CN205387960U - 一种适用于悬臂转子的径向密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于悬臂转子的径向密封结构。具体内容为：一台采用悬臂支撑转子的叶轮机械，在其动、静叶之间的泄漏腔室内设置沿径向分布的密封结构，密封体固定在静止件上，通过密封体与动叶轮盘之间的配合对动静交接面泄漏的高压流体进行密封。本实用新型在完成密封作用的同时，显著减小密封体占用主轴的轴向空间，使得设备的转子动力学设计更加灵活，结构更加紧凑，同时也减小了轮盘所受的轴向推力以及止推轴承的摩擦耗功，提高了设备的能量转换效率，适用于采用悬臂转子结构的各类叶轮机械。

Description

一种适用于悬臂转子的径向密封结构

技术领域

本实用新型涉及叶轮机械的密封结构，具体地说是一种适用于悬臂转子的径向密封结构。

背景技术

叶轮机械的密封结构种类较多，适用的工作介质类型、压力、温度等各不相同，但对于动、静叶之间泄漏腔室的密封一般都在主轴表面附近沿轴向布置。

当密封压力较高时，碳环、迷宫、蜂窝或刷式密封等结构占用主轴上较大的轴向空间，影响转子动力学方案的设计和设备结构的紧凑性，而干气密封等性能优异的机械密封装置虽然能利用较短的轴向长度完成对高压工质的密封，但也有工作温度和最小径向尺寸的限制，应用场合受限。此外，在主轴表面附近沿轴向布置密封结构时，从轮盘轮毂位置(即泄漏腔室进口)到密封结构的进口都充满高压工质，使得转子承受的轴向推力较大，进而增加止推轴承的摩擦耗功，或者必须采用额外的复杂结构来抵消过大的轴向推力。

为了减小轴向密封体占用主轴的轴向空间以及转子承受的轴向推力，本实用新型提出了一种适用于悬臂转子的径向密封结构。

实用新型内容

本实用新型公开了一种适用于悬臂转子的径向密封结构，涉及叶轮机械的密封结构，通过该结构的应用可以减小密封体占用主轴的轴向空间以及转子承受的轴向推力，使设备的结构设计更加灵活，并能提高其效率和运行的稳定性，具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案如下：

一种适用于悬臂转子的径向密封结构，所述径向密封结构设置于采用悬臂转子结构的叶轮机械，所述叶轮机械包括壳体和悬臂转子，所述悬臂转子包括设置于主轴上的动叶轮盘，所述壳体上固定有与所述动叶轮盘同轴设置的静叶及其环座，其特征在于，在所述叶轮机械的动、静叶之间的泄漏腔室内设置沿径向分布的密封体，所述密封体固定在静止件上，通过密封体与动叶轮盘之间的配合对动静交接面泄漏的高压流体进行密封。

优选地，所述动叶轮盘与主轴的扭矩传递通过端面齿、三角轴、单键或双键完成，动叶轮盘与主轴通过轴头螺母或在轴头螺母的基础上配备拉杆固定。

优选地，所述密封体通过止口或螺栓固定在壳体、静叶环座或轴承箱等静止件上，保证主汽封定位精准、牢固，且形变量小。

优选地，所述径向密封结构可以为单一的迷宫密封(梳齿型、纵树型或J型)、碳环密封、蜂窝密封或刷式密封，也可以为上述密封结构的多个组合型式。

优选地，所述动叶轮盘靠近密封体的一侧可以设置凹槽、凸起，也可以设置为平面、斜面或曲面，用以与径向密封体配合完成密封作用。

通过密封体与动叶轮盘之间的配合对动静交接面泄漏的高压流体进行密封，只占用主轴上很小的轴向长度。叶轮沿轴线方向与主轴联接，便于与径向密封体的配合、安装及间隙测量。

由于径向密封结构的使用，使得动、静叶之间的泄漏腔自泄漏腔的进口至主轴表面位置，流体压力呈逐渐下降趋势，与轴向密封结构相比，转子所受的轴向推力显著减小。在保证密封效果的前提下，密封体安装的平均半径越大，轴向推力减小的效果越明显。

优选地，所述壳体和悬臂转子的主轴之间进一步设置有轴向的油封或辅助密封结构。径向密封结构可以与轴向的油封或辅助密封结构合为一体，即同时具有径向和轴向密封作用的密封体。

优选地，所述叶轮机械为压缩或膨胀类叶轮机械，所述叶轮机械的叶轮型式可以为向心式、混流式和轴流式，工作介质可以为气体、液体或多相流，叶轮可以为单级或多级。

上述内容在保证设备结构设计合理性的同时，减小了密封体的轴向长度和转子承受的轴向推力，可以提高其运行稳定性和能量利用效率。

同现有技术相比，本实用新型的优点与有益效果为：

1.径向密封结构的采用减小了密封体占用主轴的轴向长度，使得设备的转子动力学方案设计更加灵活，结构更加紧凑；

2.径向密封结构减小了动静交接泄漏腔室的平均压力，从而使得转子承受的轴向推力明显小于目前普遍应用的轴向汽封结构，同时也减小了止推轴承的摩擦耗功；

3.径向密封结构可以起到全部或部分密封功能，根据实际需要可以同轴向密封组合使用。

附图说明

图1为具有径向密封结构的悬臂转子结构示意图；

图2为图1中I的局部放大图；

图3为泄漏腔内工质压力随回转半径的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构、技术方案作进一步的具体描述，给出本实用新型的一个实施例。

作为本实用新型的一个实施例，如图1、2所示，一台采用悬臂转子结构的轴流透平，该轴流透平包括进气蜗壳2和悬臂转子，悬臂转子包括设置于主轴5上的动叶轮盘6，进气蜗壳2上固定有与动叶轮盘6同轴设置的静叶及其环座8，动叶轮盘6的外圆周面上设置有动叶9。动叶轮盘6与主轴5通过端面齿、拉杆和轴头锁紧螺母7联接。进气蜗壳2的进口处设置有进气法兰1，出口处设置有排气法兰3，主轴5由支撑轴承4进行支撑。

由高低齿组成的径向密封体11通过止口固定在进气蜗壳2和静叶环上，动叶轮盘6靠近径向密封体11的一侧设置了凹槽与高低齿配合，齿顶与动叶轮盘6表面之间的间隙为0.15～0.35mm，通过该径向迷宫完成对动、静叶之间泄漏的高压流体的密封。

油封(或副密封结构)10用以隔离润滑油或者辅助密封，可以根据需要选择是否采用，且可以与径向密封结构合为一体，即同时具有径向和轴向密封作用的密封体。

径向密封结构在完成密封功能的同时，只占用了主轴上很小的轴向长度。

设备装配时首先保证进气蜗壳2、轴承4、主轴5、油封10、静叶环8以及径向密封体11的相对位置，再采用拉杆和轴头螺母7将叶盘(6和9)与主轴5锁紧。

对于该径向密封结构，由于梳齿与轮盘表面之间间隙的通流面积随回转半径的减小而变小，径向均匀布置梳齿时，泄漏腔内流体压力随回转半径的变化曲线一般如图3所示，小半径位置的压降效果更明显，假设其大致满足对数函数规律。进一步假设该轴流透平的进口总压为75bar(绝对压力，下同)，膨胀比为3.5，密封结构出口(即b位置，接近主轴表面，回转半径40mm)压力为1bar，那么泄漏腔入口(即a位置，回转半径160mm)静压为27bar，动叶后泄漏腔的静压为21bar，动叶所受的轴向推力约为51kN，根据上述参数计算得出若只采用主轴表面附近的轴向密封结构时，转子所受的轴向推力约为85.5kN，若采用实施例所示的径向密封完全高压流动工质的密封时，转子所受的轴向推力约为57.3kN，推力下降28.2kN(比例为33％)，效果显著。

此外，在保证密封效果的前提下，径向密封体安装的平均回转半径越大，轴向推力减小的效果越明显，若大半径位置的密封效果(即压力降低的速率和幅度)优于图3所示规律时，轴向推力的减小将更加显著。

上述内容完成了一台具有悬臂转子轴流透平的径向密封结构布置，密封体只占用了主轴较小的轴向长度，在显著减小转子承受轴向推力的同时，也减小了止推轴承的摩擦功耗。本实用新型实施例适用于采用悬臂支撑的各类叶轮机械。

通过上述实施例，有效实现了本实用新型的目的。该领域的技术人员可以理解本实用新型包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本实用新型已就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本实用新型并不限于所公开的实施例，任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (7)

1.一种适用于悬臂转子的径向密封结构，所述径向密封结构设置于采用悬臂转子结构的叶轮机械，所述叶轮机械包括壳体和悬臂转子，所述悬臂转子包括设置于主轴上的动叶轮盘，所述壳体上固定有与所述动叶轮盘同轴设置的静叶及其环座，其特征在于：在所述叶轮机械的动、静叶之间的泄漏腔室内设置沿径向分布的密封体，所述密封体固定在静止件上，通过密封体与动叶轮盘之间的配合对动静交接面泄漏的高压流体进行密封。

2.根据权利要求1所述的径向密封结构，其特征在于：所述密封体通过止口或螺栓固定在壳体、静叶环座或悬臂转子的轴承箱上。

3.根据权利要求1所述的径向密封结构，其特征在于：所述径向密封结构为迷宫密封、碳环密封、蜂窝密封或刷式密封结构，或上述密封结构的组合。

4.根据权利要求1所述的径向密封结构，其特征在于：所述动叶轮盘靠近密封体的一侧设置有凹槽或凸起，或设置为平面、斜面或曲面，用以与所述密封体配合完成密封作用。

5.根据权利要求1所述的径向密封结构，其特征在于：所述壳体和悬臂转子的主轴之间进一步设置有轴向的油封或辅助密封结构。

6.根据权利要求1所述的径向密封结构，其特征在于：所述径向密封结构的密封介质为气体、液体或多相流，叶轮级数为单级或多级。

7.根据权利要求1所述的径向密封结构，其特征在于：所述动叶轮盘与主轴的扭矩传递通过端面齿、三角轴、单键或双键完成，动叶轮盘与主轴通过轴头螺母或在轴头螺母的基础上配备拉杆固定。