一種適用于懸臂轉(zhuǎn)子的徑向密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及葉輪機械的密封結(jié)構(gòu)，具體地說是一種適用于懸臂轉(zhuǎn)子的徑向密封結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]葉輪機械的密封結(jié)構(gòu)種類較多，適用的工作介質(zhì)類型、壓力、溫度等各不相同，但對于動、靜葉之間泄漏腔室的密封一般都在主軸表面附近沿軸向布置。
[0003]當(dāng)密封壓力較高時，碳環(huán)、迷宮、蜂窩或刷式密封等結(jié)構(gòu)占用主軸上較大的軸向空間，影響轉(zhuǎn)子動力學(xué)方案的設(shè)計和設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性，而干氣密封等性能優(yōu)異的機械密封裝置雖然能利用較短的軸向長度完成對高壓工質(zhì)的密封，但也有工作溫度和最小徑向尺寸的限制，應(yīng)用場合受限。此外，在主軸表面附近沿軸向布置密封結(jié)構(gòu)時，從輪盤輪轂位置(即泄漏腔室進(jìn)口)到密封結(jié)構(gòu)的進(jìn)口都充滿高壓工質(zhì)，使得轉(zhuǎn)子承受的軸向推力較大，進(jìn)而增加止推軸承的摩擦耗功，或者必須采用額外的復(fù)雜結(jié)構(gòu)來抵消過大的軸向推力。
[0004]為了減小軸向密封體占用主軸的軸向空間以及轉(zhuǎn)子承受的軸向推力，本實用新型提出了一種適用于懸臂轉(zhuǎn)子的徑向密封結(jié)構(gòu)。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型公開了一種適用于懸臂轉(zhuǎn)子的徑向密封結(jié)構(gòu)，涉及葉輪機械的密封結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以減小密封體占用主軸的軸向空間以及轉(zhuǎn)子承受的軸向推力，使設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計更加靈活，并能提高其效率和運行的穩(wěn)定性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種適用于懸臂轉(zhuǎn)子的徑向密封結(jié)構(gòu)，所述徑向密封結(jié)構(gòu)設(shè)置于采用懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的葉輪機械，所述葉輪機械包括殼體和懸臂轉(zhuǎn)子，所述懸臂轉(zhuǎn)子包括設(shè)置于主軸上的動葉輪盤，所述殼體上固定有與所述動葉輪盤同軸設(shè)置的靜葉及其環(huán)座，其特征在于，在所述葉輪機械的動、靜葉之間的泄漏腔室內(nèi)設(shè)置沿徑向分布的密封體，所述密封體固定在靜止件上，通過密封體與動葉輪盤之間的配合對動靜交接面泄漏的高壓流體進(jìn)行密封。
[0008]優(yōu)選地，所述動葉輪盤與主軸的扭矩傳遞通過端面齒、三角軸、單鍵或雙鍵完成，動葉輪盤與主軸通過軸頭螺母或在軸頭螺母的基礎(chǔ)上配備拉桿固定。
[0009]優(yōu)選地，所述密封體通過止口或螺栓固定在殼體、靜葉環(huán)座或軸承箱等靜止件上，保證主汽封定位精準(zhǔn)、牢固，且形變量小。
[0010]優(yōu)選地，所述徑向密封結(jié)構(gòu)可以為單一的迷宮密封(梳齒型、縱樹型或J型)、碳環(huán)密封、蜂窩密封或刷式密封，也可以為上述密封結(jié)構(gòu)的多個組合型式。
[0011]優(yōu)選地，所述動葉輪盤靠近密封體的一側(cè)可以設(shè)置凹槽、凸起，也可以設(shè)置為平面、斜面或曲面，用以與徑向密封體配合完成密封作用。
[0012]通過密封體與動葉輪盤之間的配合對動靜交接面泄漏的高壓流體進(jìn)行密封，只占用主軸上很小的軸向長度。葉輪沿軸線方向與主軸聯(lián)接，便于與徑向密封體的配合、安裝及間隙測量。
[0013]由于徑向密封結(jié)構(gòu)的使用，使得動、靜葉之間的泄漏腔自泄漏腔的進(jìn)口至主軸表面位置，流體壓力呈逐漸下降趨勢，與軸向密封結(jié)構(gòu)相比，轉(zhuǎn)子所受的軸向推力顯著減小。在保證密封效果的前提下，密封體安裝的平均半徑越大，軸向推力減小的效果越明顯。
[0014]優(yōu)選地，所述殼體和懸臂轉(zhuǎn)子的主軸之間進(jìn)一步設(shè)置有軸向的油封或輔助密封結(jié)構(gòu)。徑向密封結(jié)構(gòu)可以與軸向的油封或輔助密封結(jié)構(gòu)合為一體，即同時具有徑向和軸向密封作用的密封體。
[0015]優(yōu)選地，所述葉輪機械為壓縮或膨脹類葉輪機械，所述葉輪機械的葉輪型式可以為向心式、混流式和軸流式，工作介質(zhì)可以為氣體、液體或多相流，葉輪可以為單級或多級。
[0016]上述內(nèi)容在保證設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性的同時，減小了密封體的軸向長度和轉(zhuǎn)子承受的軸向推力，可以提高其運行穩(wěn)定性和能量利用效率。
[0017]同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點與有益效果為:
[0018]1.徑向密封結(jié)構(gòu)的采用減小了密封體占用主軸的軸向長度，使得設(shè)備的轉(zhuǎn)子動力學(xué)方案設(shè)計更加靈活，結(jié)構(gòu)更加緊湊；
[0019]2.徑向密封結(jié)構(gòu)減小了動靜交接泄漏腔室的平均壓力，從而使得轉(zhuǎn)子承受的軸向推力明顯小于目前普遍應(yīng)用的軸向汽封結(jié)構(gòu)，同時也減小了止推軸承的摩擦耗功；
[0020]3.徑向密封結(jié)構(gòu)可以起到全部或部分密封功能，根據(jù)實際需要可以同軸向密封組合使用。
【附圖說明】

[0021 ]圖1為具有徑向密封結(jié)構(gòu)的懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1中I的局部放大圖；
[0023]圖3為泄漏腔內(nèi)工質(zhì)壓力隨回轉(zhuǎn)半徑的變化曲線。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體描述，給出本實用新型的一個實施例。
[0025]作為本實用新型的一個實施例，如圖1、2所示，一臺采用懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的軸流透平，該軸流透平包括進(jìn)氣蝸殼2和懸臂轉(zhuǎn)子，懸臂轉(zhuǎn)子包括設(shè)置于主軸5上的動葉輪盤6，進(jìn)氣蝸殼2上固定有與動葉輪盤6同軸設(shè)置的靜葉及其環(huán)座8，動葉輪盤6的外圓周面上設(shè)置有動葉9。動葉輪盤6與主軸5通過端面齒、拉桿和軸頭鎖緊螺母7聯(lián)接。進(jìn)氣蝸殼2的進(jìn)口處設(shè)置有進(jìn)氣法蘭I，出口處設(shè)置有排氣法蘭3，主軸5由支撐軸承4進(jìn)行支撐。
[0026]由高低齒組成的徑向密封體11通過止口固定在進(jìn)氣蝸殼2和靜葉環(huán)上，動葉輪盤6靠近徑向密封體11的一側(cè)設(shè)置了凹槽與高低齒配合，齒頂與動葉輪盤6表面之間的間隙為
0.15?0.35mm，通過該徑向迷宮完成對動、靜葉之間泄漏的高壓流體的密封。
[0027]油封(或副密封結(jié)構(gòu))10用以隔離潤滑油或者輔助密封，可以根據(jù)需要選擇是否采用，且可以與徑向密封結(jié)構(gòu)合為一體，即同時具有徑向和軸向密封作用的密封體。
[0028]徑向密封結(jié)構(gòu)在完成密封功能的同時，只占用了主軸上很小的軸向長度。
[0029]設(shè)備裝配時首先保證進(jìn)氣蝸殼2、軸承4、主軸5、油封10、靜葉環(huán)8以及徑向密封體11的相對位置，再采用拉桿和軸頭螺母7將葉盤(6和9)與主軸5鎖緊。
[0030]對于該徑向密封結(jié)構(gòu)，由于梳齒與輪盤表面之間間隙的通流面積隨回轉(zhuǎn)半徑的減小而變小，徑向均勻布置梳齒時，泄漏腔內(nèi)流體壓力隨回轉(zhuǎn)半徑的變化曲線一般如圖3所示，小半徑位置的壓降效果更明顯，假設(shè)其大致滿足對數(shù)函數(shù)規(guī)律。進(jìn)一步假設(shè)該軸流透平的進(jìn)口總壓為75bar(絕對壓力，下同)，膨脹比為3.5，密封結(jié)構(gòu)出口(S卩b位置，接近主軸表面，回轉(zhuǎn)半徑40mm)壓力為lbar，那么泄漏腔入口(S卩a位置，回轉(zhuǎn)半徑160mm)靜壓為27bar，動葉后泄漏腔的靜壓為21bar，動葉所受的軸向推力約為51kN，根據(jù)上述參數(shù)計算得出若只采用主軸表面附近的軸向密封結(jié)構(gòu)時，轉(zhuǎn)子所受的軸向推力約為85.5kN，若采用實施例所示的徑向密封完全高壓流動工質(zhì)的密封時，轉(zhuǎn)子所受的軸向推力約為57.3kN，推力下降28.2kN(比例為33%)，效果顯著。
[0031]此外，在保證密封效果的前提下，徑向密封體安裝的平均回轉(zhuǎn)半徑越大，軸向推力減小的效果越明顯，若大半徑位置的密封效果(即壓力降低的速率和幅度)優(yōu)于圖3所示規(guī)律時，軸向推力的減小將更加顯著。
[0032]上述內(nèi)容完成了一臺具有懸臂轉(zhuǎn)子軸流透平的徑向密封結(jié)構(gòu)布置，密封體只占用了主軸較小的軸向長度，在顯著減小轉(zhuǎn)子承受軸向推力的同時，也減小了止推軸承的摩擦功耗。本實用新型實施例適用于采用懸臂支撐的各類葉輪機械。
[0033]通過上述實施例，有效實現(xiàn)了本實用新型的目的。該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解本實用新型包括但不限于附圖和以上【具體實施方式】中描述的內(nèi)容。雖然本實用新型已就目前認(rèn)為最為實用且優(yōu)選的實施例進(jìn)行說明，但應(yīng)知道，本實用新型并不限于所公開的實施例，任何不偏離本實用新型的功能和結(jié)構(gòu)原理的修改都將包括在權(quán)利要求書的范圍中。
【主權(quán)項】
1.一種適用于懸臂轉(zhuǎn)子的徑向密封結(jié)構(gòu)，所述徑向密封結(jié)構(gòu)設(shè)置于采用懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的葉輪機械，所述葉輪機械包括殼體和懸臂轉(zhuǎn)子，所述懸臂轉(zhuǎn)子包括設(shè)置于主軸上的動葉輪盤，所述殼體上固定有與所述動葉輪盤同軸設(shè)置的靜葉及其環(huán)座，其特征在于:在所述葉輪機械的動、靜葉之間的泄漏腔室內(nèi)設(shè)置沿徑向分布的密封體，所述密封體固定在靜止件上，通過密封體與動葉輪盤之間的配合對動靜交接面泄漏的高壓流體進(jìn)行密封。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述密封體通過止口或螺栓固定在殼體、靜葉環(huán)座或懸臂轉(zhuǎn)子的軸承箱上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述徑向密封結(jié)構(gòu)為迷宮密封、碳環(huán)密封、蜂窩密封或刷式密封結(jié)構(gòu)，或上述密封結(jié)構(gòu)的組合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述動葉輪盤靠近密封體的一側(cè)設(shè)置有凹槽或凸起，或設(shè)置為平面、斜面或曲面，用以與所述密封體配合完成密封作用。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述殼體和懸臂轉(zhuǎn)子的主軸之間進(jìn)一步設(shè)置有軸向的油封或輔助密封結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述徑向密封結(jié)構(gòu)的密封介質(zhì)為氣體、液體或多相流，葉輪級數(shù)為單級或多級。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述動葉輪盤與主軸的扭矩傳遞通過端面齒、三角軸、單鍵或雙鍵完成，動葉輪盤與主軸通過軸頭螺母或在軸頭螺母的基礎(chǔ)上配備拉桿固定。
【專利摘要】本實用新型涉及一種適用于懸臂轉(zhuǎn)子的徑向密封結(jié)構(gòu)。具體內(nèi)容為：一臺采用懸臂支撐轉(zhuǎn)子的葉輪機械，在其動、靜葉之間的泄漏腔室內(nèi)設(shè)置沿徑向分布的密封結(jié)構(gòu)，密封體固定在靜止件上，通過密封體與動葉輪盤之間的配合對動靜交接面泄漏的高壓流體進(jìn)行密封。本實用新型在完成密封作用的同時，顯著減小密封體占用主軸的軸向空間，使得設(shè)備的轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計更加靈活，結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時也減小了輪盤所受的軸向推力以及止推軸承的摩擦耗功，提高了設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率，適用于采用懸臂轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的各類葉輪機械。
【IPC分類】F03B11/00, F01D11/00, F04D29/08
【公開號】CN205387960
【申請?zhí)枴緾N201620142359
【發(fā)明人】朱陽歷, 陳海生, 李文, 張雪輝, 胡東旭
【申請人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所
【公開日】2016年7月20日
【申請日】2016年2月25日