CN107830179A - 一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件，包括转子及套设在转子上的密封套，所述转子的外表面或者密封套的内表面上设置多排螺旋槽或者多排螺旋槽与多排圆周迷宫凹槽的组合，分别形成多排螺旋槽环形密封组件和螺旋槽迷宫环形密封组件，多排螺旋槽环形密封组件利用螺旋槽动压效应和泵送效应产生的均匀锯齿状高压，提高转子运行过程中偏心时的对中性能，并有效抑制偏心造成的转子圆锥型涡动；螺旋槽迷宫环形密封组件利用螺旋槽动压效应和泵送效应及圆周迷宫凹槽结构产生的节流作用，降低泄漏量，并增加流动阻力，提高流体膜阻尼，增强转子运转稳定性。

Description

一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件

技术领域

本发明涉及环形密封，尤其涉及一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件。

背景技术

随着工业技术的发展，对带有环形密封间隙的旋转流体机械的性能要求越来越高，在一些高压、高速、高温等工况下，特别是在航空航天、核电站、石油化工等领域，转子轴向尺寸和径向尺寸往往比较大，并要求转子实现高转速、低振动，因此良好的对中性能是转子稳定运转的关键条件。前人的研究也表明，环形密封间隙对转子运转稳定性和临界转速等动力特性具有十分重要的影响，尤其随着加工精度的不断提高，环形间隙尺寸的减小，其对转子动力特性的影响比重更大。

为了实现转子高转速、低振动，提高对中性能和稳定性，在工程方面，目前的方法主要是通过转子本身的动静试验来提高转子制造水平，以及不断提高安装精度，确保转子运行的可靠性；在研究方面，主要考虑运转过程中各种外部激振力以及自身不平衡激振力对转子动力特性的影响，其中外部激振力来源主要包括起支撑作用的支座轴承和各环形间隙的稳定性，运动流体不平衡作用力及加工、安装误差带来的不平衡等。

从间隙环形密封方面考虑对转子临界转速、对中性及运转稳定性的影响，对环形密封组件进行改造优化，目前尚缺乏广泛研究。目前，对环形密封组件的改造优化往往都是从泄漏量和磨损角度进行。为了实现高转速转子的低振动，提高转子运转稳定性，国内外公布了相关的专利。中国专利CN203783951U、CN201982359U分别公布了一种齿槽结构的环形密封组件和一种锥面迷宫密封环形密封组件，两者均能够增强密封效果，减小泄漏量，防止颗粒阻塞，同时也具有增加阻尼，增强转子稳定性的作用；中国专利CN205578041U、CN201496528U、CN102200140A、CN102953771A公布了不同结构的环形密封组件，其主要功能在于节流，减少泄漏，并增加阻尼，提高转子稳定性；欧洲专利EP3101293A1公布了一种带凹槽的密封轴承组件，其能达到减少泄漏，增加流体膜阻尼，提高转子稳定性的作用；欧洲专利EP2538030A1公布了一种环形迷宫密封组件，其作用在于节流，减少泄漏，并增加阻尼，提高转子稳定性。以上专利都只强调转子稳定性提高和泄漏量降低，而没有综合考虑临界转速、对中性的影响。

综上所述，环形间隙光滑密封存在泄漏量大、对中性及稳定性较差，临界转速较低等问题，而现有的迷宫密封不能很好的解决转子临界转速和对中性问题；单排的螺旋槽造型非接触环形密封不能很好的解决低转速下泄漏量大，转子圆锥涡动及运行稳定性问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件，能有效改善环形密封间隙流体膜动力学特性，降低泄漏量，提高转子临界转速，增强转子对中性能和稳定性，避免转子圆锥型涡动。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件，包括转子及套设在转子上的密封套，所述转子的外表面或者密封套的内表面上设有多排螺旋槽，多个螺旋槽沿转子或密封套的圆周等间距排列形成一排螺旋槽，相邻两排螺旋槽之间错位或者顺序排列形成多排螺旋槽，所述转子和密封套形成多排螺旋槽环形密封组件。

优选地，所述转子的外表面同时设有多排螺旋槽和多排圆周迷宫凹槽，或者密封套内表面上同时设有多排螺旋槽和多排圆周迷宫凹槽，多个圆周迷宫凹槽沿圆周等间距排列形成一排圆周迷宫凹槽，相邻两排圆周迷宫凹槽之间平行排列形成多排圆周迷宫凹槽，所述转子或者密封套的进出口段各设有多排螺旋槽，所述转子或者密封套的中间段上设有一排或多排圆周凹槽，所述转子和密封套形成螺旋槽迷宫环形密封组件。

优选地，所述转子的外表面同时设有多排螺旋槽和多排圆周迷宫凹槽，或者密封套内表面上同时设有多排螺旋槽和多排圆周迷宫凹槽，多个圆周凹槽沿圆周等间距排列形成一排圆周凹槽，相邻两排圆周凹槽之间平行排列形成多排圆周凹槽，在密封套的进出口段各设有多排圆周凹槽，密封套的中间段上设有一排或多排螺旋槽。

优选地，所述多排螺旋槽的排数与螺旋槽的槽长有关，螺旋槽的槽长越短，多排螺旋槽的排数越多。

优选地，所述圆周迷宫凹槽的截面槽型为矩形或梯形。

优选地，所述圆周凹槽的槽宽比γ₁＝0.05～0.1，槽数n＝3～7，槽深比h₂＝0.2～1。

优选地，其特征在于，所述螺旋槽的槽宽堰宽比γ₁＝0.3～0.8，槽长比β₁＝0.2～0.4，槽数N_g＝6～20取偶数，槽深比h₁＝0.2～1。

本发明的有益效果：

1)本发明通过在环形间隙光滑密封的基础上，在转子外圆曲面或密封套内圆曲面上开设多排螺旋槽，利用螺旋槽动压效应和泵送效应产生的均匀锯齿状高压，提高转子运行过程中偏心时的对中性能，并有效抑制偏心造成的转子圆锥型涡动；同时增加流体膜刚度，提高转子临界转速；

2)本发明在环形间隙迷宫密封的基础上开设一排或多排螺旋槽，利用螺旋槽动压效应和泵送效应及圆周迷宫凹槽结构产生的节流作用，降低泄漏量；并增加流动阻力，提高流体膜阻尼，增强转子运转稳定性。

附图说明

图1为本发明所述多排螺旋槽环形密封组件的示意图。

图2为本发明所述多排螺旋槽环形密封中密封套上螺旋槽之间顺序排列的示意图。

图3为本发明所述多排螺旋槽环形密封中密封套上螺旋槽之间错位排列的示意图。

图4为本发明所述螺旋槽迷宫环形密封中密封套的进出口段各设有多排螺旋槽的示意图。

图5为图4中的密封套展开示意图。

图6为本发明所述螺旋槽迷宫环形密封中密封套的中间段上设有多排螺旋槽的示意图。

图7为图6中的密封套展开示意图。

图中：

1-螺旋槽；2-圆周迷宫凹槽；3-转子；4-密封套。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件为多排螺旋槽环形密封组件及螺旋槽迷宫环形密封组件，是在环形间隙光滑密封或环形间隙迷宫密封的基础上，在转子外圆曲面或密封套内圆曲面上开设多排螺旋槽，为方便说明，以在密封套内圆曲表面造型为例。

如图1所示，本发明所述的多排螺旋槽环形密封组件，密封套4的内表面上设有多排螺旋槽1多个螺旋槽1沿密封套4的圆周等间距排列形成一排螺旋槽1，如图2或图3所示，相邻两排螺旋槽1之间或者错位排列或者顺序排列形成多排螺旋槽1。多排螺旋槽1的排数与螺旋槽1的槽长有关，螺旋槽1的槽长越短，多排螺旋槽1组合的排数越多。螺旋槽1槽宽堰宽比γ₁＝0.5，槽长比β₁＝0.25，槽数N_g＝12个，螺旋角β＝40°，槽深h₁＝0.05mm。

如图4和图5所示，本发明所述的螺旋槽迷宫环形密封组件，密封套4内表面上设有多排螺旋槽1和多排圆周迷宫凹槽2，多个圆周迷宫凹槽2沿圆周等间距排列形成一排圆周迷宫凹槽2，相邻两排圆周迷宫凹槽2之间平行排列形成多排圆周迷宫凹槽2，在密封套4的进出口段各设有一排或多排螺旋槽1，密封套4的中间段上设有多排圆周凹槽，所述转子3和密封套4形成螺旋槽1迷宫环形密封组件。如图6和图7所示，密封套4的进出口段各设有圆周迷宫凹槽2，密封套4的中间段上设有一排或多排螺旋槽1。圆周迷宫凹槽2的截面槽型为矩形或梯形。圆周凹槽的槽宽比γ₁＝0.05～0.1，槽数n＝3～7，槽深比h₂＝0.2～1。螺旋槽1和圆周迷宫凹槽2组数多少与环形密封轴向长度、螺旋槽1的槽长比、圆周迷宫凹槽2的槽宽比有关，槽型的具体参数和排列方式需要根据实际运行工况和介质特性来优化确定。

本发明所述的螺旋槽可采用电化学腐蚀、电火化、激光加工等工艺加工曲面微造型，利用非接触光学轮廓仪来检测加工精度。

本发明利用螺旋槽的泵送和动压效应，降低泄漏量，并使产生的锯齿状局部高压沿轴向分布更加合理，不再集中于环形密封单一的出口段，而是两头分布或者中间集中分布，当转子运行过程发生偏心时，能更有效抑制转子偏心，提高转子对中性能，并有效克服转子倾斜造成的圆锥型涡动；产生的局部高压，能提高流体膜刚度，进而提高转子的临界转速；螺旋槽及迷宫凹槽同时能起到增加流动阻力，提高流体膜阻尼，减少泄漏量的作用，进而提高转子运转稳定性。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，包括转子(3)及套设在转子(3)上的密封套(4)，所述转子(3)的外表面或者密封套(4)的内表面上设有多排螺旋槽(1)，多个螺旋槽(1)沿转子(3)或密封套(4)的圆周等间距排列形成一排螺旋槽(1)，相邻两排螺旋槽(1)之间错位或者顺序排列形成多排螺旋槽(1)，所述转子(3)和密封套(4)形成多排螺旋槽(1)环形密封组件。

2.根据权利要求1所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，所述转子(3)的外表面或者密封套(4)的内表面上同时设有多排螺旋槽(1)和多排圆周迷宫凹槽(2)，多个圆周迷宫凹槽(2)沿圆周等间距排列形成一排圆周迷宫凹槽(2)，相邻两排圆周迷宫凹槽(2)之间平行排列形成多排圆周迷宫凹槽(2)，所述转子(3)或者密封套(4)的进出口段各设有一排或多排螺旋槽(1)，所述转子(3)或者密封套(4)的中间段上设有多排圆周迷宫凹槽(2)，所述转子(3)和密封套(4)形成螺旋槽迷宫环形密封组件。

3.根据权利要求1所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，在转子(3)的外表面或者密封套(4)的内表面上同时设有多排螺旋槽(1)和多排圆周迷宫凹槽(2)，多个圆周迷宫凹槽(2)沿圆周等间距排列形成一排圆周迷宫凹槽(2)，相邻两排圆周迷宫凹槽(2)之间平行排列形成多排圆周迷宫凹槽(2)，在密封套(4)的进出口段各设有多排圆周迷宫凹槽(2)，密封套(4)的中间段上设有一排或多排螺旋槽(1)。

4.根据权利要求1所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，所述多排螺旋槽(1)的排数与螺旋槽(1)的槽长有关，螺旋槽(1)的槽长越短，多排螺旋槽(1)的排数越多。

5.根据权利要求2或3任意一项所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，所述圆周迷宫凹槽(2)的截面槽型为梯形。

6.根据权利要求2或3任意一项所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，所述圆周迷宫凹槽(2)的截面槽型为矩形。

7.根据权利要求5或6所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，所述圆周凹槽的槽宽比γ₁＝0.05～0.1，槽数n＝3～7，槽深比h₂＝0.2～1。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的能有效改善转子动力特性的环形密封组件，其特征在于，所述螺旋槽(1)的槽宽堰宽比γ₁＝0.3～0.8，槽长比β₁＝0.2～0.4，槽数N_g＝6～20取偶数，槽深比h₁＝0.2～1。