[发明专利]一种超临界二氧化碳旋转机械的阻旋减振密封结构

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳旋转机械的阻旋减振密封结构，减小密封泄露量，降低密封气流的周向速度，包括壳体、主轴，主轴上设有阻旋密封环、通气密封环、低压密封环，通气密封环固定安装在壳体上，通气密封环分别与阻旋密封环、低压密封环固定连接，阻旋密封环、低压密封环的内圆面上分别设置有迷宫密封齿；通气密封环的内圆面上沿周向设有阻旋腔，通气密封环上设有多个喷嘴孔，壳体上设有壳体进气孔，壳体进气孔通过壳体上设置的环形槽与所有喷嘴孔连通，用于通过壳体进气孔、喷嘴孔向阻旋腔内喷入阻旋气，阻旋气的流向与主轴旋向相反，用于降低阻旋腔内的周向气流速度，以及使阻旋腔内的周向压力均匀分布。

技术领域

本发明涉及超临界二氧化碳旋转机械技术领域，特别是涉及一种超临界二氧化碳旋转机械的阻旋减振密封结构。

背景技术

密封件是旋转机械中的关键部件，可以减小旋转机械流体泄露，随着旋转机械转速和介质压力的提高，转子柔性的增加和密封间隙的减小，密封腔内流体激振会引发转子强烈振动，甚至失稳。研究表明，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。

超临界二氧化碳旋转机械主要包括超临界二氧化碳压缩机和涡轮机，其转速高、轴系细长，介质压力大、温度高、密度大。以10MW透平压缩一体机为例，工作转速27000rpm，轴颈尺寸76mm，轴承跨距914mm，压力8～25MPa，温度高达715℃，机组内部密封体两端压差高，为了减小密封泄露量以及节约轴向布置空间，一般会采用碳环加迷宫密封的组合密封形式，转子周向速度高，碳环密封间隙小，一般小于0.1mm，这导致超临界二氧化碳在密封间隙处流动时带来的激振更剧烈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超临界二氧化碳旋转机械的阻旋减振密封结构，保证减小密封泄露量的同时降低密封气流的周向速度，从而减小密封交叉耦合刚度，防止出现密封激振导致转子振动大乃至失稳现象。

本发明的目的是这样实现的：

一种超临界二氧化碳旋转机械的阻旋减振密封结构，包括壳体、主轴，

所述主轴上从高压侧到低压侧依次套设有阻旋密封环、通气密封环、低压密封环，所述通气密封环固定安装在壳体上，所述通气密封环分别与阻旋密封环、低压密封环固定连接，所述阻旋密封环、低压密封环的内圆面上分别设置有迷宫密封齿；

所述通气密封环的内圆面上沿周向设有阻旋腔，通气密封环上设有多个喷嘴孔，多个喷嘴孔沿通气密封环周向均匀分布，各喷嘴孔均沿主轴切向延伸，所述壳体上设有壳体进气孔，所述壳体进气孔通过壳体上设置的环形槽与所有喷嘴孔连通，用于通过壳体进气孔、喷嘴孔向阻旋腔内喷入阻旋气，阻旋气的流向与主轴旋向相反，用于降低阻旋腔内的周向气流速度，以及使阻旋腔内的周向压力均匀分布。

优选地，超临界二氧化碳旋转机械包括超临界二氧化碳压缩机、超临界二氧化碳涡轮机。

优选地，所述通气密封环的内圆面两端分别设置有迷宫密封齿，迷宫密封齿之间形成所述阻旋腔。

优选地，所述阻旋密封环、低压密封环通过孔轴配合安装在通气密封环上，并通过螺钉固定。

优选地，所述阻旋密封环的高压侧设有多个阻旋栅，多个阻旋栅沿阻旋密封环周向均匀分布，超临界二氧化碳介质从高压侧进入阻旋密封环时，阻旋栅用于打断超临界二氧化碳介质圆周方向的旋转流，减小进入阻旋密封环迷宫密封齿时的入口预旋速度。

优选地，所述通气密封环与阻旋密封环、低压密封环之间分别设有呈环形的安装槽，各安装槽内分别设有三瓣式碳环，所述三瓣式碳环通过拉伸弹簧箍紧，使三瓣式碳环抱合在主轴上，三瓣式碳环通过防转销周向定位。