[发明专利]一种能够增强密封性能的孔型密封结构

说明书

本发明公开了一种能够增强密封性能的新型孔型密封结构，包括在密封静子部件(1)内壁的周向上开设的若干球凹孔腔(3)、周向倾斜孔腔(5)或轴向倾斜孔腔(6)，该密封静子部件(1)与密封旋转部件(4)配合使用，使得腔室内湍流涡旋结构发生变化，涡旋强度增加，提高了湍流耗散作用；同时增大了孔腔间的壁面厚度，增强密封承压性能。本发明的球凹孔密封，增强了孔腔内涡流强度，提高了密封封严性；在相同孔隙率下，增大了孔腔间壁厚，密封承压性能得到提升。本发明的轴向或周向斜孔密封，增强了孔腔内的涡流强度，限制了密封间隙内周向旋流的发展，密封转子动力特性得到改善。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，具体涉及一种能够增强密封性能的新型孔型密封结构。

背景技术

在发电行业的蒸汽轮机、燃气轮机以及石油化工压缩机、泵等叶轮机械中，旋转密封装置都有广泛的应用。作为叶轮机械的重要组成部件之一，旋转密封装置通常安装在轴端、叶顶间隙等动静部件间隙处，通过控制间隙处由高压端向低压端的工质泄漏流来提高叶轮机械效率。另外，叶轮机械中的密封装置，在控制泄漏流的同时，还会与工质流体相互作用产生流体激振力，影响转子轴承系统的稳定性。因此，现代先进密封技术必须兼顾优良的封严性能以及较好的稳定性。

先进密封技术的应用，对于提高叶轮机械效率、增强转子-轴承系统稳定性具有重要意义。目前，叶轮机械中常用的旋转密封装置有：迷宫密封、蜂窝密封、孔型密封、袋型密封和刷式密封。其中孔型密封，作为一种非接触式阻尼密封技术，具有良好的封严性和稳定性，而且制造工艺简单、成本低，结构可控性好、耐磨，因此被广泛应用于叶轮机械中。

现代工业技术的发展对叶轮机械提出了越来越高的技术经济性要求，更高温度、更高压力以及更高转速的运行工况也对机组安全可靠性提出更高要求。因此，开展高性能的孔型密封结构设计研究，对叶轮机械技术领域的发展具有重要的工业意义。

典型的孔型密封由光滑的旋转部件，以及布满径向圆柱孔型腔室的静子部件组成。密封原理是，静子部件上孔腔与旋转部件形成一系列的膨胀间隙与耗散孔腔，当泄漏工质流经膨胀间隙时，压力能转换成速度能。这部分动能在泄漏工质进入下游孔型腔室时，经过腔室内形成的湍流涡旋与腔壁摩擦阻力作用而逐渐被耗散为热能，泄漏工质动能与压力能因此逐级降低进而达到密封效果。孔型腔室中的湍流涡旋强度，决定了密封封严性能的强弱，因此，通过改良孔型腔室的几何结构，能够增强腔室里涡旋强度，增强封严性能。

典型的孔型密封为了提高封严性能，静子部件内壁会布置尽可能多的孔腔，造成了静子部件上孔腔间壁厚较小，密封承压能力大大降低，极大地限制了其在高压液态工质环境中的应用。因此，开展兼顾高封严性能、高承压能力的密封技术，具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明针对叶轮机械中对孔型密封降低泄漏量、增加稳定性、提高承压能力等要求，以典型圆柱孔型密封结构为基础，提供了一种能够增强密封性能的新型孔型密封结构。其中，球凹孔密封能够在保证密封封严性能同时，增大静子件孔腔间的壁厚，提高孔型密封承压能力。而斜孔型密封，能够有效遏制密封周向旋流的发展，提高转子稳定性。

本发明采用以下技术方案来实现的：

一种能够增强密封性能的新型孔型密封结构，包括在密封静子部件内壁的周向上开设的若干球凹孔腔、周向倾斜孔腔或轴向倾斜孔腔，该密封静子部件与密封旋转部件配合使用，使得腔室内湍流涡旋结构发生变化，涡旋强度增加，提高了湍流耗散作用；同时增大了孔腔间的壁面厚度，增强密封承压性能。

本发明进一步的改进在于，在静子部件内壁开设的球凹孔腔，进口正对密封旋转部件中心，或者沿轴向/周向倾斜预设角度。

本发明进一步的改进在于，球凹孔腔能够布置在密封旋转部件表面，形成密封静子部件上的耗散腔室，或者布置在密封静子部件内壁，形成密封静子部件上的耗散腔室。

本发明进一步的改进在于，球凹孔腔的深度取值范围是0-r之间，r为球凹体半径。