一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(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)械中的動密封結(jié)構(gòu)，尤其是一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]孔型密封是航空發(fā)動機(jī)、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件。相對于傳統(tǒng)的迷宮密封而言，孔型密封不但具有較好的封嚴(yán)特性，而且還有較好的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性。孔型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。因此孔型密封被廣泛應(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]孔型密封主要是由密封套、密封體、孔型帶和轉(zhuǎn)子組成，孔型帶是由若干圓孔組成。孔型密封的流場特性與密封機(jī)理如下:孔型密封內(nèi)流體流動主要包括圓孔壁與轉(zhuǎn)子間隙流體的高速射流和圓孔內(nèi)的漩渦流兩部分。在軸向壓差和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用下，孔型帶和轉(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，不利于孔型密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性；另一部分流體在孔型密封帶作用下形成漩渦，圓孔結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)軸面上方形成了一個網(wǎng)狀面結(jié)構(gòu)，封閉式的圓孔網(wǎng)格將氣流切割分離為無數(shù)小渦流，正是這些充滿整個孔型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)孔型密封由于轉(zhuǎn)子表面光滑，流體在通過密封間隙時節(jié)流加速，孔型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，不利于孔型密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性。而緊貼轉(zhuǎn)子表面和孔型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)圓孔較少，圓孔內(nèi)漩渦產(chǎn)生較少，流體直接從間隙流出出口?？變?nèi)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)致圓孔能量耗散作用不充分，孔內(nèi)形成漩渦較弱，大大降低了孔型密封的能量耗散作用，直接影響孔型密封的封嚴(yán)和阻尼作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(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:一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(jié)構(gòu)，包括密封套，密封體，孔型帶，環(huán)向楔形凸臺和轉(zhuǎn)子。密封體安裝在密封套上，密封體上周向設(shè)有孔型帶，孔型帶是若干圓孔組成。轉(zhuǎn)子處于孔型帶形成的環(huán)形腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子沿軸向在其周向表面設(shè)有多組環(huán)向楔形凸臺，環(huán)向楔形凸臺與轉(zhuǎn)子表面之間的夾角Θ為20° ( Θ彡70°，環(huán)向楔形凸臺的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.2?0.6倍，相鄰環(huán)向楔形凸臺的軸向間距I為孔型對邊距的0.5?3倍。R為孔型帶底端到轉(zhuǎn)子軸心的徑向距離，r為轉(zhuǎn)子的半徑。
[0007]優(yōu)選的，所述的圓孔直徑為2?5mm，孔深為2?8mm，相鄰兩孔圓心的距離為圓孔直徑的1.1?2倍。
[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，提出一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下:
[0010]1、不改變傳統(tǒng)孔型密封的整體結(jié)構(gòu)，只在轉(zhuǎn)子周向表面設(shè)置多組環(huán)向楔形凸臺，該新型孔型密封結(jié)構(gòu)簡單，易于加工；
[0011]2、本發(fā)明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子周向表面環(huán)向楔形凸臺結(jié)構(gòu)具有高效的切分效應(yīng)，促進(jìn)孔型密封間隙射流流體的邊界層分離，由環(huán)向楔形凸臺將密封間隙射流引入圓孔中，流體在圓孔內(nèi)形成更多較強(qiáng)漩渦，使得圓孔充分發(fā)揮能量耗散作用，提高孔型密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性；
[0012]3、環(huán)向楔形凸臺結(jié)構(gòu)增加了密封間隙射流流體的流動阻力，降低了引起密封泄漏的直通效應(yīng)，提高了新型孔型密封的封嚴(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)向楔形凸臺結(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_孔型帶；4_環(huán)向楔形凸臺；5-轉(zhuǎn)子。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1-圖3所示:一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(jié)構(gòu)，包括密封套I，密封體2，孔型帶3，環(huán)向楔形凸臺4和轉(zhuǎn)子5。密封體2安裝在密封套I上，密封體2上周向設(shè)有孔型帶3，孔型帶3是若干圓孔組成。密封套1、密封體2與孔型帶3均屬于靜子部件。轉(zhuǎn)子5處于孔型帶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)向楔形凸臺4，環(huán)向楔形凸臺4與轉(zhuǎn)子5表面之間的夾角Θ為30°，環(huán)向楔形凸臺的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.6倍，相鄰環(huán)向楔形凸臺的軸向間距I為孔型對邊距的3倍。R為孔型帶底端到轉(zhuǎn)子軸心的徑向距離，r為轉(zhuǎn)子的半徑。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)明轉(zhuǎn)子周向表面環(huán)向楔形凸臺結(jié)構(gòu)具有高效的切分效應(yīng)，能促進(jìn)孔型密封間隙射流流體的邊界層分離，密封間隙射流體由環(huán)向楔形凸臺引入圓孔中，流體在孔內(nèi)形成較強(qiáng)漩渦，使得圓孔充分發(fā)揮能量耗散作用，提高孔型密封的封嚴(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。將新型孔型密封設(shè)計(jì)成固定于汽缸T型槽的固定部件，不改變傳統(tǒng)孔型密封的整體結(jié)構(gòu)，只在轉(zhuǎn)子周向表面設(shè)置多組環(huán)向楔形凸臺。環(huán)向楔形凸臺結(jié)構(gòu)具有高效的切分效應(yīng)，并能促進(jìn)孔型密封間隙射流流體的邊界層分離，使得圓孔充分發(fā)揮能量耗散作用，提高孔型密封的封嚴(yán)特性與阻尼特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括密封套，密封體，孔型帶，環(huán)向楔形凸臺和轉(zhuǎn)子；密封體安裝在密封套上，密封體上周向設(shè)有孔型帶，轉(zhuǎn)子處于孔型帶形成的環(huán)形腔內(nèi)，轉(zhuǎn)子沿軸向在其周向表面設(shè)有多組環(huán)向楔形凸臺，環(huán)向楔形凸臺與轉(zhuǎn)子表面之間的夾角Θ為20° ^ Θ ^70°，環(huán)向楔形凸臺的徑向高度h為密封半徑間隙(R_r)的0.2?0.6倍，相鄰環(huán)向楔形凸臺的軸向間距I為孔型對邊距的0.5?3倍，R為孔型帶底端到轉(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所述的一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的孔型帶由若干圓孔組成，圓孔直徑為2?5_，孔深為2?8_，相鄰兩孔圓心的距離為圓孔直徑的1.1?2倍。3.如權(quán)利要求1所述的一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(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】一種提高封嚴(yán)特性與阻尼特性的新型孔型密封結(jié)構(gòu)，包括密封套，密封體，孔型帶，環(huán)向楔形凸臺和轉(zhuǎn)子。密封體安裝在密封套上，密封體上周向設(shè)有孔型帶。轉(zhuǎn)子處于孔型帶形成的環(huán)形腔內(nèi)。轉(zhuǎn)子沿軸向在其周向表面設(shè)有多組環(huán)向楔形凸臺，環(huán)向楔形凸臺與轉(zhuǎn)子表面之間的夾角θ為20°≤θ≤70°，環(huán)向楔形凸臺的徑向高度h為密封半徑間隙(R-r)的0.2～0.6倍，相鄰環(huán)向楔形凸臺的軸向間距l(xiāng)為孔型對邊距的0.5～3倍。本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)子周向表面的環(huán)向楔形凸臺結(jié)構(gòu)具有高效的切分效應(yīng)，并能促進(jìn)孔型密封間隙射流流體的邊界層分離，使得圓孔充分發(fā)揮能量耗散作用。同時楔形凸臺結(jié)構(gòu)增加了密封間隙射流流體的流動阻力，降低了引起密封泄漏的直通效應(yīng)。
【IPC分類】F16J15/16
【公開號】CN105134954
【申請?zhí)枴緾N201510581855
【發(fā)明人】趙歡, 孫丹, 艾延廷, 王良全, 蔣澤乾, 王猛飛
【申請人】沈陽航空航天大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月14日