[发明专利]周向可摆动式气封

说明书

技术领域

本发明涉及一种在旋转机械中采用的气封型式，尤其涉及一种周向可摆动式气封，该气封能大幅提高旋转机械(如汽轮机、压缩机等)中气封的耐磨性和抗气流激振能力。

背景技术

目前国内外公认，气流在气封腔内流动时的周向速度是导致气流激振的重要因素。改进气封结构型式、减小气流周向旋转速度是目前国内外普遍采用的研究思路。为此人们在传统疏齿气封的基础上，通过改变气封本身的结构提出了蜂窝、刷式、反旋流、阻尼、螺旋槽、阶梯等新型气封型式，取得了一定的效果。但气封结构型式的不断改进导致结构越来越复杂，容易产生由于摩擦引起的不稳定振动故障。为了解决气封耐磨性与泄漏量之间的矛盾，上世纪90年代，美国提出可调气封概念，其主要思想是引入一股气流到气封背部，通过改变气体压力来改变动静间隙。1990年，美国GE公司研发了正压气封，通过引入高压蒸汽来手动控制气封块的开合。1995年，日本东芝公司提出了采用压力波纹管控制的可调气封。近几年，还有人提出各种气封间隙调整控制方法。上述型式的气封虽然间隙可调，但只能在径向上进行调整，而且在一定工况下其径向间隙是确定的，因此本质上还是固定气封。可调气封的出现解决了气封耐磨性与泄漏量之间的矛盾，但如何大幅提高气封抗气流激振能力一直是个难点。随着汽轮机、压缩机等大型旋转机械向高参数、大容量方向发展，气流激振问题越来越突出。

发明内容

本发明提出一种能够提高气封的抗气流激振能力并能延长气封使用寿命的周向可摆动式气封。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种周向可摆动式气封，包括：气封座，在气封座设有摆动气封块且摆动气封块与气封座通过插销转动连接，摆动气封块可以以插销为支点周向摆动，在摆动气封块与气封座间设有弹簧。

把气封块设计成绕支点沿周向摆动，从气封块所受的力绕其支点的力矩平衡来说，作用在气封上的气流力必定指向气封块支点(摩擦力很小可忽略)，因此气流力总是沿着轴心到气封块支点的方向作用。又因为气封块设计成随时随轴颈的变位运动而摆动，因此可以减小流体在气封内流动所产生的切向激振力，从而提高旋转机械转子的稳定性。具体原理分析如下：

如附图1所示，轴颈与气封块之间的膜厚h分布，完全取决于轴心O_j相对与气封块支点的位置，而该相对位置可用径向偏心e_ra和切向偏心e_ta表示如下：

ea=era2+eta2]]>

角γ_a为：

γa=arctg(etaera)]]>

h表达式为：

h＝c+e_acosφ_a

式中c为气封块弧半径与轴颈半径之差。

气封块起始角为：

φ_a1＝π-β₁-γ_a

气封块终止角为：

φ_a2＝π-β₁+β₂-γ_a

式中β₂为气封块张角；β₁为气封块边到支角的张角。

这样，气封块上的气膜压力分布可以求出：p＝p(φ_a，z；e_ra，e_ta)，其中z为气封块轴向坐标。积分可得气封块所受合力：