一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的動(dòng)密封結(jié)構(gòu),尤其是一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]蜂窩密封是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件。相對(duì)于傳統(tǒng)的迷宮密封而言,蜂窩密封不但具有較好的封嚴(yán)特性,而且還有較好的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性。蜂窩密封允許在高壓差條件下應(yīng)用而不增加密封的尺寸,具有較高的安全可靠性。因此蜂窩密封被廣泛應(yīng)用于航空航天、電力、石化等行業(yè)領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。
[0003]蜂窩密封主要是由密封套、密封體、蜂窩帶和轉(zhuǎn)子組成,蜂窩帶是由六邊形小蜂窩孔組成。蜂窩密封的流場(chǎng)特性與密封機(jī)理如下:蜂窩密封內(nèi)流體流動(dòng)主要包括蜂窩壁與轉(zhuǎn)子間隙流體的高速射流和蜂窩芯格內(nèi)的漩渦流兩部分。在軸向壓差和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用下,蜂窩帶和轉(zhuǎn)子的間隙處由于節(jié)流作用形成高速射流,該股射流緊貼著轉(zhuǎn)軸面以較大的速度進(jìn)入密封間隙,高速射流促進(jìn)密封泄漏的直通效應(yīng),增加了密封的泄漏量,不利于蜂窩密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性。另一部分流體在蜂窩芯格作用下形成漩渦,蜂窩芯格特殊的六邊形結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)軸面上方形成了一個(gè)網(wǎng)狀面結(jié)構(gòu),封閉式的蜂窩芯格網(wǎng)格將氣流切割分離為無數(shù)小渦流,正是這些充滿整個(gè)蜂窩腔的漩渦將氣體的能量耗散,從而形成阻尼作用和阻止流體泄漏的密封效果。
[0004]研究表明,傳統(tǒng)蜂窩密封由于轉(zhuǎn)子表面光滑,流體在通過密封間隙時(shí)節(jié)流加速,蜂窩密封間隙流體射流作用較大,高速射流促進(jìn)密封泄漏的直通效應(yīng),增加了密封的泄漏量,不利于蜂窩密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性。而緊貼轉(zhuǎn)子表面和蜂窩孔壁面的流體由于粘性及邊界層作用,切分效應(yīng)較小,很難實(shí)現(xiàn)分離,導(dǎo)致高速射流流經(jīng)蜂窩芯格較少,蜂窩芯格漩渦產(chǎn)生較少,流體直接從間隙流出出口。蜂窩芯格沒有形成強(qiáng)烈漩渦,流體能量未得到充分耗散。因此光滑轉(zhuǎn)子導(dǎo)致蜂窩芯格能量耗散作用不充分,蜂窩芯格內(nèi)形成漩渦較小,大大降低了蜂窩密封的能量耗散作用,直接影響蜂窩密封的封嚴(yán)和阻尼作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),包括密封套,密封體,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái),蜂窩帶和轉(zhuǎn)子。密封體安裝在密封套上,密封體上周向設(shè)有蜂窩帶。轉(zhuǎn)子處于蜂窩帶形成的環(huán)形腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子沿軸向在其周向表面設(shè)有多組環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)。環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的弧面與轉(zhuǎn)子表面之間的夾角5° ( 9^45°,與凸臺(tái)垂直面之間的夾角5° ( 9^45°,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.2?0.6倍,相鄰環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的軸向間距I為蜂窩對(duì)邊距的0.5?3倍。R為蜂窩帶底端到轉(zhuǎn)子軸心的徑向距離,r為轉(zhuǎn)子的半徑。
[0007]優(yōu)選的,所述的蜂窩帶是由六邊形蜂窩芯格組成,蜂窩芯格的對(duì)邊距為2?5mm,芯格壁厚為0.1?0.5mm,芯格深度為2?8mm。
[0008]優(yōu)選的,密封套內(nèi)設(shè)有T型槽,密封體通過在圓周方向上的T型槽與密封套固定在一起。
[0009]本發(fā)明借鑒邊界層分離理論,提出一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
[0010]1、不改變傳統(tǒng)蜂窩密封的整體結(jié)構(gòu),只在轉(zhuǎn)子周向表面設(shè)置多組環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái),使得該新型蜂窩密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工;
[0011]2、本發(fā)明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子周向表面環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)具有高效的切分效應(yīng),促進(jìn)蜂窩密封間隙射流流體的邊界層分離,由環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)將密封間隙射流引入蜂窩芯格中,流體在蜂窩芯格形成較強(qiáng)漩渦,使得蜂窩芯格充分發(fā)揮能量耗散作用,提高蜂窩密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性;
[0012]3、環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)增加了密封間隙射流流體的流動(dòng)阻力,降低了引起密封泄漏的直通效應(yīng),提高了新型蜂窩密封的封嚴(yán)特性。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是轉(zhuǎn)子表面環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是圖1的A-A向視圖。
[0016]圖中:1_密封套;2-密封體;3-蜂窩帶;4-環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái);5_轉(zhuǎn)子。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1-圖3所示:一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),包括密封套1,密封體2,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)4,蜂窩帶3和轉(zhuǎn)子5。密封體2通過T型槽安裝在密封套I上,密封體2上周向設(shè)有蜂窩帶3。密封套1、密封體2與蜂窩帶3均屬于靜子部件。轉(zhuǎn)子5處于蜂窩帶3形成的環(huán)形腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子5沿軸向在其周向表面設(shè)有多組環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)4。環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)4的弧面與轉(zhuǎn)子5表面之間的夾角Q1= 15°,與凸臺(tái)垂直面之間的夾角Θ 2=30°,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.6倍,相鄰環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)4的軸向間距I為蜂窩對(duì)邊距的3倍。R為蜂窩帶底端到轉(zhuǎn)子軸心的徑向距離,r為轉(zhuǎn)子的半徑。該發(fā)明適用于高壓側(cè)在環(huán)向楔形凸臺(tái)前端,低壓側(cè)在環(huán)向楔形凸臺(tái)后端的情況。圖1中右側(cè)為低壓側(cè)L,左側(cè)為高壓側(cè)H。
[0018]本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)子周向表面環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)具有高效的切分效應(yīng),能促進(jìn)蜂窩密封間隙射流流體的邊界層分離,密封間隙射流體由環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)引入蜂窩芯格中,流體在蜂窩芯格形成較強(qiáng)漩渦,使得蜂窩芯格充分發(fā)揮能量耗散作用,提高蜂窩密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性。
[0019]本發(fā)明沿用當(dāng)前很多固定密封安裝固定的T型槽安裝方式。將新型蜂窩密封設(shè)計(jì)成固定于汽缸T型槽的固定部件,不改變傳統(tǒng)蜂窩密封的整體結(jié)構(gòu),只在轉(zhuǎn)子周向表面設(shè)置多組環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)。環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)具有高效的切分效應(yīng),并能促進(jìn)蜂窩密封間隙射流流體的邊界層分離,使得蜂窩芯格充分發(fā)揮能量耗散作用,提高蜂窩密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),其特征在于:包括密封套,密封體,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái),蜂窩帶和轉(zhuǎn)子;密封體安裝在密封套上,密封體上周向設(shè)有蜂窩帶,轉(zhuǎn)子處于蜂窩帶形成的環(huán)形腔內(nèi),轉(zhuǎn)子沿軸向在其周向表面設(shè)有多組環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)。環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的弧面與轉(zhuǎn)子表面之間的夾角5° ( 0^45°,與凸臺(tái)垂直面之間的夾角5° ( 02彡45°,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.2?0.6倍,相鄰環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的軸向間距I為蜂窩對(duì)邊距的0.5?3倍。R為蜂窩帶底端到轉(zhuǎn)子軸心的徑向距離,r為轉(zhuǎn)子的半徑。2.如權(quán)利要求1所述的一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),其特征在于:所述的蜂窩帶是由六邊形蜂窩芯格組成,蜂窩芯格的對(duì)邊距為2?5mm,芯格壁厚為0.1?0.5mm,芯格深度為2 ?8mm ο3.如權(quán)利要求1所述的一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),其特征在于:密封套內(nèi)設(shè)有T型槽,密封體通過在圓周方向上的T型槽與密封套固定在一起。
【專利摘要】一種新型蜂窩密封轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),包括密封套,密封體,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái),蜂窩帶和轉(zhuǎn)子。密封體安裝在密封套上,密封體上周向設(shè)有蜂窩帶。轉(zhuǎn)子處于蜂窩帶形成的環(huán)形腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子沿軸向在其周向表面設(shè)有多組環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)。環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的弧面與轉(zhuǎn)子表面之間的夾角5°≤θ1≤45°,與凸臺(tái)垂直面之間的夾角5°≤θ2≤45°,環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.2~0.6倍,相鄰環(huán)向凹弧楔形凸臺(tái)的軸向間距l(xiāng)為蜂窩對(duì)邊距的0.5~3倍。本發(fā)明促進(jìn)了蜂窩密封間隙射流流體的邊界層分離,使得蜂窩芯格充分發(fā)揮能量耗散作用,同時(shí)凹弧楔形凸臺(tái)結(jié)構(gòu)增加了密封間隙射流流體的流動(dòng)阻力,降低了引起密封泄漏的直通效應(yīng)。
【IPC分類】F16J15/16
【公開號(hào)】CN105114629
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510583428
【發(fā)明人】趙歡, 孫丹, 艾延廷, 蔣澤乾, 王良全, 王猛飛
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月14日