CN110578558A - 一种适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封 - Google Patents
一种适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封 Download PDFInfo
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Abstract
适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，在透平机械定子内壁的密封区域铺设阻尼密封块，阻尼密封块包括由内而外叠合的内衬层、中间层和外层；内衬层上均布有第一通孔，第一通孔的内侧口上设有双折边；中间层的内壁面设有凹槽，凹槽容纳内衬层，中间层上均布第二通孔，第二通孔与内衬层上的第一通孔重合；中间层的周向端部的外侧设有放置密封条的凹槽；外层的截面形状是工字型，内侧的顶面通过腰部连接外侧的底面，顶面是相对底面较宽的光滑圆弧面，顶面与中间层的外侧面紧密贴合，顶面、底面与腰部形成T型圆弧卡槽。本发明相较于经典圆形直通孔阻尼密封可适应可能发生双向旋转透平机器，不仅置换方便，而且可改善密封性。
Description
技术领域
本发明涉及适用于各种燃气轮机、汽轮机、压缩机等透平机械的轴端密封装置。
背景技术
旋转机械特别是透平机械技术水平的不断提高，与密封装置的不断改进和结构更新密切相关。目前，用于转动部件和静止部件的密封件种类繁多，如：刷式密封、迷宫密封、蜂窝密封以及孔型阻尼密封、袋式阻尼密封。其中，迷宫密封因为其结构相对简单和成本低，是透平机械中最常用的密封装置，迷宫密封是依靠密封齿与转子间形成的一系列膨胀间隙和耗散空腔，当泄漏流体流经膨胀间隙时，部分压力能转化为速度能，通过的流体产生节流与热力学效应，泄漏流体的压力逐级降低而达到密封效果。目前，随着透平机械日益向高温、高转速和高压工况参数的方向发展，迷宫密封因在高参数条件下很容易刮擦转动部件或/和齿尖易倒伏已难以完全胜任，因此研究人员和用户一直在寻找和开发新的间隙密封技术。近20年来，蜂窝阻尼密封因为其良好的阻漏效果以及优良的动力特性开始受到关注和重视，并被用在一些透平机械的轴间或齿顶间隙部位的密封中，但是蜂窝阻尼密封一般是将镍基合金采用钎焊技术制成，制作繁琐，成本昂贵，使其的推广使用受到限制，难以形成大规模的普及。而被认为是蜂窝密封优良替代品的铝制孔型阻尼密封，可以很好的规避蜂窝密封的上述缺点。目前普遍认为阻漏效果比较好的密封结构为迷宫-蜂窝组合式密封，该密封结构将蜂窝构件设置为密封件的静止部分，将迷宫构件与转轴制成一体，当转轴转动时迷宫构件也随着转轴旋转。在高转速、大幅振动工况下，迷宫-蜂窝组合式密封的迷宫齿也会产生倒伏和磨损，严重时需要更换整根转轴，不仅维修量巨大，而且会带来巨大经济损失，专利CN 105114629 B和CN 205350364 U对此作了相关描述。随着旋转机械需所需适应工况的日益严苛，旋转轴的直径也随之增大，与之配合的整体式密封结构由于直径较大，加工难度也较难。同时，在透平机械使用现场，有时会产生驱动机反转或工艺错序开启等问题，导致流入密封间隙的气流会发生逆向反转流动，由此造成泄漏严重超标和机组故障。总之，现有的密封无法满足透平机械既要适应高工况参数的应用场合，又要适合双向旋转气流情况，同时有良好阻漏效果，又加工制造简便等综合要求。因此，基于孔型阻尼密封所具阻漏效果好、易制造、成本低廉的优点，在传统孔型阻尼密封基础上增加了类似于迷宫密封齿的阻流和扰流的双重效果，发明了一种适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，可适用于各种燃气轮机、汽轮机、压缩机等透平机械的轴端密封装置。
发明内容
本发明要克服传统迷宫密封易倒伏和易磨损的缺点，克服传统蜂窝阻尼密封制作繁琐，成本昂贵的缺点，以及传统孔型阻尼密封扰流效果不佳的典型缺陷，提供了一种适合双向旋转、成本低廉、制造容易，且阻流和扰流效果相比于上述密封改善明显的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封。
本发明的技术方案是：
适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：在透平机械定子内壁的密封区域铺设阻尼密封块，阻尼密封块包括由内而外叠合的内衬层3、中间层2和外层1，以靠近转轴一侧为内侧，反之为外侧，以主轴的方向为轴向；
内衬层3上均布有第一通孔33，第一通孔33的内侧口上设有双折边32，双折边32包括一条沿第一通孔33的内侧口的直径设置的筋条，筋条的方向平行于轴向，筋条两侧各连接一个圆弧形的折边，两折边以相同的角度翘起；
中间层2的内壁面设有凹槽22，凹槽22容纳内衬层3，中间层2上均布第二通孔21，第二通孔与内衬层3上的第一通孔33重合；中间层2的周向端部的外侧设有放置密封条的凹槽23；
外层1的截面形状是工字型，内侧的顶面11通过腰部13连接外侧的底面 12，顶面11是相对底面12较宽的光滑圆弧面，顶面11与中间层2的外侧面紧密贴合，顶面11、底面12与腰部13形成T型圆弧卡槽。
优选地，内衬层3、中间层2和外层1通过铆钉4连接在一起。
优选地，外层1与中间层2的凹槽23之间在端部构成密封槽5；密封槽5 镶入密封条，形成阻尼密封块之间的密封结构。
外层1依靠顶面11、底面12与腰部13三者形成T型圆弧卡槽安装在透平机械定子上相应的密封区域。
安装维护时，将密封条镶入密封槽5，再将阻尼密封块逐一安放到透平机械定子相应的密封区域，由此构成完整的轴端密封装置。
优选地，所述内衬层3的密封面上的第一通孔33的直径设为D，第一通孔 33的筋条的宽度为t，t和D之间的关系为：t＝(1/3～1/5)D，折边32的宽度t1取为(D-t)/2，折边圆弧的最高点与第一通孔33厚度中间平面之间的距离为ΔD，其数值ΔD＝(1/10～1/20)D，其中D＝1～10mm，依据ΔD和t1即可以得出折边与第一通孔33厚度中间平面之间的夹角θ。
优选地，所述内衬层3的厚度为0.05～1.0mm；所述中间层2的厚度为0.05～12.0mm；所述外层1的底面12的厚度为1.5～8.0mm。
进一步，所述内衬层3的厚度范围为0.05～0.25mm，所述中间层2厚度范围为0.5～4.5mm，所述外层1的底面12的厚度范围为2.5～5.0mm。
优选地，所述第一通孔33的型孔选自下列之一：圆形孔、雨滴形孔、椭圆形孔、六边形孔。
本发明的工作原理是：
所述结构为三层组合集装式孔型阻尼密封块，由于密封轴径过大，所需密封结构直径也较大，当密封受到磨损或磕碰时，往往需要整体维护更换，既不方便，更是浪费严重，给用户带来严重经济损失，增加维护人员的劳动强度和工作量。因此，将以往整体式密封结构改为可拼装的组合集装式孔型阻尼密封块，且集装式密封块的层与层之间用铆钉固接在一起，在保证层与层之间实现无缝隙贴合的同时，确保气体从层与层之间无泄漏。具体安装时，将三层组合集装式孔型阻尼密封块的外层固定层的T型圆弧卡槽固定到透平机组定子的密封区域中。当气体从一侧流入密封静子面和转轴之间的间隙时，一部分由于内衬带折边的双向阻尼型孔密封层迎气一侧的折边阻滞并改变了气流的流动方向，顺着内衬带折边的双向阻尼型孔密封层的凸起折边内壁流入中间层密封层的密封孔中，气流在其中产生急剧降速并形成强烈的漩涡耗散；另一部分没有内衬带折边的双向阻尼型孔密封层的阻滞，气流路径也未改变，从而继续顺着内衬带折边的双向阻尼型孔密封层和转轴之间的间隙流动，该部分气流经过内衬带折边的双向阻尼型孔密封层上的折边尖端时，会产生类似于通过迷宫密封齿尖时的情形，不仅产生流道缩颈，而且会产生收缩效应和蜗旋效应，因此达到减小泄漏的目的。当气体的流向相反时，由于该内衬层的阻尼型孔的两个折边为对称的结构，同理会产生与上述一样的阻流效果。因此该结构具有适应密封气流双向流动的功能。
本发明的优点和有益效果是：
(1)此组合巧妙的综合了迷宫密封和孔型阻尼密封的优点，同时内衬层上带折边的双向阻尼型孔密封安装在透平机械定子的密封区域且质地较软，不会产生类似迷宫密封在大振动、轴偏斜、不对中等情况时与转轴间产生的碰磨和倒伏等问题；此外，由于内衬层上带折边的双向阻尼型孔密封层的阻尼型孔的两个折边为对称结构，当气流流向因为机组工艺错序开启、驱动机反向旋转等引起的反向恶劣状况时，折边的阻流效果并不会受到影响。因此，该结构同时具有适应气流双向旋转或正反通流的功能。
(2)将以往整体式密封结构改为可拼装的组合集装式孔型阻尼密封块，使得当密封件与转轴发生刮擦、碰磨时，可以只更换密封结构中被碰磨到的密封块，而无须更换整体密封环，因此提高密封件的维护效率，降低了维护成本。同时，一种适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封的分块结构，还可以使其应用到轴径不同的透平机械中，尤其是大轴径的透平机组中。
附图说明：
图1为本发明的三维结构示意图。
图2为本发明的内衬层的结构示意图。
图3为本发明的内衬层的第一通孔的结构示意图。
图4为本发明的中间层的三维结构示意图。
图5为本发明的外层的三维结构示意图。
其中：1-外层层；2-中间层；3-内衬层；4-铆钉；5-密封槽；11-顶面，12- 底面，13-腰部，14-外层铆钉通孔；21-第二通孔，22-定位弧面凹槽，23-凹槽； 24-中间层铆钉通孔；31-内衬层铆钉通孔；32-折边；33-第一通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施进一步详述：
本发明的技术方案是：
适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，在透平机械定子内壁的密封区域铺设阻尼密封块，阻尼密封块包括由内而外叠合的内衬层3、中间层2和外层1，以靠近转轴一侧为内侧，反之为外侧，以主轴的方向为轴向；
内衬层3上均布有第一通孔33，第一通孔33的内侧口上设有双折边32，双折边32包括一条沿第一通孔33的内侧口的直径设置的筋条，筋条的方向平行于轴向，筋条两侧各连接一个圆弧形的折边，两折边以相同的角度翘起；
中间层2的内壁面设有凹槽22，凹槽22容纳内衬层3，中间层2上均布第二通孔21，第二通孔与内衬层3上的第一通孔33重合；中间层2的周向端部的外侧设有放置密封条的凹槽23；
外层1的截面形状是工字型，内侧的顶面11通过腰部13连接外侧的底面 12，顶面11是相对底面12较宽的光滑圆弧面，顶面11与中间层2的外侧面紧密贴合，顶面11、底面12与腰部13形成T型圆弧卡槽。
中间层2和外层1通过铆钉4连接在一起。铆钉4穿过外层铆钉通孔14、中间层铆钉通孔24、内衬层铆钉通孔31。
外层1与中间层2的凹槽23之间在端部构成密封槽5；密封槽5镶入密封条，形成阻尼密封块之间的密封结构。
外层1依靠顶面11、底面12与腰部13三者形成T型圆弧卡槽安装在透平机械定子上相应的密封区域。
安装维护时，将密封条镶入密封槽5，再将阻尼密封块逐一安放到透平机械定子相应的密封区域，由此构成完整的轴端密封装置。
所述内衬层3的密封面上的第一通孔33的直径设为D，第一通孔33的筋条的宽度为t，t和D之间的关系为：t＝(1/3～1/5)D，折边32的宽度t1取为(D-t)/2，折边圆弧的最高点与第一通孔33厚度中间平面之间的距离为ΔD，其数值ΔD＝(1/10～1/20)D，其中D＝1～10mm，依据ΔD和t1即可以得出折边与第一通孔33厚度中间平面之间的夹角θ。
所述内衬层3的厚度为0.05～1.0mm；所述中间层2的厚度为0.05～12.0mm；所述外层1的底面12的厚度为1.5～8.0mm。
进一步，所述内衬层3的厚度范围为0.05～0.25mm，所述中间层2厚度范围为0.5～4.5mm，所述外层1的底面12的厚度范围为2.5～5.0mm。
所述第一通孔33的型孔选自下列之一：圆形孔、雨滴形孔、椭圆形孔、六边形孔。
本说明书实施案例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施案例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的同等技术手段。
Claims (7)
1.适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：在透平机械定子内壁的密封区域铺设阻尼密封块，阻尼密封块包括由内而外叠合的内衬层(3)、中间层(2)和外层(1)，以靠近转轴一侧为内侧，反之为外侧，以主轴的方向为轴向；
内衬层(3)上均布有第一通孔(33)，第一通孔(33)的内侧口上设有双折边(32)，双折边(32)包括一条沿第一通孔(33)的内侧口的直径设置的筋条，筋条的方向平行于轴向，筋条两侧各连接一个圆弧形的折边，两折边以相同的角度翘起；
中间层(2)的内壁面设有凹槽(22)，凹槽(22)容纳内衬层(3)，中间层(2)上均布第二通孔(21)，第二通孔与内衬层(3)上的第一通孔(33)重合；中间层(2)的周向端部的外侧设有放置密封条的凹槽(23)；
外层(1)的截面形状是工字型，内侧的顶面(11)通过腰部(13)连接外侧的底面(12)，顶面(11)是相对底面(12)较宽的光滑圆弧面，顶面(11)与中间层(2)的外侧面紧密贴合，顶面(11)、底面(12)与腰部(13)形成T型圆弧卡槽。
2.如权利要求1所述的适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：内衬层(3)、中间层(2)和外层(1)通过铆钉(4)连接在一起。
3.如权利要求2所述的适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：外层(1)与中间层(2)的凹槽(23)之间在端部构成密封槽(5)；密封槽(5)镶入密封条，形成阻尼密封块之间的密封结构。
4.如权利要求3所述的适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：所述内衬层(3)的密封面上的第一通孔(33)的直径设为D，第一通孔(33)的筋条的宽度为t，t和D之间的关系为：t＝(1/3～1/5)D，折边(32)的宽度t1取为(D-t)/2，折边圆弧的最高点与第一通孔(33)厚度中间平面之间的距离为ΔD，其数值ΔD＝(1/10～1/20)D，其中D＝1～10mm，依据ΔD和t1即可以得出折边与第一通孔(33)厚度中间平面之间的夹角θ。
5.如权利要求4所述的适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：所述内衬层(3)的厚度为0.05～1.0mm；所述中间层(2)的厚度为0.05～12.0mm；所述外层(1)的底面(12)的厚度为1.5～8.0mm。
6.如权利要求5所述的适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：所述内衬层(3)的厚度范围为0.05～0.25mm，所述中间层(2)厚度范围为0.5～4.5mm，所述外层(1)的底面(12)的厚度范围为2.5～5.0mm。
7.如权利要求1所述的适合双向旋转的带折边阻尼型孔的集装式孔型阻尼密封，其特征在于：所述第一通孔(33)的型孔选自下列之一：圆形孔、雨滴形孔、椭圆形孔、六边形孔。
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