封齿；17、口圈密封体；18、第二阻旋栅；181、第二连接板；182、第二栅板。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

结合参见图1-图6所示，根据本申请的实施例，一种阻旋式转子齿密封结构，转子齿密封结构包括转轴10，转子齿密封结构还包括：转子齿平衡盘11、平衡盘密封体13和第一阻旋栅14；转子齿平衡盘11远离转轴10的一侧壁上设置有第一密封齿12，第一密封齿12沿转子齿平衡盘11的周向设置，转子齿平衡盘11套装在转轴10的外侧，且转子齿平衡盘11与转轴10同步转动；平衡盘密封体13套装在转子齿平衡盘的外侧；第一阻旋栅14设置在平衡盘密封体13靠近高压侧气流入口的端面上，且第一阻旋栅14向背离平衡盘密封体13的方向凸起。通过在转动的转子齿平衡盘11上设置第一密封齿12，结构简单，易于加工，不改变转子齿迷宫密封的内部结构，只需要在平衡盘密封体13上设置第一阻旋栅14，第一密封齿12表面的密封腔与平衡盘密封体13外表面间的密封间隙与定子齿密封相比间隙更小，使得气流能够从高压侧流向低压侧，够极大降低机组泄漏量，提升了机组整体气动性能；第一阻旋栅14对密封入口处周向气流起到阻挡作用，能够减小密封入口处气流周向速度，降低进口预旋，可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。

进一步的，转子齿密封的交叉耦合刚度要高于定子齿密封，但由于其主刚度也大，因此转子齿密封最终的有效阻尼更高。同样间隙下，转子齿密封泄漏量要比定子齿密封更低，密封效果更好。

作为一种实施例，第一阻旋栅14的内径等于平衡盘密封体13的内径，且第一阻旋栅14的内壁与平衡盘密封体13内壁沿平衡盘密封体13轴线延伸出的曲面重合。通过使第一阻旋栅14的内径等于平衡盘密封体13的内径，并使第一阻旋栅14的内壁与平衡盘密封体13内壁平齐，避免密封间隙产生变化，使气流更加平稳，从而使气流的周向速度更均匀，提高机组的稳定性。

作为一种实施例，第一连接板141呈环形，且第一连接板141与平衡盘密封体13靠近高压侧气流入口的端面相连接；若干个第一栅板142沿第一连接板141的周向均匀设置在第一连接板141远离平衡盘密封体13的端面上；第一栅板142与第一连接板141的轴线呈角度设置，第一栅板142的倾斜方向与转轴10旋转的角速度方向相反。通过将第一连接板141与平衡盘密封体13连接，并在第一连接板141的周向均匀设置第一栅板142，对密封入口处周向气流起到阻挡作用，使集中进入的气流散开，从而降低密封入口气流的周向速度，能够有效提升转子对数衰减率，提升转子的稳定性，从而保证整个机组的稳定性。通过使第一栅板142的倾斜方向与转轴10旋转的角速度方向相反，即第一栅板142的倾斜方向与转轴10旋转方向相反，反旋流效果更佳。

进一步的，两个相邻的第一栅板142之间形成凹槽，气流经过多个凹槽即可实现对气流分流、减速的效果。

第一栅板142的宽度为3～10mm。通过使第一栅板142的宽度为3～10mm，确保的第一栅板142宽度适中，避免第一栅板142完全遮挡气流，导致气流流向发生变化，确保气流从两个第一栅板142中间的间隙流过，实现对气流的减速效果，从而降低密封腔内的气流周向速度，提高机组的稳定性。

需要说明的是，第一栅板142的数量和尺寸根据具体结构尺寸和气体参数调整。第一栅板142的倾斜方向与主轴旋转方向相反，倾斜角度可调，以获得最优反旋流效果。

作为一种实施例，叶轮转子齿口圈15上远离转轴10的一侧壁上设置有第二密封齿16，第二密封齿16沿叶轮转子齿口圈15的周向设置，叶轮转子齿口圈15套装在转轴10的外侧，且叶轮转子齿口圈15与转轴10同步转动；口圈密封体17套装在叶轮转子齿口圈的外侧；第二阻旋栅18设置在口圈密封体17靠近高压侧气流入口的端面上，且第二阻旋栅18向背离口圈密封体17的方向凸起。通过在转动的转子齿口圈上设置第二密封齿16，结构简单，易于加工，不改变转子齿迷宫密封的内部结构，只需要在口圈密封体17上设置第二阻旋栅18，第二密封齿16表面的密封腔与口圈密封体17外表面间的密封间隙与定子齿密封相比间隙更小，使得气流能够从高压侧流向低压侧，够极大降低机组泄漏量，提升了机组整体气动性能；第二阻旋栅18对密封入口处周向气流起到阻挡作用，能够减小密封入口处气流周向速度，降低进口预旋，可极大降低密封的交叉刚度系数，提高密封有效阻尼。通过在转子上设置密封齿，对转子进行齿密封，减小密封间隙，再通过第一阻旋栅14和第二阻旋栅18阻挡气流，降低密封入口处气流周向速度，提高整个机组的稳定性。

第二阻旋栅18的内径等于口圈密封体17的内径，且第二阻旋栅18的内壁与口圈密封体17内壁沿口圈密封体17轴线延伸出的曲面重合。通过使第二阻旋栅18的内径等于口圈密封体17的内径，并使第二阻旋栅18的内壁与口圈密封体17的内壁平齐，避免密封间隙产生变化，使气流更加平稳，从而使气流的周向速度更均匀，提高机组的稳定性。

第二连接板181呈环形，且第二连接板181与口圈密封体17靠近高压侧气流入口的端面相连接；若干个第二栅板182沿第二连接板181的周向均匀设置在第二连接板181远离口圈密封体17的端面上；第二栅板182与第二连接板181的轴线呈角度设置，第二栅板182的倾斜方向与转轴10旋转的角速度方向相反。通过将第二连接板181与口圈密封体17连接，并在第二连接板181的周向均匀设置第二栅板182，对密封入口处周向气流起到阻挡作用，使集中进入的气流散开，从而降低密封入口气流的周向速度，能够有效提升转子对数衰减率，提升转子的稳定性，从而保证整个机组的稳定性。通过使第二栅板182的倾斜方向与转轴10旋转的角速度方向相反，即第二栅板182的倾斜方向与转轴10旋转方向相反，反旋流效果更佳。

第二栅板182的宽度为3～10mm。通过使第二栅板182的宽度为3～10mm，确保的第二栅板182宽度适中，避免第二栅板182完全遮挡气流，导致气流流向发生变化，确保气流从两个第二栅板182中间的间隙流过，实现对气流的减速效果，从而降低密封腔内的气流周向速度，提高机组的稳定性。

第一密封齿12与转子齿平衡盘11为一体式结构；第二密封齿16与叶轮转子齿口圈15为一体式结构。通过使密封齿与转子为一体式结构，结构简单紧凑，保证转子和密封齿连接的强度，保证转子齿平衡盘11和叶轮转子齿口圈15的整体强度。

第一密封齿12与转子齿平衡盘11一体加工成型；第二密封齿16与叶轮转子齿口圈15为一体加工成型。通过使密封齿与转子一体加工成型，易于加工，提高了加工和生产效率。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种阻旋式转子齿密封结构，转子齿密封结构包括转轴(10)，其特征在于，所述转子齿密封结构还包括：

转子齿平衡盘(11)，所述转子齿平衡盘(11)远离所述转轴(10)的一侧壁上设置有第一密封齿(12)，所述第一密封齿(12)沿所述转子齿平衡盘(11)的周向设置，所述转子齿平衡盘(11)套装在所述转轴(10)的外侧，且所述转子齿平衡盘(11)与所述转轴(10)同步转动；

平衡盘密封体(13)，所述平衡盘密封体(13)套装在所述转子齿平衡盘的外侧；

第一阻旋栅(14)，所述第一阻旋栅(14)设置在所述平衡盘密封体(13)靠近高压侧气流入口的端面上，且所述第一阻旋栅(14)向背离所述平衡盘密封体(13)的方向凸起。

2.根据权利要求1所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于：

所述第一阻旋栅(14)的内径等于所述平衡盘密封体(13)的内径，且所述第一阻旋栅(14)的内壁与所述平衡盘密封体(13)内壁沿所述平衡盘密封体(13)轴线延伸出的曲面重合。

3.根据权利要求1所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于，所述第一阻旋栅(14)包括：

第一连接板(141)，所述第一连接板(141)呈环形，且所述第一连接板(141)与所述平衡盘密封体(13)靠近高压侧气流入口的端面相连接；

第一栅板(142)，若干个所述第一栅板(142)沿所述第一连接板(141)的周向均匀设置在所述第一连接板(141)远离所述平衡盘密封体(13)的端面上；

所述第一栅板(142)与所述第一连接板(141)的轴线呈角度设置，所述第一栅板(142)的倾斜方向与所述转轴(10)旋转的角速度方向相反。

4.根据权利要求3所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于：

所述第一栅板(142)的宽度为3～10mm。

5.根据权利要求1所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于，所述转子齿密封结构还包括：

叶轮转子齿口圈(15)，所述叶轮转子齿口圈(15)上远离所述转轴(10)的一侧壁上设置有第二密封齿(16)，所述第二密封齿(16)沿所述叶轮转子齿口圈(15)的周向设置，所述叶轮转子齿口圈(15)套装在所述转轴(10)的外侧，且所述叶轮转子齿口圈(15)与所述转轴(10)同步转动；

口圈密封体(17)，所述口圈密封体(17)套装在所述叶轮转子齿口圈的外侧；

第二阻旋栅(18)，所述第二阻旋栅(18)设置在所述口圈密封体(17)靠近高压侧气流入口的端面上，且所述第二阻旋栅(18)向背离所述口圈密封体(17)的方向凸起。

6.根据权利要求5所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于：

所述第二阻旋栅(18)的内径等于所述口圈密封体(17)的内径，且所述第二阻旋栅(18)的内壁与所述口圈密封体(17)内壁沿所述口圈密封体(17)轴线延伸出的曲面重合。

7.根据权利要求5所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于，所述第二阻旋栅(18)包括：

第二连接板(181)，所述第二连接板(181)呈环形，且所述第二连接板(181)与所述口圈密封体(17)靠近高压侧气流入口的端面相连接；

第二栅板(182)，若干个所述第二栅板(182)沿所述第二连接板(181)的周向均匀设置在所述第二连接板(181)远离所述口圈密封体(17)的端面上；

所述第二栅板(182)与所述第二连接板(181)的轴线呈角度设置，所述第二栅板(182)的倾斜方向与所述转轴(10)旋转的角速度方向相反。

8.根据权利要求7所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于：

所述第二栅板(182)的宽度为3～10mm。

9.根据权利要求5所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于：

所述第一密封齿(12)与所述转子齿平衡盘(11)为一体式结构；

所述第二密封齿(16)与所述叶轮转子齿口圈(15)为一体式结构。

10.根据权利要求9所述的一种阻旋式转子齿密封结构，其特征在于：

所述第一密封齿(12)与所述转子齿平衡盘(11)一体加工成型；

所述第二密封齿(16)与所述叶轮转子齿口圈(15)为一体加工成型。

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