一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构的制作方法
一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构的制作方法
【专利说明】
[0001]技术领域:本发明涉及一种应用于旋转机械中的密封结构，尤其涉及一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构。
[0002]【背景技术】:密封件是航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的关键部件，在抑制旋转机械流体泄漏的同时还会产生气流失稳力，影响转子稳定性。随着旋转机械工作介质参数的不断提高，由密封气流力所引起的气流失稳问题越来越突出。
[0003]研宄表明，密封气流失稳主要是由密封内流体的周向速度产生的交叉刚度引起的。密封内流体的周向速度主要由以下两个方面产生:一是在进入密封前的流体具有较大入口预旋速度；二是密封内流体在旋转转子的粘性摩擦带动下产生周向流动。流体在密封间隙的周向流动，使得密封间隙流体周向压力不均匀，由不均匀的压力分布产生气流失稳力，进而产生交叉刚度引起密封失稳。
[0004]为减小密封气流失稳力，提高密封的稳定性，人们在传统迷宫密封的基础上，通过改变密封本身的结构提出了多种密封结构。1982年，Von Pragenau通过改变密封内周向表面的粗糙程度来降低密封内流体的周向流速，提出了蜂窝密封结构。鉴于蜂窝密封加工工艺复杂等因素，国外学者提出了与蜂窝密封结构相似，具有圆柱孔的孔型密封结构。1991年美国德克萨斯A&M大学透平机械实验室的Vance和Shultz研发了袋型密封。上述密封形式虽然机理不完全相同，但本质上都属于通过改变密封内部结构的粗糙程度，增加流体通过周向腔室的阻力，减小密封内流体的周向流动速度，进而减小密封交叉刚度，以达到增加转子稳定性的目的。上述通过增加密封内部结构周向粗糙程度的密封形式对降低密封周向流速效果很小，在密封进出口压比较小时适用。随着旋转机械工作介质参数的不断提高，密封进出口压比逐渐增大，传统密封在旋转机械工作介质高参数工作条件下的密封气流失稳问题难以解决。
[0005]
【发明内容】
:本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，包括转子，密封体和斜气孔。密封体设置在转子的外圈，密封体靠近转子的一侧设有密封齿，密封体上设有与汽缸导向孔相通的斜气孔。斜气孔轴线方向与密封体轴向夹角范围为60° — 75°，斜气孔周向均匀分布在密封体上，相邻斜气孔的间距为50-60mm,斜气孔设置靠近密封高压侧，其入口压力大于密封入口压力。
[0007]优选的，所述的斜气孔直径范围为6 — 8mm。
[0008]本发明提出的一种降低预旋减小气流失稳力的反旋流梳齿密封，其主要优点如下:
[0009]1、结构简单，不改变传统梳齿密封的内部结构，只在传统梳齿周向均匀设置等径斜气孔；
[0010]2、在密封周向设置斜气孔结构，通过斜气孔向密封内导入与转子转动方向相反的流体，可有效降低密封的周向速度；
[0011]3、反旋流梳齿结构可有效降低密封的泄漏量、交叉刚度，增加密封的主阻尼，改善密封的稳定性，提高航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的转子稳定性。
【附图说明】
:
[0012]图1是本发明的结构示意图。
[0013]图2是本图1的A-A剖视图。
[0014]图3是本发明的工作原理图。
[0015]图中，I为斜气孔，2为密封体，3为密封齿，5为T型肩部，6为转子，7为气缸导向孔。
【具体实施方式】
:
[0016]如图1和图2所示:一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，包括转子6，密封体2和斜气孔I。密封体2设置在转子6的外圈，密封体2靠近转子6的一侧设有密封齿3，密封体2上设有与汽缸导向孔7相通的斜气孔I。斜气孔I轴线方向与密封体轴向夹角α范围为60° — 75°，斜气孔I周向均匀分布在密封体2上，相邻斜气孔I的间距为50— 60mm，斜气孔I设置靠近密封高压侧(A侧)，其入口压力大于密封入口压力，另一侧为低压侧(B侧)。所述的斜气孔直径范围h为6— 8mm。旋转机械中气体进入密封腔内有预旋速度，通过气缸导向孔7及斜气孔I导入的流体流向密封高压侧，对密封腔内原有的流体起到了反旋流的作用，降低了泄漏量及周向速度，进而减小了密封的交叉刚度，有助于提高密封的稳定性，进而提高旋转机械的转子稳定性，密封块材料为普通的45钢、GC115等材料。
【主权项】
1.一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，其特征在于:包括转子，密封体和斜气孔；密封体设置在转子的外圈，密封体靠近转子的一侧设有密封齿，密封体上设有与汽缸导向孔相通的斜气孔，斜气孔轴线方向与密封体轴向夹角范围为60° —75。，斜气孔周向均匀分布在密封体上，相邻斜气孔的间距为50— 60mm，斜气孔设置靠近密封高压侧，其入口压力大于密封入口压力。2.如权利要求1所述的一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，其特征在于:所述的斜气孔直径范围为6—8mm。
【专利摘要】一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构,包括转子，密封体和斜气孔。密封体设置在转子的外圈，密封体靠近转子的一侧设有密封齿，密封体上设有与汽缸导向孔相通的斜气孔。斜气孔轴线方向与密封体轴向夹角范围为60°—75°，斜气孔周向均匀分布在密封体上，相邻斜气孔的间距为50—60mm，斜气孔设置靠近密封高压侧，其入口压力大于密封入口压力。本发明通过气缸导向孔及斜气孔导入的流体流向密封高压侧，对密封腔内原有的流体起到了反旋流的作用，降低了泄漏量及周向速度，进而减小了密封的交叉刚度，有助于提高密封的稳定性，进而提高旋转机械的转子稳定性。
【IPC分类】F16J15/40
【公开号】CN104896100
【申请号】CN201510270760
【发明人】赵欢, 孙丹, 王双, 艾延廷, 王克明
【申请人】沈阳航空航天大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
【专利说明】
[0001]技术领域:本发明涉及一种应用于旋转机械中的密封结构，尤其涉及一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构。
[0002]【背景技术】:密封件是航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的关键部件，在抑制旋转机械流体泄漏的同时还会产生气流失稳力，影响转子稳定性。随着旋转机械工作介质参数的不断提高，由密封气流力所引起的气流失稳问题越来越突出。
[0003]研宄表明，密封气流失稳主要是由密封内流体的周向速度产生的交叉刚度引起的。密封内流体的周向速度主要由以下两个方面产生:一是在进入密封前的流体具有较大入口预旋速度；二是密封内流体在旋转转子的粘性摩擦带动下产生周向流动。流体在密封间隙的周向流动，使得密封间隙流体周向压力不均匀，由不均匀的压力分布产生气流失稳力，进而产生交叉刚度引起密封失稳。
[0004]为减小密封气流失稳力，提高密封的稳定性，人们在传统迷宫密封的基础上，通过改变密封本身的结构提出了多种密封结构。1982年，Von Pragenau通过改变密封内周向表面的粗糙程度来降低密封内流体的周向流速，提出了蜂窝密封结构。鉴于蜂窝密封加工工艺复杂等因素，国外学者提出了与蜂窝密封结构相似，具有圆柱孔的孔型密封结构。1991年美国德克萨斯A&M大学透平机械实验室的Vance和Shultz研发了袋型密封。上述密封形式虽然机理不完全相同，但本质上都属于通过改变密封内部结构的粗糙程度，增加流体通过周向腔室的阻力，减小密封内流体的周向流动速度，进而减小密封交叉刚度，以达到增加转子稳定性的目的。上述通过增加密封内部结构周向粗糙程度的密封形式对降低密封周向流速效果很小，在密封进出口压比较小时适用。随着旋转机械工作介质参数的不断提高，密封进出口压比逐渐增大，传统密封在旋转机械工作介质高参数工作条件下的密封气流失稳问题难以解决。
[0005]
【发明内容】
:本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，包括转子，密封体和斜气孔。密封体设置在转子的外圈，密封体靠近转子的一侧设有密封齿，密封体上设有与汽缸导向孔相通的斜气孔。斜气孔轴线方向与密封体轴向夹角范围为60° — 75°，斜气孔周向均匀分布在密封体上，相邻斜气孔的间距为50-60mm,斜气孔设置靠近密封高压侧，其入口压力大于密封入口压力。
[0007]优选的，所述的斜气孔直径范围为6 — 8mm。
[0008]本发明提出的一种降低预旋减小气流失稳力的反旋流梳齿密封，其主要优点如下:
[0009]1、结构简单，不改变传统梳齿密封的内部结构，只在传统梳齿周向均匀设置等径斜气孔；
[0010]2、在密封周向设置斜气孔结构，通过斜气孔向密封内导入与转子转动方向相反的流体，可有效降低密封的周向速度；
[0011]3、反旋流梳齿结构可有效降低密封的泄漏量、交叉刚度，增加密封的主阻尼，改善密封的稳定性，提高航空发动机、汽轮机、压缩机等旋转机械的转子稳定性。
【附图说明】
:
[0012]图1是本发明的结构示意图。
[0013]图2是本图1的A-A剖视图。
[0014]图3是本发明的工作原理图。
[0015]图中，I为斜气孔，2为密封体，3为密封齿，5为T型肩部，6为转子，7为气缸导向孔。
【具体实施方式】
:
[0016]如图1和图2所示:一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，包括转子6，密封体2和斜气孔I。密封体2设置在转子6的外圈，密封体2靠近转子6的一侧设有密封齿3，密封体2上设有与汽缸导向孔7相通的斜气孔I。斜气孔I轴线方向与密封体轴向夹角α范围为60° — 75°，斜气孔I周向均匀分布在密封体2上，相邻斜气孔I的间距为50— 60mm，斜气孔I设置靠近密封高压侧(A侧)，其入口压力大于密封入口压力，另一侧为低压侧(B侧)。所述的斜气孔直径范围h为6— 8mm。旋转机械中气体进入密封腔内有预旋速度，通过气缸导向孔7及斜气孔I导入的流体流向密封高压侧，对密封腔内原有的流体起到了反旋流的作用，降低了泄漏量及周向速度，进而减小了密封的交叉刚度，有助于提高密封的稳定性，进而提高旋转机械的转子稳定性，密封块材料为普通的45钢、GC115等材料。
【主权项】
1.一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，其特征在于:包括转子，密封体和斜气孔；密封体设置在转子的外圈，密封体靠近转子的一侧设有密封齿，密封体上设有与汽缸导向孔相通的斜气孔，斜气孔轴线方向与密封体轴向夹角范围为60° —75。，斜气孔周向均匀分布在密封体上，相邻斜气孔的间距为50— 60mm，斜气孔设置靠近密封高压侧，其入口压力大于密封入口压力。2.如权利要求1所述的一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构，其特征在于:所述的斜气孔直径范围为6—8mm。
【专利摘要】一种降低预旋抑制气流失稳力的反旋流梳齿密封结构,包括转子，密封体和斜气孔。密封体设置在转子的外圈，密封体靠近转子的一侧设有密封齿，密封体上设有与汽缸导向孔相通的斜气孔。斜气孔轴线方向与密封体轴向夹角范围为60°—75°，斜气孔周向均匀分布在密封体上，相邻斜气孔的间距为50—60mm，斜气孔设置靠近密封高压侧，其入口压力大于密封入口压力。本发明通过气缸导向孔及斜气孔导入的流体流向密封高压侧，对密封腔内原有的流体起到了反旋流的作用，降低了泄漏量及周向速度，进而减小了密封的交叉刚度，有助于提高密封的稳定性，进而提高旋转机械的转子稳定性。
【IPC分类】F16J15/40
【公开号】CN104896100
【申请号】CN201510270760
【发明人】赵欢, 孙丹, 王双, 艾延廷, 王克明
【申请人】沈阳航空航天大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
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