一种旋向槽迷宫密封结构制造技术

本发明专利技术属于燃气轮机密封设计领域，具体涉及一种旋向槽迷宫密封结构，所述旋向槽迷宫密封结构为旋向槽密封环，旋向槽密封环内设有若干个密封齿叶片，密封齿叶片上开有圆周均布的若干个旋向槽，密封齿叶片的一侧设有无齿叶片；所述旋向槽密封环安装在同轴心的转子轴上，密封齿叶片上旋向槽的轴向偏转角与转子轴的自转方向相反。在传统迷宫密封结构中添加有一系列与转子一般工作转向相反的旋流激发槽，旋向槽的添加大幅降低了密封结构的环流速度，并在略微提升泄漏量的同时大幅提升了转子系统的稳定性，为燃气轮机密封结构设计提供了新思路。新思路。新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种旋向槽迷宫密封结构


[0001]本专利技术属于燃气轮机密封设计领域，具体涉及一种旋向槽迷宫密封结构。

技术介绍

[0002]燃气轮机为一种典型的转子机械系统，通过工质推动叶片以带动转子进行高速旋转，从而将化石能逐步转换为机械能，是一种传统的动力机械。
[0003]转子系统由一系列的转子叶片与定子构成，其中为了避免转子由于小扰动导致偏心现象进而与定子碰撞引发严重的工业生产事故，一般在定子与转子的不同地方均会预留足够的空间。而间隙的存在必然会导致工质的内能不能完全的转换为转子系统的机械能，进而降低系统的机械效率，从而降低化石能源的利用率。
[0004]为了将转子与定子之间的间隙在控制到尽可能小的同时，又能尽可能好的降低泄漏流的产生，研究人员专利技术了一系列气体密封结构，通过对泄漏流的颈缩效应与湍流耗散效应的利用，降低了轴向泄漏流的能量，进而降低了工质的泄露。
[0005]然而，在实际工程应用中，机组人员和研究人员都发现，由于气体密封结构利用的是流体工质来降低泄露，流体介质复杂的动力学特性会引起或是放大转子系统受到的不对心运动。因此，对于密封结构的研究从一开始的只需要满足降低泄漏量的要求，变为现如今对低泄漏量与高稳定性兼顾的新结构的设计。
[0006]这其中，直通齿迷宫密封结构，由于其便于建模的轴对称结构，最先被提出并被广泛应用于工程实践中。然而传统的直通齿迷宫密封结构的动力学特性存在一定的壁垒，尤其是对于由转子表面附近气流周向流通所带来的较大的交叉耦合刚度系数，在一定程度上降低了转子的稳定性能。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种旋向槽迷宫密封结构，在传统迷宫密封结构中添加有一系列与转子一般工作转向相反的旋流激发槽，旋向槽的添加大幅降低了密封结构的环流速度，并在略微提升泄漏量的同时大幅提升了转子系统的稳定性，为燃气轮机密封结构设计提供了新思路。
[0008]本专利技术采用的技术方案为：一种旋向槽迷宫密封结构，所述旋向槽迷宫密封结构为旋向槽密封环，旋向槽密封环内设有若干个密封齿叶片，密封齿叶片上开有圆周均布的若干个旋向槽，密封齿叶片的一侧设有无齿叶片；所述旋向槽密封环安装在同轴心的转子轴上，密封齿叶片上旋向槽的轴向偏转角φ与转子轴的自转方向相反。
[0009]进一步的，所述密封齿叶片的数量为4片，相邻的两个密封齿叶片之间的距离w2＝3.95mm，所述无齿叶片与密封齿叶片的内径和厚度相同。
[0010]进一步的，所述密封齿叶片的外径φ1＝66.6mm，其内径φ2＝60mm，厚度t＝0.4mm；密封齿叶片上旋向槽的深度h＝0.2mm，宽度w1＝0.42mm，其轴向偏转角φ＝45
°
。
[0011]进一步的，每个密封齿叶片上旋向槽的数量为20个。
[0012]进一步的，所述旋向槽密封环的密封齿叶片与转子轴之间的间隙 c
r
＝0.2mm。
[0013]本专利技术的有益效果：提供了一种旋向槽迷宫密封结构，在传统迷宫密封结构中添加有一系列与转子一般工作转向相反的旋流激发槽，旋向槽的添加大幅降低了密封结构的环流速度，并在略微提升泄漏量的同时大幅提升了转子系统的稳定性，为燃气轮机密封结构设计提供了新思路。
附图说明
[0014]图1是实施例一中旋向槽密封环的立体结构示意图；
[0015]图2是图1中A
‑
A的截面图；
[0016]图3是实施例一中旋向槽密封环的主视图；
[0017]图4是图3中B
‑
B的截面图；
[0018]图5是图3中C
‑
C的截面图；
[0019]图6是实施例一中旋向槽密封环的装配使用示意图；
[0020]图7是实施例一中旋向槽迷宫密封结构与传统迷宫密封结构在不同密封齿顶处周向流速对比图；
[0021]图8是实施例一中旋向槽迷宫密封与传统迷宫密封结构在不同密封齿腔内周向流速对比图。
具体实施方式
[0022]实施例一
[0023]参照各图，一种旋向槽迷宫密封结构，所述旋向槽迷宫密封结构为旋向槽密封环2，旋向槽密封环2内设有若干个密封齿叶片21，密封齿叶片21上开有圆周均布的若干个旋向槽23，密封齿叶片21的一侧设有无齿叶片22；所述旋向槽密封环2安装在同轴心的转子轴1上，密封齿叶片21上旋向槽23的轴向偏转角φ与转子轴1的自转方向相反；所述密封齿叶片21的数量为4片，相邻的两个密封齿叶片21之间的距离w2＝3.95mm，所述密封齿叶片21的外径φ 1＝66.6mm，其内径φ2＝60mm，厚度t＝0.4mm；密封齿叶片21上旋向槽23 的深度h＝0.2mm，宽度w1＝0.42mm，其轴向偏转角φ＝45
°
；每个密封齿叶片 21上旋向槽23的数量为20个；旋向槽密封环2的密封齿叶片21与转子轴1 之间的间隙c
r
＝0.2mm。
[0024]在传统迷宫密封结构的基础之上，对部分密封齿进行周向开槽的设计，所开的微槽称为旋向槽，旋向槽轴向偏转角与转子自转方向相反，以抑制由转子自转带动的密封腔内的周向流动，进而大幅提升转子系统的稳定性。图1为旋向槽迷宫密封结构的装配示意图，旋向槽迷宫密封结构同轴心安装于转子轴上，且旋向槽迷宫密封结构内侧与转子轴外侧之间存在着c
r
的间隙，以保证转子轴在正常旋转过程中不会发生碰撞事故。
[0025]使用ANSYS Fluent软件对上述旋向槽迷宫密封结构与h＝0mm时所对应的传统迷宫密封结构进行仿真分析，设置进口压力为0.5MPa，出口压力为0.1 MPa，计算得到如图7与图8所示的旋向槽迷宫密封与传统迷宫密封结构，在不同密封齿顶处与不同密封齿腔内的流速对比。
[0026]由图7与图8可知，由于旋向槽的添加，不论是在齿顶处还是在腔室内，旋向槽
‑
迷宫密封的平均周向速度均低于传统迷宫密封结构，甚至最大获得了 44.47％、71.56％的降
幅；其中所有4个密封腔室中的降幅比例持续增大，而齿顶间隙处的周向速度在最后一齿前也具有同样的变化规律；最后一齿由于并未设置旋向槽，故降低幅度出现了回升，但依然相对传统迷宫密封有着31.85％的下降。
[0027]旋向槽迷宫密封结构具有部分叶片开槽的设计，旋向槽轴向偏转角与转子自转方向相同或相反，在轴向偏转角与转子自转方向相反时，可抑制密封转子系统内气流的周向流动，而被降低了的周向流速可以降低转子系统的交叉耦合刚度系数，进而大幅提升了转子系统的稳定性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋向槽迷宫密封结构，其特征在于：所述旋向槽迷宫密封结构为旋向槽密封环(2)，旋向槽密封环(2)内设有若干个密封齿叶片(21)，密封齿叶片(21)上开有圆周均布的若干个旋向槽(23)，密封齿叶片(21)的一侧设有无齿叶片(22)；所述旋向槽密封环(2)安装在同轴心的转子轴(1)上，密封齿叶片(21)上旋向槽(23)的轴向偏转角φ与转子轴(1)的自转方向相反。2.根据权利要求1所述的一种旋向槽迷宫密封结构，其特征在于：所述密封齿叶片(21)的数量为4片，相邻的两个密封齿叶片(21)之间的距离w2＝3.95mm，所述无齿叶片(22)与密封齿叶片(21)的内径和厚度相同。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，焦映厚，曲秀全，杜虎之，张赛，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：