[发明专利]弹性箔片复合柱面织构密封装置

说明书

本发明公开了一种弹性箔片复合柱面织构密封装置，包括密封座、安装在密封座内孔凹槽内的悬臂箔片、安装在悬臂箔片背部的弹簧、安装在悬臂箔片内表面的密封片、安装在悬臂箔片两侧的前后挡板。密封片和转动部件之间构成微间隙柱面气膜密封，抑制泄漏。周向挤压型、轴向台阶型密封片内表面加工有螺旋槽、孔型等微织构保证气膜具有大刚度。悬臂箔片使整个密封系统具有柔性，间隙可调。一刚一柔的设计提高了密封间隙的自适应跟随调节能力，实现密封间隙微小化。

技术领域

本发明涉及一种旋转机械非接触式密封及其密封方法，尤其涉及一种密封间隙自适应调节的弹性箔片复合柱面织构密封装置及其密封方法。主要应用领域包括：电力、能源、化工、国防等领域内旋转机械。

背景技术

介质在旋转机械（蒸汽/燃气透平、航空发动机、压缩机等）动静部件之间的间隙内流动会形成泄漏流，导致效率降低，并引发流体激振。为了提高密封性能，人们在传统梳齿密封的基础上先后提出了蜂窝、孔型、刷式、薄叶等多种先进密封型式，取得了一定效果。但这类密封本质上都属于间隙固定型密封，必然存在低泄漏量和高耐磨性之间的矛盾。特别是当透平变工况运行和大幅振动时，动静间隙变化较大，该矛盾尤为突出。间隙不能根据工况变化而自动调节已经成为制约这类密封发展的瓶颈技术问题。

布莱登密封和压力作动式密封是两类具有间隙调节功能的密封。布莱登密封在密封弧块端面处加装四只螺旋弹簧。蒸汽流量较小时，在弹簧力作用下弧块张开而远离转子，蒸汽流量增大后作用在弧块背部的蒸汽压力增大，弧块逐渐关闭，使得弧块和转子之间保持最小间隙运行。压力作动式密封片弯曲一定角度后固定在密封座上。机组启动时密封两端压差较小，作用在密封片上的力较小，密封尖部与转轴表面处于脱开状态。机组带负荷运行后密封两端压差增大，密封片产生弹性变形被压向转轴表面，进而减小间隙。这两种密封都是根据变工况运行时密封两端压差变化来调节间隙，工况稳定后密封就失去间隙调节能力，没有从根本上解决低泄漏量和高耐磨性之间的矛盾。

随着透平向高参数、大容量方向发展，自适应调节密封间隙满足透平变工况和大幅振动状态下运行需求，进而在此基础上实现间隙最小化，提高密封可靠性，是现代透平对密封技术提出的新要求，也是先进密封发展的大趋势。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出了一种弹性箔片复合柱面织构密封装置，该密封装置在变工况运行和大幅振动状态下都具有间隙自调节能力并且无需对转动部件进行改动的。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种弹性箔片复合柱面织构密封装置，包括密封座、安装在密封座内孔凹槽内的悬臂箔片、安装在悬臂箔片背部的弹簧、安装在悬臂箔片内表面的密封片、安装在悬臂箔片两侧的前挡板与后挡板；所述悬臂箔片一端固装在所述密封座的内孔凹槽内，另一端沿转动部件的旋转方向顺次迭搭在相邻的悬臂箔片上。

优选地，所述密封片为周向挤压型、轴向台阶型密封片，周向设计为挤压型，便于转动时形成动压气膜；轴向设计为台阶型(高压侧间隙大、低压侧间隙小)，便于利用密封两端压差形成顶升力。

优选地，所述密封片的安装位置位于所述悬臂箔片内表面公共内切圆的切点处，所述密封片的背部弧线与内切圆重合，构成柱面密封。

优选地，所述密封片内表面加工有微织构，提高顶升力，改善密封副摩擦特性；该微织构包括螺旋槽、孔型以及凹槽等。

优选地，所述密封片和转动部件之间的间隙为10μm~20μm，便于形成稳定动压气膜。

优选地，所述相邻两片密封片之间的周向间隙大于0，且不大于10μm，避免相邻密封片之间碰摩，减少通过此处间隙的泄漏。

优选地，所述前挡板与后挡板分别紧贴所述悬臂箔片的侧面，所述前挡板与后挡板的下端面和所述密封片背面共面，避免径向泄漏。

优选地，所述悬臂箔片和所述密封片沿周向均匀分布。