一种可以适应转子振动的低泄漏F型交错齿迷宫密封

摘要

本发明提供一种可以适应转子振动的低泄漏F型交错齿迷宫密封，包括扇形环，扇形环包括转子、安装冠，转子的上端面和安装冠的下端面分别设置有两个F型密封齿，每个F型密封齿都包括直尺和设置在直尺端部的第一密封齿环和第二密封齿环，转子上的F型密封齿正着安装、安装冠的F型密封齿倒着安装，且四个F型密封齿交替布置并面对来流方向，转子上的F型齿环的第二密封齿环与安装冠上的F型齿环的第一密封齿环处于同一水平位置，形成密封腔。本发明保证转子振动的条件下有极低的泄漏量，保证密封结构不会因转子振动失效。

说明书

技术领域

本发明涉及一种迷宫密封，尤其涉及一种可以适应转子振动的低泄漏F型交错齿迷宫密 封，应用于叶轮机械转子轴向密封。

背景技术

泄漏量是衡量密封件优劣的最重要的指标之一，密封间隙的泄漏是整个叶轮机械效率损 失的主要来源。传统的直通式迷宫密封在工程中广泛的被应用，密封齿尖的节流效应以及密 封腔内形成的强烈涡旋对能量到耗散，逐级累加达到密封效果。但由于直通泄漏流的存在导 致直通式迷宫密封的泄漏量普遍较大。在追求较小的泄漏量时，多采用交错齿迷宫密封结构。 交错齿交错排列在转动件与静止件上。独特的交错结构防止了直通泄漏流的存在，从而降低 了泄漏量。

随着现代叶轮机械的发展，对于泄漏量的控制逐渐变得严格，要求密封极好的密封效果。 相对于造价极高的柔性密封，相对低廉的刚性密封齿的结构设计是追求较低泄漏量的普遍方 式。在不过度增加制造难度的前提下，对密封齿结构进行改造追求更低的泄漏量就变得十分 重要。

除此之外，对于非接触密封而言，转子振动导致齿顶间隙变化。结论表明转子振动将会 明显增加转子密封系统的泄漏量并降低整机效率。一种可以适应转子振动，并且可以控制转 子振动带来的泄漏量增幅的密封结构故而变得十分重要。

发明内容

本发明的目的是为了保证转子振动的条件下有极低的泄漏量，保证密封结构不会因转子 振动失效而提供一种可以适应转子振动的低泄漏F型交错齿迷宫密封。

本发明的目的是这样实现的：包括扇形环，扇形环包括转子、安装冠，转子的上端面和 安装冠的下端面分别设置有两个F型密封齿，每个F型密封齿都包括直尺和设置在直尺端部 的第一密封齿环和第二密封齿环，转子上的F型密封齿正着安装、安装冠的F型密封齿倒着 安装，且四个F型密封齿交替布置并面对来流方向，转子上的F型齿环的第二密封齿环与安 装冠上的F型齿环的第一密封齿环处于同一水平位置，形成密封腔。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述的扇形环有6个，均为60°，6个扇形环拼成圆形结构。

2.第一密封齿环和第二密封齿环的端部均设置成与水平面呈40°角的斜面，第一密封齿 环和第二密封齿环的厚度均是0.3mm，第一密封齿环的轴向长度为1.5-3mm；第二密封齿环 的轴向长度为2-3.5mm。

3.密封直齿的径向厚度是：直齿顶部厚度为1-2mm、直齿根部厚度为3-5mm。

4.相邻两个F型密封齿的轴向密封间隙是0.2-0.4mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明应用于叶轮机械转子轴向密封，非接触 的密封结构可以有效的减少转子振动附加的泄漏损失，增加转子密封效果。本发明增加了在 F型密封齿的节流作用，流体流动回流充分，径向与轴向的复合式节流效果更佳明显。由于 焊接的平行密封齿环，工质在径向上的流动受到额外的节流效应，并且由于密封齿结构密封 腔内产生复杂的旋涡流动，对能量耗散加快，达到极低的泄漏量以及极为优秀的密封效果。 对于转子振动带来的影响，本发明的两平行密封齿可以适应转子振动特性改变带来的径向间 隙的改变。保证在转子达到振动任意时刻有至少一个密封齿环可以在径向产生节流效应。

附图说明

图1是本发明组合后的结构示意图；

图2是图1中A-A面的结构示意图(扇形环的结构示意图)；

图3是本发明的F型交错式迷宫密封腔示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图3，整个密封环是由6个独立的扇形环拼装而成的，这样能够保证密封环 与机匣的装卡、定位，同时具有安装、拆卸方便以及防止过度变形的特点，其中切割间隙9 的值为0.2-0.4mm，其中定位角度θ为5°-15°。通过A-A截面可以观察到F型密封齿4是 通过将两个密封齿环1、2(第一密封齿环2和第二密封齿环1)与直齿3焊接在一起来实现 的；转子上的F型密封齿通过凹槽安装在转子5上成正F型，安装冠上的F型密封齿通过凹 槽安装在安装冠6上构成倒F型。四个F型密封齿交错排列，正F与倒F型密封齿开口方向 一致，均面对来流方向。由转子5和安装冠6上依次排列的F型密封齿共同构成交错的F型 密封结构；6为整个密封环的安装冠，其作用是将密封环与静止部件装卡固定；7是为了方便 安装跟拆卸的气槽。

F型密封结构的密封性腔内的细节如图3所示，F型密封齿4的结构是由第一密封齿环2 和第二密封齿环1分别平行钎焊在直齿的冠部以及颈部共同构成，其中将直齿底部加粗设计 是为了减小应力从而疲劳强度，增加密封寿命。振动条件下的密封效果是这样实现的，当转 子不振动时，倒F密封齿的第一密封齿环2与上游正F型密封齿的第二密封齿环1保持统一 水平位置，此时密封齿环1、2共同起到节流作用。转子振动时，正F型密封齿环随着转子发 生振动，倒F型密封齿环的密封齿环2可以在密封齿环1失去节流功能时刻发挥节流效应以 适应转子的振动带来泄漏的变化。图2中8为两个密封齿环与直齿3连接的焊接位置，焊缝 于连接处的两侧均布。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

F型环状密封与密封腔顶端的距离为1.5-3.5mm。

轴向相邻密封齿最小轴向间隙处距离为0.2-0.4mm。

为保证密封件的强度与刚度，密封直齿齿径向厚度为变化值，直齿顶部厚度为1-2mm； 直齿根部厚度为3-5mm。

第二密封齿环1与第一密封齿环2的厚度均为0.3mm。

第一密封齿环2的轴向长度为1.5-3mm；第二密封齿环1的轴向长度为2-3.5mm。

为保证水平两个密封齿环与上游密封齿背部较好的节流效果将水平密封齿环1、2的端部 切割成与背部平行角度40°。

本发明的原理是这样的：将传统密封直齿焊接两平行密封环构F型密封齿环。F型密封 圈通过凹槽交错排列安装在转子与安装冠上成正F与倒F密封结构。该密封结构增加了在密 封齿的节流作用，流体流动回流充分，径向与轴向的复合式节流效果更佳明显。由于焊接的 平行密封齿环，工质在径向上的流动受到额外的节流效应，并且由于密封齿结构密封腔内产 生复杂的旋涡流动，对能量耗散加快，达到极低的泄漏量以及极为优秀的密封效果。对于转 子振动带来的影响，此结构的两平行密封齿可以适应转子振动特性改变带来的径向间隙的改 变。保证在转子达到振动任意时刻有至少一个密封齿环可以在径向产生节流效应。

通过安装在转子与安装冠上的F型密封齿结构增加密封齿的节流效应以及密封腔内对动 能的耗散以保证极优秀的密封效果与极低的泄漏量。只需要传统刚性非接触密封一半的密封 圈数量可以达到一样的密封效果。这种密封结构简单，对转子的适应能力强，安装、拆卸、 替换均比较方便。多个F型密封齿的特殊结构所共同决定的，F型密封齿环之间的配合作用 可以充分应对转子振动导致的径向间隙变化以及泄漏量的变化，保证转子振动不会增加泄漏 量。

本发明的目的是这样实现的：整个密封环是由6个独立的扇形环拼装而成的。6个扇环 的扇形角均为60°。密封齿环1与密封齿环2平行地分别焊接在密封直齿3的冠部与颈部，将 密封齿形状加工成为F型。将F型密封齿交错地安装在转子与静子上。其F型密封齿开口面 向来流，如结构图1所示。通过F型密封齿的独特结构来增加节流效应，增加密封有效长度， 并增加径向节流。转子振动导致齿顶上方径向间隙周期性变化。固定在安装冠上的F型密封 齿静止不动，上游的安装在转子上的F型密封齿向上运动时，齿顶间隙减小，此时下游密封 齿环1和2共同起到节流作用。随着转子振动，固定在转子上的F型密封齿向下运动至密封 齿环2所处轴线低于下游F型密封齿的密封齿环1的水平位置时，此时转子上的F型密封齿 的密封齿环1丧失大部分的节流功能，但此时F型密封齿环2可以保证转子运动到最低点前 始终保持其位置低于上游密封齿，保证了密封齿在径向上的节流效应充分实现。简而言之， 就是安装在安装冠上的倒置F型密封结构可以保证在转子振动边界的裕度内，轴向与径向复 合式的节流效应可以充分发挥，并且径向节流的能力是随着转子振动位置决定的。交错式F 型密封齿结构可以适应转子振动这一条件并保证振动不会明显使泄漏量增加。

本发明公开了一种可以适应转子振动的低泄漏F型交错齿迷宫密封结构，该结构包括可 分体拆装的密封环、安装在密封环及安装冠上的直齿、以及与直齿平行焊接的密封圈。本发 明利用密封圈与直齿构成的F型密封结构增加径向方向的节流效应。相邻密封齿的排列方式 保证，在转子振动的上下边界内，至少有一个水平密封圈可以起到节流作用。利用F型密封 齿自身结构将轴向流动密封转化为径向与轴向的复合密封形式。从而可以减少密封系统的泄 漏量，并且可以适应转子振动，减弱转子振动带来泄漏量的增加，提高叶轮机械的效率。同 时，较大的径向间隙可以充分避免密封齿与转子或静子避免的碰撞与摩擦。

也即本发明包括安装在转子上的正F型密封齿环；安装在安装冠中的倒F型密封齿环； 镶嵌在直齿上的平行密封圈，与直齿共同构成F型密封结构；F型密封结构中的平行密封圈 顶部与转子或安装冠构成径向密封间隙；F型密封结构中的平行密封圈边界与上游密封齿背 部构成轴向密封间隙；正F型密封结构与倒F型密封结构共同组成密封腔室。

安装冠顶端为开槽结构，开槽深度为2-3mm；其两侧均设有气槽。正F型密封环是通过 凹槽将其安装在转子上；倒F型密封环是通过凹槽将其安装在安装冠中；F型密封齿平行密 封圈镶嵌在直齿密封环冠部及颈部。