一种间隙自适应调整密封结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种间隙自适应调整密封结构，包括若干段由周向弹簧连接成环的密封块，密封块嵌装在定子的密封块安装槽内，密封块的内圈沿轴向设有若干圈密封齿，转子与密封齿配合的外圆周设置圆锥斜坡，圆锥斜坡绕转子外圆周形成一个圆锥面，密封齿沿平行于圆锥斜坡的方向设置；密封块通过轴向布置的轴向弹簧定位在密封块安装槽内，密封块和密封块安装槽之间设有轴向退让空间。本实用新型专利技术的密封结构能够随着密封上下游压差增大而自适应调整密封间隙，在调整过程中，密封块够沿轴向(流体流动方向)动作，与转子表面斜坡结构相配合，起到减小密封间隙，最终大幅减小泄漏量的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种间隙自适应调整密封结构
本技术属于密封结构，具体涉及一种旋转机械中采用的密封结构，尤其涉及一种能够随着密封上下游流体压差增大而间隙逐渐减小的自适应调整密封结构，该种密封结构能大幅减小旋转机械(如汽轮机、压缩机等)中密封的泄漏量，提高能源利用效率。
技术介绍
旋转机械中采用的密封通过增加流体流动的阻力来达到减小流体泄漏的目的。其思路是在流体流经的通道上布置一系列非接触的节流间隙和涡流腔室，当流体流经密封齿与相应的转子表面形成的狭窄通道时，被连续节流，并被逐步降压和膨胀加速，流体在涡流腔室内通过旋转和摩擦，将具有高速度的流体动能通过湍流旋涡耗散成为热能，并被流体吸收，流体比容增大，使得到达下一个间隙入口的初速度变小。对于多齿密封，每个密封齿前后压差逐级减小，流过每一密封齿的流速就越低，则气体的比容逐渐增大，从而使密封的漏气量大大减小，达到密封的作用。长期以来，旋转机械内密封增效一直是研究人员关注的重点。国内外对于密封增效的研究主要集中在以下几个方面：湍流增阻、叶尖或气缸结构改进设计和减小密封间隙。其中减小密封间隙是最直接最有效的减小密封泄漏量，提高密封效率的措施，刷式密封以及后来出现的指尖和叶片式密封等是其中的典型代表。这一类型密封是密封齿采用柔性结构，在与转子接触时可以有限度退让，这类密封虽然密封效果好，但由于间隙很小，甚至是负间隙，密封与转动部件之间的摩擦在所难免，严重时还是会导致大幅振动，而且长时间使用时，由于接触部分会出现磨损，往往导致间隙比开始安装时要大，密封效果将大打折扣。解决泄漏与耐磨性之间矛盾的另一思路是将密封间隙设计成可调式。具体做法是通过直接测量的密封间隙、或者监测声发射信号、温度信号等，通过压电晶体、压缩空气、液压油、电磁铁等施加反馈力来改变密封的动静间隙。这种密封型式以美国布莱登公司设计的一种可调密封为代表，布莱登密封将传统密封环背部的平板弹簧替换成螺旋弹簧，并让密封上游的流体直接作用于密封环背面，使密封达到关闭位置，保持密封径向间隙设定值。布莱登密封这种可调密封结构复杂，要求密封在径向能够自如的扩张和收缩，密封体朝径向收缩时，势必需要两个相邻密封之间预留一定的收缩间隙，间隙太大容易造成泄漏量增大，间隙太小容易由于脏污出现密封块收缩卡涩受阻，所以实际应用时可靠性不高，引入我国后，很多机组都出现了密封间隙失调的故障。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是：针对现有的布莱登密封结构容易间隙失调的缺陷，提供一种能够随着密封上下游压差增大而间隙逐渐减小的自适应调整密封结构，该型密封工作时，动作方向不同于传统可调密封的径向收缩运动，而是沿轴向(流体流动方向)动作，并与转子表面斜坡化处理相配合，起到减小密封间隙，最终大幅减小泄漏量的作用。本技术具体采用如下技术方案实现：间隙自适应调整密封结构，包括若干段由周向弹簧5连接成环的密封块2，所述密封块2嵌装在定子1的密封块安装槽11内，所述密封块2的内圈沿轴向设有若干圈密封齿21，所述转子4与密封齿21配合的外圆周设置圆锥斜坡41，所述圆锥斜坡41绕转子外圆周形成一个圆锥面，所述密封齿21沿平行于圆锥斜坡的方向设置；所述密封块2通过轴向布置的轴向弹簧3定位在密封块安装槽11内，所述密封块2和密封块安装槽11之间设有轴向退让空间12。进一步的，所述圆锥斜坡41的低端靠近密封流体的上游，所述圆锥斜坡41的高端靠近密封流体的下游。进一步的，所述轴向弹簧3压缩设置于密封块2靠近圆锥斜坡高端的一侧与密封块安装槽11之间。优选的，所述轴向弹簧3采用螺旋弹簧。在本技术的间隙自适应调整密封结构中，所述圆锥斜坡41为圆柱转子表面加工的圆锥面，或者采用整体圆锥结构的转子中的一段。优选的，所述圆锥斜坡41的倾斜角度为5～10°。与现有技术相比，本技术提出的间隙自适应调整密封结构具有如下有益效果：(1)本技术提出的密封结构通过在密封块侧面安装轴向弹簧，并且在密封块安装槽和和密封块轴向预留一定的退让空间，并与转子的圆锥斜坡面相配合，能够使密封块连同密封齿在转子和定子之间上下游流体压差和侧面轴向弹簧力的作用下达到自适应减小密封间隙，减小密封泄漏量的目的。(2)本技术提出的密封结构转子表面经过了斜坡化处理，在密封块的密封齿与转子表面发生碰摩时，碰摩力的轴向分力会使密封产生远离转子斜坡表面的自动退让，避免碰摩加剧导致的密封齿磨损；(3)本技术提出的该型密封结构简单，易于制造，目前现场采用大多数密封都可以通过修改密封结构和转子表面斜坡化处理较方便地改进成本技术的密封型式。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步说明。附图说明图1为实施例中的间隙自适应调整密封结构的装配示意图。图2为实施例中的间隙自适应调整密封结构的运动原理图。图3为实施例中的间隙自适应调整密封结构的受力分析图。图中标号：1-定子，11-密封块安装槽，12-轴向退让空间，2-密封块，21-密封齿，3-轴向弹簧，4-转子，41-圆锥斜坡，5-周向弹簧。具体实施方式实施例参见图1，图示中的间隙自适应调整密封结构为本技术的优选方案，该密封结构安装于旋转机械轴端或叶顶等需要密封处的定子1上，与转子4相配合起到密封作用。具体的，密封结构包括密封块2以及设置在密封块侧面的轴向弹簧3，密封块2采用梳齿密封结构，由若干段周向弹簧5将圆弧段的密封块2连接成圆环，并将密封块2嵌装在定子1内壁设置的密封块安装槽11内，在密封块2上设有与转子外圆周表面接触的密封齿21，所有的密封块2沿定子1的周向安装一圈，相邻密封块之间通过周向弹簧5进行连接，并保证一定的径向紧力，周向弹簧5能够保证密封块2在径向方向的弹性设置，使密封块能够在径向具备一定的弹性余量，在发生动静碰摩时，实现密封块上的密封齿21和转子4之间的间隙调整。在本实施例中，转子4与密封齿21接触的外圆周设置圆锥斜坡41，圆锥斜坡41绕转子外圆周形成一个连续的圆锥面，密封齿21沿轴向方向布置由若干圈，对应的，若干圈密封齿21沿平行于圆锥斜坡的方向设置，即密封齿21的尖端连线与圆锥斜坡平行，在密封块轴向移动的时候，能够保证所有的密封齿21与圆锥斜坡间隙一致。在实际应用中，圆锥斜坡41可以为圆柱转子表面加工出来的圆锥面，或者采用整体圆锥结构的转子中的一段。密封块2通过轴向布置的轴向弹簧3定位装配在密封块安装槽11内，密封块2和密封块安装槽11之间设有轴向退让空间12。在本实施例中，圆锥斜坡41的低端靠近密封流体的上游设置，圆锥斜坡41的高端靠近密封流体的下游设置，将轴向弹簧3压缩设置于密封块2靠近圆锥斜坡高端的一侧与密封块安装槽11之间，轴向弹簧3采用螺旋弹簧，一端固定嵌装在定子的密封块安装槽内，另一端压缩与密封块2的端面接触，将密封块2轴向压紧定位在密封块安装槽内，在没有密封流体的推力作用下，保证密封块2上的密封齿21远离圆锥斜坡41，此时密封齿21与圆锥斜坡之间的间距最大。本实施例的轴向弹簧3为压缩的弹簧，安装后对密封块2维持一定的轴向预紧力，当工作时，密封块2上下游流体压差作用会克服该轴向预紧力，使轴向弹簧3进一步压缩，轴向弹簧3的弹力变大，并最终与密封块2所受的轴向流体压力相平衡，在这过程中，密封块2在流体压力下发生轴向退本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种间隙自适应调整密封结构，包括若干段由周向弹簧(5)连接成环的密封块(2)，所述密封块(2)嵌装在定子(1)的密封块安装槽(11)内，所述密封块(2)的内圈沿轴向设有若干圈密封齿(21)，其特征在于：转子(4)与密封齿(21)配合的外圆周设置圆锥斜坡(41)，所述圆锥斜坡(41)绕转子外圆周形成一个圆锥面，所述密封齿(21)沿平行于圆锥斜坡的方向设置；所述密封块(2)通过轴向布置的轴向弹簧(3)定位在密封块安装槽(11)内，所述密封块(2)和密封块安装槽(11)之间设有轴向退让空间(12)。

【技术特征摘要】
1.一种间隙自适应调整密封结构，包括若干段由周向弹簧(5)连接成环的密封块(2)，所述密封块(2)嵌装在定子(1)的密封块安装槽(11)内，所述密封块(2)的内圈沿轴向设有若干圈密封齿(21)，其特征在于：转子(4)与密封齿(21)配合的外圆周设置圆锥斜坡(41)，所述圆锥斜坡(41)绕转子外圆周形成一个圆锥面，所述密封齿(21)沿平行于圆锥斜坡的方向设置；所述密封块(2)通过轴向布置的轴向弹簧(3)定位在密封块安装槽(11)内，所述密封块(2)和密封块安装槽(11)之间设有轴向退让空间(12)。2.根据权利要求1所述的一种间隙自适应调整密封结构，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹浩，李明，张柏林，魏继龙，焦庆峰，
申请(专利权)人：国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：湖南,43