[发明专利]基于齿顶小翼结构的自止旋迷宫密封及其加工方法

说明书

本发明为一种基于齿顶小翼结构的自止旋迷宫密封，在迷宫密封的静子部件的迷宫齿的双侧或单侧沿密封腔室的圆周方向间隔布置齿顶小翼，齿顶小翼布置于迷宫齿的齿顶处，即，齿顶小翼的底部与静子部件之间应具有间隙。在密封腔室内，按一定规则、形状、方向排布的齿顶小翼可阻碍齿顶附近的高速周向旋流流动，产生剧烈涡流流动，起到减小周向流动速度，甚至使周向旋流速度反向的作用，进而提高转子系统的稳定性；同时在齿顶小翼处因剧烈涡流强化了湍流扰动，可以增强密封腔室内的涡流扰动，强化密封腔室内的动能耗散，降低泄漏量。

技术领域

本发明属于旋转机械技术领域，特别涉及一种基于齿顶小翼结构的自止旋迷宫密封及其加工方法。

背景技术

旋转密封是叶轮机械中的重要组件，其主要作用是减小动静部件之间微小间隙中由于压差产生的泄漏流动，同时也会在间隙中产生较大的气流激振力，对转子系统的稳定性起到显著影响。常用的旋转密封结构有传统迷宫密封、蜂窝、孔型、袋型等阻尼密封和接触式的刷式密封，迷宫密封由于结构简单、制造成本低、安装方便、对热和压力变化具有较大容差等优点，而被广泛应用于蒸汽透平、燃气透平、泵和压气机等叶轮机械中。

虽然迷宫密封良好的密封性能能够满足控制泄漏流动的要求，但是大量实验和数值研究表明，迷宫密封具有较差的转子动力特性，不利于转子系统的稳定性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于齿顶小翼结构的自止旋迷宫密封，通过降低迷宫密封腔室内周向旋流速度，减小不利于转子系统稳定性的交叉刚度，改善迷宫密封转子动力特性，提高轴系转子稳定性，同时能够增强腔室内的涡流扰动，强化腔室内的动能耗散作用，从而降低泄漏量，优化叶轮机械转子系统稳定性和提高机组运行安全效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于齿顶小翼结构的自止旋迷宫密封，在迷宫密封的静子部件1的迷宫齿3的单侧或者双侧沿密封腔室的圆周方向间隔布置齿顶小翼5，所述齿顶小翼5布置于迷宫齿3的齿顶4处以阻碍齿顶4附近的高速周向旋流流动并强化湍流扰动。

所述齿顶小翼5的底部与静子部件1之间具有间隙，齿顶小翼5的径向高度为密封腔室径向深度的1/5～1/3。

所述齿顶小翼5的轴向长度为密封腔室轴向长度的5％～20％。

所述齿顶小翼5的顶部不超过迷宫齿3的齿顶4边沿，并尽可能地靠近密封间隙6。

所述齿顶小翼5在圆周方向均匀或非均匀间隔排列。

所述齿顶小翼5在迷宫齿3的双侧布置时，同一迷宫齿3两侧的齿顶小翼5交错排布，在近转子壁面的周向流道上形成错齿流道。

所述齿顶小翼5在周向上倾斜或弯曲布置，偏斜方向与转子部件2的转动方向相反，与迷宫齿3壁面所呈偏斜角度为30°～90°。

所述齿顶小翼5的周向展开形状为斜角、C型、J型或L型。

所述迷宫齿3为错齿、斜齿或阶梯齿。

本发明基于齿顶小翼结构的自止旋迷宫密封的加工方法，通过车削的方式，直接在静子部件1上粗加工出矩形截面的环形槽，在矩形槽的基础上再根据迷宫齿3的形状车削出最终的迷宫齿3和齿顶小翼5；或者，单独采用车削或3D打印工艺加工出成品的迷宫齿3和齿顶小翼5后，镶嵌在静子部件1的壳内表面。

与现有技术相比，本发明能够通过减小甚至反向腔室内周向流动流动来降低周向流动速度，同时产生涡流扰动，增强动能耗散来降低泄漏量，从而改善迷宫密封转子动力特性，提高转子系统稳定性和透平机组运行效率。

附图说明

图1是本发明的具有齿顶小翼的自止旋密封结构的三维结构图。

图2是图1中虚线框位置的局部周期性弧段的三维结构图。