一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封方法，首先在轉(zhuǎn)子上安裝一密封盤，然后在密封盤兩側(cè)分別設(shè)一組凹槽，最后將密封齒設(shè)在凹槽內(nèi)；通過密封盤改變流體的流動軌跡，阻斷流體沿軸向的流動，迫使流體沿著設(shè)計的軌跡流動。本發(fā)明通過本方法還公開了阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，通過在轉(zhuǎn)子上設(shè)計的嵌入式密封盤，改變流體泄漏方向，流體不再沿轉(zhuǎn)子軸向流動，本質(zhì)上切斷螺旋形流動現(xiàn)象，減小流體激振，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。密封齒與轉(zhuǎn)子的同向布置，減小轉(zhuǎn)子振動對密封齒的碰磨，提高密封的耐磨性。
【專利說明】一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明一種應(yīng)用于透平機械、壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械的新型密封方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]密封是旋轉(zhuǎn)機械抑制流體泄漏的關(guān)鍵部件。旋轉(zhuǎn)機械密封在抑制流體泄漏的同時還會產(chǎn)生激振力，影響轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。隨著旋轉(zhuǎn)機械向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，密封內(nèi)的流體激振問題日益突出。進入傳統(tǒng)密封中的流體在進口預(yù)旋或轉(zhuǎn)子摩擦的帶動下，不僅有軸向流動，而且在密封腔內(nèi)還有一定的周向分速度，形成螺旋形的流動軌跡。產(chǎn)生激振力的原因在于流體在密封內(nèi)的螺旋形流動現(xiàn)象，導(dǎo)致密封腔內(nèi)沿周向的壓力不均勻分布，產(chǎn)生一個垂直于轉(zhuǎn)子位移方向的切向力，一旦切向力超過系統(tǒng)本身的阻尼力，轉(zhuǎn)子就會產(chǎn)生渦動，且當(dāng)切向激振力的頻率與轉(zhuǎn)子渦動頻率接近時，會使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的風(fēng)險增大。
[0003]為了提高密封抗流體激振的能力，人們在傳統(tǒng)疏齒密封的基礎(chǔ)上，通過改變密封本身的結(jié)構(gòu)提出了蜂窩式、孔型、刷式、反預(yù)旋、袋式阻尼密封等新型密封型式，并開展了大量的理論與試驗研究，取得了一定的效果。盡管如此，如何大幅提高密封抗流體激振能力并解決泄漏量和耐磨性之間的矛盾仍然是個難題，現(xiàn)有密封型式并不足以滿足現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機械發(fā)展對密封高性能的需求。
[0004]傳統(tǒng)梳齒密封在耐磨性和泄漏量之間存在矛盾。旋轉(zhuǎn)機械在起停機過程中過臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子振幅較大，如果密封安裝間隙較小，密封齒很容易磨損。密封齒與軸發(fā)生碰磨時，會造成軸局部過熱，甚至導(dǎo)致大軸彎曲。在機組檢修時，不得不增大密封安裝間隙，提高了泄漏量，以犧牲經(jīng)濟性為代價來確保機組的安全性。雖然在1987年由GE公司雇員RonBrandon提出并完成設(shè)計制造的自調(diào)整密封解決了這樣的矛盾，但是對于密封的加工尺寸、彈簧質(zhì)量和安裝工藝等要求頗高，而且在起停機時可能出現(xiàn)密封塊卡死導(dǎo)致動靜摩擦，損傷齒、軸，并產(chǎn)生振動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象、減少流體泄漏量、提高旋轉(zhuǎn)機械密封齒的耐磨性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性的正交嵌入式密封方法及其裝置。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封方法，首先在轉(zhuǎn)子上安裝一密封盤，然后在密封盤兩側(cè)分別設(shè)一組凹槽，將密封齒設(shè)在凹槽內(nèi)；通過密封盤改變流體的流動軌跡，阻斷流體沿軸向的流動，迫使流體沿著設(shè)計的軌跡流動。
[0007]—種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，包括轉(zhuǎn)子、設(shè)在轉(zhuǎn)子上的密封盤；所述密封盤外設(shè)有一靜子外套；所述密封盤兩側(cè)分別設(shè)有一組凹槽，所述每個凹槽內(nèi)均設(shè)有一密封齒，所述密封齒與靜子外套連接。
[0008]優(yōu)選地，所述密封盤兩側(cè)和凹槽數(shù)量均為2個以上。[0009]優(yōu)選地，所述密封盤兩側(cè)的凹槽呈相間排布，這樣設(shè)計可以節(jié)約使用密封盤體積，縮小整個裝置的大小。
[0010]優(yōu)選地，所述密封盤兩側(cè)的凹槽呈相對排布。
[0011]優(yōu)選地，所述密封齒與凹槽底部的距離=0.5mm。
[0012]螺旋形流動現(xiàn)象是導(dǎo)致流體激振的根本原因，產(chǎn)生螺旋形流動的本質(zhì)在于流體沿轉(zhuǎn)子軸向流動，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的帶動下，流體形成螺旋形流動現(xiàn)象。本發(fā)明通過在轉(zhuǎn)子上設(shè)計的嵌入式密封盤，將流體的泄漏方向改為正交于其流動方向，在密封盤的阻隔下，螺旋形流動現(xiàn)象被切斷，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0013]本發(fā)明采用密封齒與密封盤正交嵌入的新型設(shè)計，流體進入密封腔后，在密封盤的阻隔下，形成繞流。由于齒與盤的嵌入式布置，流體每經(jīng)過一級密封間隙便形成一次節(jié)流，在齒間的密封腔內(nèi)形成漩渦，具有良好的湍流增阻效應(yīng)，減小流體泄漏量，提高密封的效率。同時，密封齒頂部與密封盤存在間隙，有效避免了因旋轉(zhuǎn)機械在運行中的軸向膨脹，以及密封內(nèi)流體對密封盤的軸向沖擊力造成轉(zhuǎn)子在軸向的位移而導(dǎo)致動靜碰磨；密封齒正交布置，由于轉(zhuǎn)子振動主要是在轉(zhuǎn)子橫截面垂直和水平方向上，回旋振動對密封齒的碰磨明顯減小，提高密封耐磨性。
[0014]有益效果:本發(fā)明的相對于現(xiàn)有技術(shù)而言具有如下優(yōu)點:
[0015](I)減小流體激振力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過在轉(zhuǎn)子上設(shè)計的嵌入式密封盤，改變流體泄漏方向，流體不再沿轉(zhuǎn)子軸向流動，本質(zhì)上切斷螺旋形流動現(xiàn)象，減小流體激振，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。密封齒與轉(zhuǎn)子的同向布置，減小轉(zhuǎn)子振動對密封齒的碰磨，提高密封的耐磨性。
[0016](2)減小流體泄漏量，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性。新型正交嵌入式密封在密封盤的阻隔下，流體在密封腔內(nèi)形成繞流，在每級齒與盤間節(jié)流效應(yīng)明顯，在齒間密封腔內(nèi)形成漩渦，湍流增阻效果明顯，能量耗散大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明提供的裝置中的實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明提供的裝置中實施例1的阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的原理分析示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明提供的裝置中的實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是傳統(tǒng)梳齒密封內(nèi)流場分布圖。
[0021 ] 圖5是本發(fā)明的流場分布圖。
[0022]圖1和圖3中，I是密封腔，2是嵌入式密封盤，3是靜子外套，4是密封齒，5是轉(zhuǎn)子。
[0023]圖2中，6是流動入口，7是密封間隙，8是密封齒，9是流動出口。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0025]一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封方法，首先在轉(zhuǎn)子上安裝一密封盤，然后在密封盤兩側(cè)分別設(shè)一組凹槽，將密封齒設(shè)在凹槽內(nèi)；通過密封盤改變流體的流動軌跡，阻斷流體沿軸向的流動，迫使流體沿著設(shè)計的軌跡流動。[0026]實施例1:
[0027]如圖1所示，一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，包括轉(zhuǎn)子5、設(shè)在轉(zhuǎn)子5上的嵌入式密封盤2 ;所述密封盤I外設(shè)有一靜子外套3 ;所述密封盤2兩側(cè)分別設(shè)有一組凹槽，所述每個凹槽內(nèi)均設(shè)有一密封齒4，所述密封齒4與靜子外套3連接；所述密封盤2兩側(cè)的凹槽呈相間排布，且凹槽均處于同一縱向平面上，密封齒與凹槽底部的距離為0.3_。；這樣設(shè)計可以節(jié)約使用密封盤體積，縮小整個裝置的大小，以利于輕便化。
[0028]如圖2所示，流體從流動入口 6經(jīng)過密封間隙7后向上繞流，又多次經(jīng)過密封齒4與密封盤2間隙，形成節(jié)流效應(yīng)，流體流動過程中多次經(jīng)過密封腔8，形成漩渦，湍流增阻效果明顯，最后由出口 9流出；虛線代表傳統(tǒng)密封不可避免的螺旋形流動現(xiàn)象，在新型密封內(nèi)流體由于密封盤2的阻隔，不再沿軸向流動，螺旋形流動現(xiàn)象被切斷。
[0029]實施例2:
[0030]如圖3所示，一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，包括轉(zhuǎn)子5、設(shè)在轉(zhuǎn)子5上的嵌入式密封盤I ;所述密封盤I外設(shè)有一靜子外套3 ;所述密封盤2兩側(cè)分別設(shè)有一組凹槽，所述每個凹槽內(nèi)均設(shè)有一密封齒4，所述密封齒4與靜子外套3連接；所述密封盤I兩側(cè)的凹槽呈相對排布，密封齒與凹槽底部的距離為0.5mm。。
[0031]圖4是傳統(tǒng)梳齒密封內(nèi)流場分布圖。圖中流體沿軸向流動，經(jīng)過各級密封齒形成節(jié)流，流體在密封腔內(nèi)形成漩渦，具有一定的密封效果。
[0032]圖5所示為阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封的流場分布。圖中流體流經(jīng)各級密封間隙4時的節(jié)流效應(yīng)明顯，流體在經(jīng)過節(jié)流后噴射而出，在密封腔7內(nèi)形成漩渦，能量耗散增大，與傳統(tǒng)梳齒密封相比泄漏量減小。同時，流體沿軸向流動被切斷，阻斷螺旋形流動現(xiàn)象，減小流體激振力。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封方法，其特征在于:首先在轉(zhuǎn)子上安裝一密封盤，然后在密封盤兩側(cè)分別設(shè)一組凹槽，最后將密封齒設(shè)在凹槽內(nèi)；通過密封盤改變流體的流動軌跡，阻斷流體沿軸向的流動，迫使流體沿著設(shè)計的軌跡流動。
2.—種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)子、設(shè)在轉(zhuǎn)子上的密封盤；所述密封盤外設(shè)有一靜子外套；所述密封盤兩側(cè)分別設(shè)有一組凹槽，所述每個凹槽內(nèi)均設(shè)有一密封齒，所述密封齒與靜子外套連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，其特征在于:所述密封盤兩側(cè)和凹槽數(shù)量均為2個以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，其特征在于:所述密封盤兩側(cè)的凹槽呈相間排布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，其特征在于:所述密封盤兩側(cè)的凹槽呈相對排布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻斷螺旋形流動現(xiàn)象的正交嵌入式密封裝置，其特征在于:所述密封齒與凹槽底部的距離=0.5mm。
【文檔編號】F16J15/447GK103591299SQ201310589057
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】楊建剛, 李新陽, 張萬福 申請人:東南大學(xué)