專利名稱：葉片式密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及葉片式密封裝置，適用于各種旋轉(zhuǎn)機械上。
背景技術(shù)：
密封技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中具有十分重要的作用。無論是提高科學(xué)技術(shù)發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平，還是在技術(shù)改造和設(shè)備改造與更新方面，密封技術(shù)都占據(jù)著重要的地位和承擔(dān)著重要角色。根據(jù)密封構(gòu)件間是否有相對運動，密封可分為靜密封和動密封；動密封按運動形式分為往復(fù)移動密封和旋轉(zhuǎn)密封。旋轉(zhuǎn)密封在旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備中應(yīng)用十分普遍，常見的旋轉(zhuǎn)密封有機械密封、盤根密封、迷宮密封、浮環(huán)密封、刷式密封以及指尖密封等。刷式密封的核心部件刷絲一般采用直徑0.05 0.15mm的耐高溫合金絲，刷絲束總厚度0.6 2mm，刷絲與轉(zhuǎn)子徑向呈15 60°傾角，傾角順著轉(zhuǎn)子旋向。指尖密封是從刷式密封演變而來的，其結(jié)構(gòu)與刷式密封類似，差別在于用割縫的金屬薄片錯開重疊來代替刷絲束。刷式密封和指尖密封都屬于柔性密封，柔性密封最突出的優(yōu)點是允許動靜之間瞬態(tài)嚴(yán)重不同心而保持密封性能不變，但兩者又均存在一些問題，如刷式密封的“壓力閉合效應(yīng)”和指尖密封的“剛化遲滯效應(yīng)”。刷式密封的“壓力閉合效應(yīng)”是指刷絲傾角在壓差作用下變小而發(fā)生的內(nèi)孔收縮現(xiàn)象。盡管這種現(xiàn)象在某種程度上是我們希望看到的，但是這種現(xiàn)象的不穩(wěn)定性最終會導(dǎo)致刷絲自由端過度磨損并傷及轉(zhuǎn)子，刷式密封很快失效。為解決此問題，技術(shù)研究人員提出了指尖密封的概念，大幅減 小柔性而增大剛性，可以保持密封件工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性，但指尖密封嚴(yán)重的“剛化遲滯效應(yīng)”隨之產(chǎn)生，在高壓差作用下，受到碰磨影響退讓時會產(chǎn)生很大的內(nèi)部摩擦力，退讓后也不易恢復(fù)到原來狀態(tài)，如此將加劇磨損且增大泄漏?？偨Y(jié)一點，理想的柔性密封裝置需兼具刷式密封極佳的退讓柔性以及指尖密封的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性又不能單純地依靠犧牲柔性而增大剛性來獲得，更應(yīng)該從結(jié)構(gòu)設(shè)計著手。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供葉片式密封裝置，屬于一種柔性密封，一旦與轉(zhuǎn)子碰磨可彈性退讓，能夠獲得穩(wěn)定而高效的密封性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:葉片式密封裝置，包括上游環(huán)、下游環(huán)和一片以上的葉片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在上游環(huán)和下游環(huán)之間，另一端為自由端。上述葉片相當(dāng)于一端為支點的懸臂梁，意想不到地滿足了上述密封裝置所需的柔性。為了提高上述裝置的密封效果，上述葉片在整個圓周上整齊排列，在葉根位置，相鄰葉片間留有間隙以適應(yīng)內(nèi)外徑差。葉片自由端所確定的密封內(nèi)徑小于下游環(huán)和下游環(huán)的內(nèi)徑，葉片與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子間為微間隙或微過盈配合，上游環(huán)和下游環(huán)設(shè)計時均需保證極限工況下不與轉(zhuǎn)子碰磨。本發(fā)明的葉片式密封裝置可適用于任何旋轉(zhuǎn)機械的密封。為了進(jìn)一步提高本發(fā)明裝置的密封性能，葉片式密封裝置還包括用來遮擋葉片的遮流片，所述遮流片設(shè)在上游環(huán)和葉片之間，且遮流片不高出葉片。為了便于適用于、更換方便，葉片式密封裝置，包括固連在一起的上游環(huán)和下游環(huán)，以及活動鑲嵌在上游環(huán)和下游環(huán)之間的葉片模塊，所述葉片模塊包括上夾板、下夾板和一片以上的葉片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在上夾板和下夾板之間，另一端為自由端，葉片的自由端高出上游環(huán)和下游環(huán)，所述上游環(huán)與上夾板相鄰，下游環(huán)和下夾板相鄰。采用上述技術(shù)方案，當(dāng)葉片受損時，只需要將葉片模塊更換即可，簡單易操作。為了提高裝置的密封性能，上夾板和葉片之間設(shè)有用來遮擋葉片的遮流片，所述遮流片不高出葉片。為了提高裝置的穩(wěn)定性，所述下游環(huán)上、葉片與下游環(huán)之間設(shè)有平衡腔室。為了實現(xiàn)裝置的自調(diào)整性，所述葉片與下游環(huán)之間的距離為0_2mm。為了同時保證密封的剛性和柔性，葉片的長度5-20mm，寬度0.5-2.5mm,厚度為0.05-0.25mm ;遮流片的厚度為 0.1-0.5mm。為增強本發(fā)明裝置的密封性能，同時保證裝置的柔性，延長裝置的使用壽命，在過葉片且與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子軸向垂直的平面上、順著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機轉(zhuǎn)子的軸心的連線與葉片的夾角為0-60° ;葉片與豎直面的夾角為0-30°。

為了方便，本發(fā)明將在過葉片且與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子軸向垂直的平面上、順著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與轉(zhuǎn)子的軸心的連線與葉片的夾角記為a，將葉片與豎直面的夾角記為3。申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述角度范圍的選擇，實現(xiàn)了意想不到的密封效果，且能同時保證對密封裝置柔性和剛性的要求。參數(shù)a的設(shè)計使得碰磨時葉片能夠柔性退讓；參數(shù)3的設(shè)計使得困擾刷式密封的“壓力閉合效應(yīng)”和指尖密封的“剛化遲滯效應(yīng)”等問題得到徹底解決。具體說明:葉片貼緊背部下游環(huán)時，參數(shù)3的存在使得內(nèi)孔有收縮趨勢時背部立刻產(chǎn)生一阻止閉合的摩擦力，而碰磨退讓時無此摩擦力的影響。上述裝置，在軸向壓差作用下，葉片發(fā)生輕微的彈性扭轉(zhuǎn)變形，使得相鄰兩葉片重疊，并貼緊背部的下游環(huán)，實現(xiàn)完整的密封。為了操作的方便性和連接的牢固性，葉片與上游環(huán)和下游環(huán)之間為焊接連接或膠粘連接；遮流片與上游環(huán)之間為焊接連接或膠粘連接。葉片和遮流片均選用耐磨、耐腐蝕、耐高溫材料，與之匹配的轉(zhuǎn)子表面硬度一般大于葉片本身的硬度，當(dāng)不能滿足這個條件時，轉(zhuǎn)子表面需要進(jìn)行噴涂處理。本發(fā)明未特別限定的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明葉片式密封裝置可完全繼承刷式密封的退讓柔性以及指尖密封的穩(wěn)定性，大幅縮小密封間隙，提升了密封性能；本發(fā)明還徹底解決了困擾刷式密封“壓力閉合效應(yīng)”不可控的問題。


圖1為本發(fā)明實施例1葉片式密封裝置的軸向主視圖。圖2為圖1的A-A向視圖。圖3為圖1沿徑向部分截斷的三維示意圖。圖4為本發(fā)明實施例2葉片式密封裝置的徑向斷面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明實施例3葉片式密封裝置的徑向斷面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實施例4葉片式密封裝置的徑向斷面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為實施例1所得的葉片式密封裝置與刷式密封泄漏量對比圖。圖中，I為上游環(huán),2為下游環(huán),3為葉片,4為遮流片,5為焊接區(qū),6為上夾板,7為下夾板，8為平衡腔室。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例1如圖1-3所示的葉片式密封裝置，包括上游環(huán)、下游環(huán)和一片以上的葉片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在上游環(huán)和下游環(huán)之間，另一端為自由端，葉片與上游環(huán)和下游環(huán)之間為焊接連接。葉片的長度15mm,寬度Imm,厚度為0.1mm。在過葉片且與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子軸向垂直的平面上、順著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為30° ;葉片與豎直面的夾角為15°。實施例2如圖4所示的葉片式密封裝置，與實施例1基本相同，所不同的是:把若干葉片制作為易于拆卸更換的葉片模塊，裝夾于上游環(huán)和下游環(huán)之間；葉片的長度12mm，寬度
1.2mm，厚度為0.15mm，葉片模塊包括上夾板、下夾板和一片以上的葉片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在上夾板和下夾板之間，另一端為自由端，葉片的自由端高出上游環(huán)和下游環(huán)，所述上游環(huán)與上夾板相鄰，下游環(huán)和下夾板相鄰。在過葉片且與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子軸向垂直的平面上、順著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為40° ;葉片與豎直面的夾角為10°。實施例3 如圖5所示的葉片式密封裝置，與實施例1基本相同，所不同的是:上游環(huán)的內(nèi)徑與下游環(huán)的內(nèi)徑相同，都大于葉片自由端確定的內(nèi)徑；葉片的背部、下游環(huán)上開設(shè)有平衡腔室；葉片的長度20mm,寬度1.5mm,厚度為0.2mm。實施例4如圖6所示的葉片式密封裝置，與實施例2基本相同，所不同的是:還包括用來遮擋葉片的遮流片，所述遮流片設(shè)在上夾板和葉片之間，且遮流片不高出葉片；遮流片與上夾板之間為焊接連接，遮流片的厚度為0.2mm ;增設(shè)遮流片時，葉片與下游環(huán)之間留有0.2mm的縫隙。上游環(huán)與下游環(huán)設(shè)計為套裝結(jié)構(gòu)，更易于加工制作。實施例5實施例1所得的葉片式密封裝置與刷式密封的性能穩(wěn)定性對比試驗:
試驗條件:轉(zhuǎn)子直徑(j5 202mm，轉(zhuǎn)速3000RPM，徑向跳動量0.05mm以內(nèi)，密封件與轉(zhuǎn)子配合間隙0.1mm，密封介質(zhì)為壓縮空氣，進(jìn)出口壓差0.1MPa ；刷式密封參數(shù):用刷絲替換實施例1中的葉片，刷絲傾角30°，刷絲直徑￠0.076mm,刷絲束總厚度1_ ；刷式密封與實施例1所得的葉片式密封裝置的性能對比如表I所示:表I刷式密封與實施例1所得的葉片式密封裝置的性能對比
權(quán)利要求
1.葉片式密封裝置，其特征在于:包括上游環(huán)、下游環(huán)和一片以上的葉片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在上游環(huán)和下游環(huán)之間，另一端為自由端。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片式密封裝置，其特征在于:還包括用來遮擋葉片的遮流片，所述遮流片設(shè)在上游環(huán)和葉片之間，且遮流片不高出葉片。
3.如權(quán)利要求1所述的葉片式密封裝置，其特征在于:包括固連在一起的上游環(huán)和下游環(huán)，以及活動鑲嵌在上游環(huán)和下游環(huán)之間的葉片模塊，所述葉片模塊包括上夾板、下夾板和一片以上的葉片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在上夾板和下夾板之間，另一端為自由端，葉片的自由端高出上游環(huán)和下游環(huán)，所述上游環(huán)與上夾板相鄰，下游環(huán)和下夾板相鄰。
4.如權(quán)利要求3所述的葉片式密封裝置，其特征在于:上夾板和葉片之間設(shè)有用來遮擋葉片的遮流片，所述遮流片不高出葉片。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項所述的葉片式密封裝置，其特征在于:所述下游環(huán)上、葉片與下游環(huán)之間設(shè)有平衡腔室。
6.如權(quán)利要求1-4任意一項所述的葉片式密封裝置，其特征在于:所述葉片與下游環(huán)之間的距離為0-2mm。
7.如權(quán)利要求1-4任意一項所述的葉片式密封裝置，其特征在于:在過葉片且與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子軸向垂直的平面上、順著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為0-60° ;葉片與豎直面的夾角為0-30°。
8.如權(quán)利要求1-4任意一項所述的葉片式密封裝置，其特征在于:葉片的長度5-20_，寬度 0.5-2.5mm,厚度為 0.05-0.25mm。
9.如權(quán)利要求2 或4所述的葉片式密封裝置，其特征在于:遮流片的厚度為0.1-0.Smnin
10.如權(quán)利要求2或4所述的葉片式密封裝置，其特征在于:葉片與上游環(huán)和下游環(huán)之間為焊接連接或膠粘連接；遮流片與上游環(huán)之間為焊接連接或膠粘連接。
全文摘要
本發(fā)明公開的葉片式密封裝置，包括上游環(huán)、下游環(huán)和一片以上的葉片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在上游環(huán)和下游環(huán)之間，另一端為自由端。本發(fā)明葉片式密封裝置可完全繼承刷式密封的退讓柔性以及指尖密封的穩(wěn)定性，大幅縮小密封間隙，提升密封性能。
文檔編號F16J15/22GK103244682SQ20131014695
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者石偉偉, 楊建明 申請人:石偉偉