[实用新型]转子和定子之间构成的一个分离缝隙的无接触密封装置

说明书

本实用新型涉及一种在转子和定子之间构成的一个分离缝隙的无接触密封的装置，以防止一种工作流体流经该分离缝隙。

在叶轮机械制造中，为了密封高转速转动的部件，经常采用迷宫式密封，亦即无接触的密封。众所周知，各种各样的迷宫式密封，其工作原理大多基于使通过迷宫式密封的流体-质量流减到最小。为此，这种迷宫式密封一般在转子和定子之间构成的待密封的分离缝隙设置许多结构类似的并在工作流体的流动方向内前后放置的密封件。每个密封件至少由一个节流点和一个连接在下游的涡流室组成，这个节流点和涡流室或多或少鲜明地表征了各种不同的迷宫式密封。通过密封件排列成行，可任意增大流动阻力，并由此而可使通过密封的流体量保持很小。

从教料书《无接触密封》(K·特鲁诺夫斯基著，德国工程师协会有限责任公司出版社，杜塞尔多夫1987年，第4版，ISBN3-18-400490-2，244/245页，图4-58和4-59)中查出的迷宫式密封，其对应于节流点的面具有一种特殊的流体力学结构。所以这些对接面具有连接着的空心凸起面或弯曲下凹的锥形扩展段。这样既可以长到下一个节流点的流程，又可避免流线呈直线穿过缝隙，从而最终可进一步减少通过密封的流体-质量流。

在已知的迷宫式密封中，由于要构成的流动边界层在旋转和固定部件之间流体流经的分离缝隙中产生高的摩擦功率，这就导致了分离缝隙中的工作流体的加热，从而导致分离缝隙周围的部件的加热。这样，材料温度相对急剧升高，从而缩短有关部件的使用寿命。此外，流经分离缝隙的工作流体的偏转和涡流形成在节流点导致工作流体以高的动量和热交换重新混合。在节流点下游，工作流体必须在旋转部件上重新在圆周方向加速，从而使这个范围内的摩擦功率和发热进一步增加。

本实用新型力图避免全部这些缺点。其目的是，提出一种在转子和定子之间构成的分离缝隙的无接触密封的改进装置，用这种装置可提高有关部件的使用寿命。

本实用新型的目的是这样实现的：这种转子和定子之间构成的分离缝隙的无接触密封的装置用来防止在主流方向的一种工作流体流经该分离缝隙，在这种装置中，分离缝隙内至少设置一个密封件，该密封由一个节流点、一个位于定子上的对接面以及一个涡流室组成，在节流点下游，工作流体冲击到该对接面上，在每个密封件的上游，分离缝隙都设计成一个输入通道，而在最后一个密封件的下游则设计成一个输出通道，其中，对接面设计成工作流体的分流器，涡流室设置在主流方向相反的方向内，并设置了下一个密封件的输入通道或紧接分流器设置了在主流方向的输出通道。

此外，涡流室的内表面大于与该涡流室连接的分离缝的内表面。通过这种设置节流过程后工作流体的流动层被分成具有高圆周速度的第一分流和具有低圆周速度的第二分流。随后第一分流只是偏转，只有第二分流涡流，接着第二分流平行于偏转后的第一分流而导入第一分流中。

通过分流，亦即通过把定子固定壁上形成的具有较低圆周速度的流动层和转子旋转壁上形成的具有较高圆周速度的流动层分成两个分流可减小摩擦功率，以及可减小流动层之间的动量和热交换。具有较低圆周速度的第二分流被分流器削入涡流室中，并在该处产生涡流。这样达到的压力降可增加迷宫式密封的密封效果。在涡流室中，第二分流的工作流体将摩擦热的一部分散发到定子周围的壁上。与此相反，具有较高圆周速度的第一分流则通过分流器只产生偏转，所以第一分流几乎可无扰动地流过分离缝隙。这样除了减小摩擦功率外，还减少了转子转动壁上的热传递。

用本实用新型装置在一个相当于先有技术的密封效果的情况下，一方面可达到产生摩擦功率最小和在转子中热流最小的目的，或另一方面在转子的热负荷相当的情况下可达到密封效果的改进。

通过至少两个密封件的前后布置，按这个顺序至少进行两次，即：在工作流体中形成具有不同圆周速度的流体层、接着工作流体的节流过程、流体随即分成两个具有不同圆周速度的分流，接着第一分流偏转和只有第二分流产生涡流，以及其平行流入偏转的第一分流中。这样就可进一步改进分离缝隙的密封。

分流器由定子的至少两个接合面组成是特别有优点的，这两个接合面具有一个凸起的并伸入分离缝隙内的接触边。这样就保证了分流器的相当简单的和价廉的结构。

此外，涡流室相对于工作流体的主流方向的角度α设计成45°±20°，是特别适宜的。由此在节流点的下游形成分离缝隙的横截面的突然扩展，从而促成圆周速度低的第二分流的涡流形成。这样可达到改进密封件的密封效果。

输入通道以及输出通道具有一个间隙宽度和节流点具有一个净宽，其中间隙宽度设计成始终大于节流点的净宽。这样密封件的密封效果与分离缝隙的间隙宽度的改变相对无关。