專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)機械動靜間隙的密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于間隙密封技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于旋轉(zhuǎn)機械內(nèi)動靜間隙的密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
間隙密封技術(shù)應(yīng)用于控制旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件的介質(zhì)泄漏。為保證機械的安全穩(wěn)定運行，旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件應(yīng)保持足夠的間隙，因此選擇非接觸密封控制間隙泄漏流。非接觸式密封技術(shù)，即流體經(jīng)過密封齒頂間隙，節(jié)流加速，在密封齒后的較大密封腔室內(nèi)，流體的動能轉(zhuǎn)化為熱能，工質(zhì)經(jīng)過密封腔，壓力逐漸降低，以避免工質(zhì)大流量的泄漏。常見的非接觸密封形式為迷宮密封，以直通型、錯齒型、階梯型為主，這些常用于氣體介質(zhì)，泵在葉輪出口與導(dǎo)葉動靜間隙以及葉輪入口輪蓋處與進口導(dǎo)流管間動靜間隙常采用無空腔小間隙密封，此種密封控制泄漏效果不好，空腔內(nèi)部基本沒有介質(zhì)的耗散作用，而本實用新型密封結(jié)構(gòu)通過增加介質(zhì)流動通道的復(fù)雜性強化流體動能向熱能轉(zhuǎn)化過程，以減小泄漏量。當(dāng)前密封結(jié)構(gòu)，有些節(jié)流效果不佳，不能有效控制泄漏量；有些在動靜間隙設(shè)置密封圈，容易磨損，使用壽命較短；有些不能保證在大流量的工質(zhì)下安全穩(wěn)定運行；更重要的是泵的間隙密封尤其是核主泵的間隙密封，應(yīng)該考慮到倒流這種極端工況，大部分的密封沒有控制倒流的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種旋轉(zhuǎn)機械動靜間隙的密封結(jié)構(gòu)，與普通直齒間隙密封相比，節(jié)流效果明顯改善，更有效控制泄漏量；不設(shè)置密封圈，避免出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，使用壽命長；保證在大流量的工質(zhì)下穩(wěn)定運行；考慮倒流極端工況，設(shè)置控制倒流的結(jié)構(gòu)。本實用新型采用的技術(shù)方案是一種旋轉(zhuǎn)機械動靜間隙的密封結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機械動靜間隙，其特征是密封齒后設(shè)置橫臂，密封齒的齒頂采用爪型結(jié)構(gòu)，增加密封腔室的深度，加寬密封齒根和齒頂?shù)暮穸?，采用斜密封齒，密封齒迎風(fēng)面和背風(fēng)面設(shè)置采用弧面造型。橫臂把密封腔室分成上下兩個密封腔，增大流體在密封腔內(nèi)流動阻力，橫臂與本級密封腔室底部旋轉(zhuǎn)部件壁的垂直距離是本級密封腔高度的1/2-3/5。橫臂位置過高會使上方腔室的耗散空間不足。橫臂位置過低會使下方腔室的耗散空間不足，且經(jīng)密封節(jié)流后的部分高速流因橫臂的阻擋，直接進入下一級節(jié)流，而缺少了在本級空腔內(nèi)的能量耗散。橫臂與密封腔室側(cè)壁間隙是其位置腔室寬度的1/3-2/3。橫臂過長會使上方腔室流出的高速流體阻止流體進入該腔室；橫臂過短會減弱阻礙流體流出上腔室的能力。橫臂數(shù)量也不宜過多，過多將會減小密封腔內(nèi)流體的大容積耗散空間優(yōu)勢，減弱耗散效果。[0010]橫臂設(shè)置在非末級密封齒背上。橫臂不宜設(shè)置在密封齒前，設(shè)置在齒前將會使更多的流體停留在下腔室，不能充分利用密封腔室的空間。本實用新型的密封結(jié)構(gòu)和直通尖齒密封相比，橫臂的添加是使密封腔內(nèi)的流場復(fù)雜化，增大了流體阻力，一個規(guī)則的大渦旋演變成一個畸變的大渦旋和橫臂下面的小渦旋；增加了橫臂兩個流體滯止角落，有利于能量耗散；密封腔被橫臂分成兩個相通的腔室， 上方的腔室的流體難于進入下方腔室，一部分沿彎齒流入上方腔室的流體密封腔內(nèi)的停留時間相應(yīng)增加；上方腔室流體流出時和進入該腔室的流體對流耗散，很大程度上促進了流體的能量耗散，從圖4的橫臂頂部區(qū)域的較大壓力梯度可以看出明顯的耗散效應(yīng)。密封齒頂爪型結(jié)構(gòu)左右對稱，兩側(cè)分別有雙尖角爪型結(jié)構(gòu)，中間采用圓弧形凹面。 密封齒頂采用爪型結(jié)構(gòu)，4個尖角能產(chǎn)生更好的節(jié)流效果，控制泄漏量。另外，對稱的齒尖可以阻止兩方向來流的泄漏量，在倒流的極端工況下，穩(wěn)定控制泄漏量，而且中間圓形凹面槽道可以引導(dǎo)泄漏流在其內(nèi)部停留耗散，增加了泄漏流的在密封內(nèi)的停留時間，減小泄漏量， 同時小渦旋也阻礙泄漏流的流動，隨著間隙的減小，這種阻力會越加明顯。密封齒來流迎風(fēng)面采用弧面造型。引部分齒前流體沿齒壁上行，引入滯止區(qū)或上層腔室，使其在齒前或齒腔內(nèi)停留更多的時間，以減小泄漏。密封齒的齒頂和齒根漸進加寬，齒根、齒頂寬度是齒長的1/5-1/3。適應(yīng)高壓、高速流體，防止密封齒齒根斷裂，增加其使用壽命，延長檢修周期，保證安全性。另外，齒根的弧形壁面同樣有助于引流進入上腔室，增加流體在腔室停留時間，以減小泄漏量。密封結(jié)構(gòu)也可由多個密封齒排列而成，形成密封組。密封結(jié)構(gòu)的密封齒在空間有限的情況下，可以適當(dāng)縮短齒長度，保持寬度不變。本實用新型的有益效果如下(1)本實用新型密封結(jié)構(gòu)有良好的控制流量效果。在很大程度上，泄漏量取決于密封的間隙的大小，在保證設(shè)備安全運行的前提下，密封間隙可以設(shè)置到最小。密封腔室內(nèi)復(fù)雜的流動空間，是促進工質(zhì)能量耗散的重要因素，但腔室結(jié)構(gòu)不宜過于復(fù)雜，原因在于流體需要大容積的耗散空間，以渦旋的形式動能轉(zhuǎn)化為熱能。考慮到制造難度和加工成本，設(shè)計也應(yīng)盡量簡單，使流體有足夠空間能量耗散，圖1為本實用新型的密封結(jié)構(gòu)示意圖，本實用新型密封比相同間隙的普通直齒密封減小13. 8%的泄漏量。(2)橫臂增大流體在密封腔內(nèi)流動阻力，加強流體在腔內(nèi)的能量耗散，增加流體在腔內(nèi)的停留時間。(3)密封齒頂采用爪型結(jié)構(gòu)，4個尖角能產(chǎn)生更好的節(jié)流效果，控制泄漏量，另外對稱的齒尖可以阻止兩方向來流的泄漏量，在倒流的極端工況下，穩(wěn)定控制泄漏量，而且中間圓形凹面槽道可以引導(dǎo)泄漏流在其內(nèi)部停留耗散，增加了泄漏流的在密封內(nèi)的停留時間，減小了泄漏量，同時小渦旋也阻礙的泄漏流的流動，隨著間隙的減小，這種阻力會越加明顯。(4)由于本實用新型有橫臂結(jié)構(gòu)，所以采取加深齒腔方法為了給上腔室提供足夠的流體耗散空間。(5)弧形迎風(fēng)面弓I部分齒前流體沿齒壁上行，弓I入滯止區(qū)或上層腔室，使其在齒前或齒腔內(nèi)停留更多的時間，以減小泄漏。(6)密封腔內(nèi)部最低壓力高于飽和壓力IMpa，確保密封腔室內(nèi)不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。[0024](7)為了適應(yīng)高壓、高速流體，本實用新型采用加固齒根和齒頂?shù)姆椒ǎ乐姑芊恺X齒根斷裂，增加其使用壽命，延長檢修周期，保證安全性。

圖1 (a)是本實用新型密封結(jié)構(gòu)示意圖三維側(cè)視圖。圖1 (b)是本實用新型密封齒示意圖。圖2加寬齒根直通齒密封跡線流場圖。圖3本實用新型結(jié)構(gòu)密封內(nèi)部跡線流場圖。圖4本實用新型結(jié)構(gòu)密封空腔內(nèi)部壓力云圖。圖5密封環(huán)外觀俯視圖。圖中1密封環(huán)；2密封齒；3橫臂。
具體實施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖以核主泵為實施例詳細(xì)敘述本實用新型。本實用新型密封是由兩個半圓形密封環(huán)組成，如圖5，可安裝在核主泵的葉輪出口與導(dǎo)葉動靜間隙和葉輪入口輪蓋處與進口導(dǎo)流管動靜間隙處，或者安裝于熱屏與轉(zhuǎn)軸的間隙處。密封環(huán)背弧沿著固定部件的密封槽道安裝，密封齒傾斜方向朝向來流方向。本實用新型密封結(jié)構(gòu)主要由密封環(huán)1、密封齒2組成。密封環(huán)內(nèi)圈可以設(shè)置多個密封齒，圖1(a)、圖1(b)所示，設(shè)置了 2個密封齒，密封齒之間形成密封腔室。密封腔被橫臂3分成兩個相通的腔室。流體經(jīng)密封齒間隙節(jié)流加速，壓力降低，高速流體在密封空腔中動能轉(zhuǎn)化成熱能， 同時恢復(fù)壓力，但由于流體的部分動能轉(zhuǎn)化成熱能，因此壓力不能恢復(fù)到上一級的壓力值， 所以流體壓力逐級降低，流體泄漏量減小。在核主泵葉輪出口與導(dǎo)葉處存在動靜間隙，在葉輪入口輪蓋處與進口導(dǎo)流管間也存在動靜間隙，核主泵正常運行時，有部分經(jīng)葉輪出口的高壓流體沿此間隙外泄，并重新回流至泵入口，干擾主流場流動，同時減小有效通流面積，降低了泵的流動效率和性能；熱屏與轉(zhuǎn)軸之間存在間隙，高溫高壓流體沿此間隙泄漏，下級部件易受其影響，造成運行不穩(wěn)定甚至損壞。為了保障核主泵各部件安全運行，應(yīng)盡量減小這些泄漏，本實用新型結(jié)構(gòu)密封設(shè)置在上述動靜間隙處。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)機械動靜間隙的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，斜密封齒(2)后設(shè)置橫臂(3)，橫臂(3)與本級加深的密封腔室底部旋轉(zhuǎn)部件壁的垂直距離是本級密封腔高度的1/2-3/5， 橫臂C3)與密封腔室側(cè)壁間隙是其位置腔室寬度的1/3-2/3，橫臂C3)設(shè)置在非末級密封齒 ⑵背上；密封齒(2)頂采用爪型結(jié)構(gòu)，爪型為左右對稱結(jié)構(gòu)，兩側(cè)分別有雙尖角爪型，中間采用圓弧形凹面；密封齒( 來流迎風(fēng)面和背風(fēng)面都采用弧面造型，密封齒( 的齒頂和齒根漸進加寬，齒根和齒頂?shù)膶挾仁驱X長的1/5到1/3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用多個密封齒(2)排列形成密封齒組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的密封齒(2)齒寬不變。
專利摘要本實用新型涉及一種設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機械動靜間隙的密封結(jié)構(gòu)。密封齒后設(shè)置橫臂結(jié)構(gòu)，密封齒頂采用爪型結(jié)構(gòu)，增加密封腔室的深度，加寬密封齒根和齒頂?shù)暮穸?，?yīng)用斜密封齒，密封齒的迎風(fēng)面和背風(fēng)面都采用弧面造型。本實用新型用于控制高溫高壓流體沿動靜間隙泄漏，避免大流量泄漏影響下一級部件的穩(wěn)定運行和安全運作。在核主泵高壓高溫高速大流量工質(zhì)條件下，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，本實用新型比相同間隙的普通直齒迷宮密封減小13.8％的泄漏量，可在倒流極端工況下暫時穩(wěn)定控制泄漏量，安全、耐用、節(jié)流效果好。
文檔編號F04D29/08GK201944275SQ20102020031
公開日2011年8月24日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者張盟, 王曉放 申請人:大連理工大學(xué)