[发明专利]一种中间引气提供自同心平衡力的密封装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种中间引气提供自同心平衡力的密封装置，属于旋转机械密封领域。

背景技术

密封是汽轮机、压缩机、航空发动机等旋转机械的关键部件。近年来，随着旋转机械向高参数方向发展，密封在起减少旋转机械泄漏量的同时，也会产生较大的气流激振力，对转子系统稳定性产生重要影响。

为减小密封气流激振力，提高密封的稳定性，人们在传统迷宫密封的基础上，通过改变密封本身的结构提出了多种密封结构。A.Muszynska于80年代提出一种反预旋思想。反预旋密封形式主要有两种，一种是在密封进气入口处设置用来降低密封入口预旋速度的栅板，称之为阻旋栅密封；另一种是是在密封进口经若干齿腔后，在密封周向设置一定数量的反吹孔，由反吹孔将高压气源引入密封腔内，反吹孔方向指向转子表面切向方向，并与转子转动方向相反，称之为反旋流密封。Von Pragenau于1982年首次提出了阻尼密封的概念。其设计理念是通过改变密封结构静子面的粗糙程度来提高密封的稳定性。目前现有的阻尼密封有蜂窝阻尼密封、孔型阻尼密封、袋型阻尼密封等。

上述密封形式虽然减振机理不完全相同，但是本质上都属于固定式密封。对于传统固定式密封而言，旋转机械运行过程中，必然存在转子偏心状态。在转子偏心转动条件下，不仅密封装置容易磨损失效，而且密封间隙内不均匀的压力分布会产生气流激振力，造成密封气流激振问题得不到根本解决。

传统的浮动密封主要依靠转子高速转动形成的液膜浮力保持与转子的非接触状态，可用以密封气体和液体(主要指粘度较高的液体，如油类)。但是密封气体时，浮动密封装置中应充满润滑油，以利于密封和润滑，因此需额外增加一套油路系统；更大的应用局限在于，传统浮动密封无法适用高温气体的密封。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种中间引气提供自同心平衡力的密封装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种中间引气提供自同心平衡力的密封装置，包括密封件和密封座，密封座对密封件产生轴向移动的约束，使密封件仅能在径向力的作用下径向偏移。所述密封件的组成由高压侧到低压侧依次为C型密封环、高压密封环、径向阻隔片、低压密封环、滚珠固定环及多个周向排列的滚珠。

本发明密封件各组成部分的功能如下：

1、上述高压密封环及C型密封环保证高压侧气体不从密封件高压侧与密封座高压侧间隙处泄漏至密封件背部；

2、上述径向阻隔片与高压密封环、低压密封环及滚珠固定环焊接固定，间隔5～15°均布，把高压密封环、低压密封环和密封座之间形成的周向空腔分隔为若干个独立腔室，形成周向迷宫密封，其主要作用是减弱上述周向空腔内、圆周方向上压力趋于均等的趋势；同时，径向阻隔片还起到了类似于袋型密封的周向分割挡板和阻旋栅密封的阻旋栅作用，阻隔的蒸汽的周向流动，降低了交叉刚度，有利于提供更加稳定的自同心平衡力，同时还能抑制激流激振，减少轴系的振动幅值。

3、低压密封环和滚珠固定环与密封座相邻面之间通过滚珠隔开，即存在间隙，但间隙极小，以最大限度减少密封件背部的高压气体泄漏。在低压密封环接近转子的部分，形成类似迷宫密封的齿腔。低压密封环齿腔的径深适当加深，有利于周向均压，减少转子的不平衡力，提供更大的自同心平衡力，同时也能减轻密封环的重量。

自同心平衡力产生机理：自定平衡力＝径向压差力-径向摩擦力。

径向摩擦力产生的机理：密封件在轴向压差作用下产生轴向推力，为径向摩擦力提供正压力；低压密封环、滚珠固定环及滚珠与密封座表面非绝对光滑接触，存在摩擦系数μ；在径向压差力(自同心平衡力)的作用下，密封件相对于密封座有一个相对径向运动的趋势，进而产生了径向的摩擦力；密封件相对于转子同心的过程均须克服轴向推力造成的静摩擦力。

径向压差力产生机理：转子一旦相对于密封件偏心，密封件背部的静压在径向阻隔片的作用下，不再周向均匀，偏心侧的静压降低，而相对侧的静压升高，产生沿偏心方向的压差(高压区偏心侧密封齿比相对侧密封齿的间隙小是产生此压差的根本原因)，进而产生了径向压差力。

自同心平衡力产生机理：而转子与密封环背部的在径向压差力作用下，产生由高压指向低压的自同心平衡力，克服密封件与密封座之间的摩擦阻力，使密封件向转子偏心的方向移动，使其自同心，从而避免碰磨，保持极小密封间隙。

只有当径向压差产生的上述和压差力大于静摩擦力时，密封件才能实现自同心。