[发明专利]迷宫和螺旋组合式密封装置

说明书

本发明公开了一种迷宫和螺旋组合式密封装置，包括转轴、轴套、迷宫密封篦齿、螺旋篦齿凸台、螺旋密封篦齿；所述转轴位于轴套内，所述转轴和轴套之间具有径向间隙，间隙内的流体由于轴向压力梯度产生泄漏流；所述转轴上设有密封段，所述迷宫密封篦齿和螺旋篦齿凸台沿轴向交替排布于转轴的密封段上；每个螺旋篦齿凸台上设有多个螺旋密封篦齿。本发明采用非接触的方式，能同时利用迷宫密封与螺旋密封作用，充分抑制转、静子之间的有害泄漏流。装置整体结构简单、使用寿命长，在转子动、静状态都能起到良好的密封作用，且在转子运动状态能大幅减少泄漏流流量，理想的设计状态下能使泄漏流流量为零。

技术领域

本发明涉及一种迷宫和螺旋组合式密封装置，属于机械密封技术领域。

背景技术

很多机械装置由于转、静部件之间相对运动需要留有间隙，在轴向压差的作用下，会产生间隙内轴向的流体泄漏，这种泄漏通常是不需要且有害的。以航空发动机为例，相关的文献研究表明：约0.5％的泄漏量即可造成转子总压比降低1.5％，效率减少1％；冷空气的泄漏量增加10％，将导致单位耗油率增加0.5％；高压涡轮泄漏量减少1％，则推力可增加0.8％，耗油率降低0.5％。由此可见，采用密封措施对泄漏流进行高效抑制是提高相关机械装置性能的有效手段之一。

按照密封件是否与运动部件接触，密封装置通常可分为接触式和非接触式。一般而言，接触式密封装置密封性好，但由于会产生磨损，仅适合于低速、短寿命场合。在高速、长寿命情形，比如航空发动机的多级压气机中，通常需要采用非接触式密封。非接触式密封一般可分为迷宫密封、螺旋密封和离心密封。其中，螺旋密封和离心密封都借助机械运转给流体以动力，也称动力密封。迷宫密封和动力密封(以螺旋密封为例)各有优缺点。迷宫密封结构简单，靠流路的突缩、突扩增加流阻，具体而言，依靠摩擦效应、尖齿节流效应及齿腔耗散效应抑制泄漏流，其优势是在运动部件静止时也具有封严效果，但其缺点是由于齿顶间隙会产生透气效应，因而不能实现完全封严。对于螺旋密封而言，其在运动部件运动时，能对流体进行动压反输，将流体泵送至所需一侧，其优势是可以实现设计状态的“零泄漏”，但其劣势是在运动部件静止时，流体容易沿篦齿间的螺旋通道泄漏，密封效果较差。

发明内容

本发明的目的是在保证密封装置密封效果的前提下，提高非接触式密封装置在旋转部件不同转动工况下的适应性。提出了一种迷宫密封和螺旋密封组合的密封方式，综合了两种密封方式的优点，规避了两者的缺点，从而在转动部件静止及旋转状态下都能起到良好的密封效果。

本发明的技术方案：迷宫和螺旋组合式密封装置，包括转轴、轴套、迷宫密封篦齿、螺旋篦齿凸台、螺旋密封篦齿；所述转轴位于轴套内，所述转轴和轴套之间具有径向间隙，间隙内的流体由于轴向压力梯度产生泄漏流；所述转轴上设有密封段，所述迷宫密封篦齿和螺旋篦齿凸台沿轴向交替排布于转轴的密封段上；每个螺旋篦齿凸台上设有多个螺旋密封篦齿。当转轴不旋转时，螺旋密封篦齿的密封效果较差，密封主要依靠迷宫密封篦齿的摩擦效应、尖齿节流效应及齿腔耗散效应达成；当转轴旋转时，迷宫密封篦齿仍能保持良好的密封效果，但齿尖间隙内会由于透气效应产生泄漏，这时，在凸台顶部并占据部分凸台高度的螺旋密封篦齿能通过产生与泄漏流方向相反的泵送流，抵消齿尖间隙附近的泄漏现象，理想情况下能达到“零泄漏”的效果。因此，该装置在不同转动工况下都能有效抑制转、静部件之间的泄漏流，以达到封严的目的。

进一步地，所述密封段内迷宫密封篦齿(用A表示)、螺旋篦齿凸台(用B表示)的数目分别为M和N，构成(N+M-1)个齿腔，其中，M和N为正整数，(M+N)的选取范围为3～15，通过优化排列方式，迷宫密封篦齿和螺旋篦齿凸台采取1对1、1对多、多对1或多对多的交替排布方式，如A-B-A、A-A-B-A-A、A-B-B-B-A、B-B-A-B-B等。篦齿和齿腔分别通过尖齿节流效应和齿腔耗散效应抑制泄漏。