本发明专利技术提供一种用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，第一种装置包括汽封主体、U形汽封齿和汽封高齿，汽封主体和主轴之间设有汽封高齿，汽封高齿沿着汽封主体的轴向均匀分布，相邻两个汽封高齿之间均匀设有U形汽封齿，U形汽封齿根据不同工况改变结构参数。本发明专利技术在转子受热膨胀产生轴向位移时，仍能保持多个U形汽封齿与凸台配合，形成多个节流过程，减少整体漏气量。第二种装置包括汽封主体、汽封齿和汽封开孔，汽封主体和主轴之间设有汽封齿，汽封齿沿着汽封主体的轴向均匀分布，汽封开孔位于主漏气进气口处第一个汽封齿之后。本发明专利技术在汽封开孔引入开孔阻力进气，增加主漏气入口处涡流混乱程度，从而阻碍主漏气流过汽封。封。封。
【技术实现步骤摘要】
用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置
[0001]本专利技术涉及汽封
，特别涉及一种用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置。
技术介绍
[0002]迷宫式密封广泛应用于各种类型的流体流动机械，如蒸汽轮机、燃气轮机和压缩机。迷宫式密封能够减少两个非接触元件之间的工作介质泄漏。迷宫式密封对高功率发电机的效率有特别的影响。
[0003]对于现有的汽封，低齿部位常因轴向位移产生掉台现象导致漏气量增加。提高密封可靠性依靠增加低齿的数量，或者换为形状更为复杂的齿型。以上这两者受到空间、成本的限制已经无法有效进一步减小汽封泄漏。
[0004]目前提出的一些结构减少了轴向移动产生的漏气量增加，但加工和维修成本有所增加。例如专利202110227226.5公布了一种在主轴上设置轴流式形状的齿来阻止气体泄漏，但轴流式形状极为复杂，在不到1毫米的尺寸中设置复杂的曲面难以加工，其气体碰撞也会增加汽轮机的流体激振力。或者将一些短齿换为刷式密封，在产生轴向位移后仍然可以保证密封效果，但接触式密封磨损严重，缩短了整体寿命，需要定期更换，增加了运行维护成本。
[0005]在控制成本的大前提下，改善汽封结构来减少泄漏以及汽封寿命是行业一直关注的重点。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，通过在汽封主体和主轴之间设有汽封高齿，相邻两个汽封高齿之间均匀设有U形汽封齿，从而确保主轴在轴向移动后仍然有汽封齿与主轴的凸台形成密封，减少主轴轴向移动发生掉台引起的漏气量增加，提高密封可靠性；或者在主漏气进气口处第一个汽封齿之后设置汽封开孔，利用位于汽封主体和主轴在高压侧汽封处的汽封开孔，引入相反流向的气体，通过开孔阻力进气来扰乱主漏气泄漏的主要气流，从而提高密封阻尼，减小了整体的漏风量，保证了密封的可靠性。
[0007]本专利技术提供了一种用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，其包括汽封主体、U形汽封齿和汽封高齿。所述汽封主体和主轴之间设有汽封高齿，所述汽封高齿沿着所述汽封主体的轴向均匀分布，相邻两个汽封高齿之间均匀设有U形汽封齿。相邻两个汽封高齿之间U形汽封齿的数量N根据主轴上凸台宽度D和凸台之间的距离d确定，当凸台宽度D和凸台之间的距离d之和小于1/4的汽封主体宽度时，则U形汽封齿的数量N取2，当凸台宽度D和凸台之间的距离d之和大于或者等于1/4的汽封主体宽度时，则U形汽封齿的数量N取3。
[0008]所述U形汽封齿的齿距的表达式为：
[0009][0010]其中，D为主轴的凸台宽度，d为主轴上凸台之间的距离，h为凸台的高度，N为相邻两个汽封高齿之间U形汽封齿的数量。
[0011]当主轴上存在主漏气时，所述U形汽封齿和所述汽封高齿在主轴上产生的湍流长度L的表达式为：
[0012][0013]其中，为压力运动系数比，μ为气体介质粘度，l为湍流长度，r为汽轮机轴的半径。
[0014]根据比例系数k和余量S之间的关系，对U形汽封齿的数量N进行修正，具体修成过程为：
[0015]若比例系数k≤S时，则U形汽封齿的数量N减1，并重新获得U形汽封齿的齿距；若S<比例系数时，则U形汽封齿的数量N不变；若比例系数时，则U形汽封齿的数量N加1，并重新获得U形汽封齿的齿距。
[0016]可优选的是，所述U形汽封齿的开口距离在3
‑
5mm之间。
[0017]可优选的是，当汽封主体和主轴之间的压强在10个大气压以下且主轴的转速低于5000r/min时，则压力运动系数比取1.2；当汽封主体和主轴之间的压强超过10个大气压或者主轴的转速超过5000r/min时，则压力运动系数比取1.5。
[0018]可优选的是，所述比例系数k根据U形汽封齿的齿距和湍流长度L得到.
[0019]可优选的是，所述比例系数k的初始值大于1。
[0020]可优选的是，所述余量S跟汽封主体和主轴之间的压强有关，当汽封主体和主轴之间的压强低于10个大气压时，则余量S取1.1，当汽封主体和主轴之间的压强高于10个大气压时，则压强每提高10个大气压，余量S提高0.1。
[0021]本专利技术的另外一方面，提供一种用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，其包括汽封主体、汽封齿和汽封开孔。所述汽封主体和主轴之间设有汽封齿，所述汽封齿沿着所述汽封主体的轴向均匀分布，所述汽封开孔垂直于所述汽封主体的上表面，所述汽封开孔位于主漏气进气口处第一个汽封齿之后，所述汽封开孔的直径小于相邻两个汽封齿之间的齿间距；
[0022]所述汽封开孔的直径的表达式为：
[0023]D＝1.3+JPR
[0024]其中，J为第一比例系数，P为汽封位置的工作环境压力，R为汽封入口气体压力和出口气体压力的压比；
[0025]所述汽封开孔的数量的表达式为：
[0026]n＝KF
[0027]其中，K为第二比例系数，F为主轴转速。
[0028]可优选的是，所述汽封齿与水平面的夹角位于140
°
至145
°
之间。
[0029]可优选的是，第二比例系数K的取值过程为：当主轴转速在1
‑
10000转之间时，第二比例系数K取10
‑
75；当主轴转速在10000
‑
20000转之间时，第二比例系数K取75
‑
200；当主轴转速为1时，第二比例系数K取10，当主轴转速为10000时，第二比例系数K取75，当主轴转速为20000时，第二比例系数K取200。
[0030]可优选的是，第一比例系数J的取值表达式如下：
[0031][0032]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0033]1.本专利技术通过开孔引入阻力气体，来增加密封效果，此方法不需要额外提供动力，也比增加几何形状复杂度如齿数量，凸台数量等，更容易加工。
[0034]2.本专利技术通过将原有汽封低齿改为U形齿，工作时主漏气在凸台上方形成多个节流过程，减小了整体的漏风量。
[0035]3.本专利技术在转子热膨胀产生轴向位移后仍能保持至少三个低齿在凸台上方，避免了原有汽封因轴向移动产生掉台而导致的漏气量上升，保证了密封的可靠性。
[0036]4.本专利技术U齿几何线条平直，制作工艺简单，只需要轧制弯折即可成型，并且几何参数更改容易，大幅缩减了制作成本。
[0037]5.本专利技术利用fluent有限元分析软件对汽封内部流场模拟仿真，在保证汽封腔内能充分发展涡流的前提下增加U形齿数量和控制U形齿齿距，使得节流过程多，并且能量耗散程度高，最终降低整体的泄漏量。此方法不需要额外更改汽轮机轴端的几何构造，适应性更广。相较于大部分现有汽封以及新型改进汽封，本专利技术汽封结构对原有系统稳定性干扰较小。
附图说明
[0038]图1为本专利技术用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置中第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，其包括汽封主体、U形汽封齿和汽封高齿，其特征在于，所述汽封主体和主轴之间设有汽封高齿，所述汽封高齿沿着所述汽封主体的轴向均匀分布，相邻两个汽封高齿之间均匀设有U形汽封齿；相邻两个汽封高齿之间U形汽封齿的数量N根据主轴上凸台宽度D和凸台之间的距离d确定，当凸台宽度D和凸台之间的距离d之和小于1/4的汽封主体宽度时，则U形汽封齿的数量N取2，当凸台宽度D和凸台之间的距离d之和大于或者等于1/4的汽封主体宽度时，则U形汽封齿的数量N取3；所述U形汽封齿的齿距的表达式为：其中，D为主轴的凸台宽度，d为主轴上凸台之间的距离，h为凸台的高度，N为相邻两个汽封高齿之间U形汽封齿的数量；当主轴上存在主漏气时，所述U形汽封齿和所述汽封高齿在主轴上产生的湍流长度L的表达式为：其中，为压力运动系数比，μ为气体介质粘度，l为湍流长度，r为汽轮机轴的半径；根据比例系数k和余量S之间的关系，对U形汽封齿的数量N进行修正，具体修成过程为：若比例系数k≤S时，则U形汽封齿的数量N减1，并重新获得U形汽封齿的齿距；若S<比例系数时，则U形汽封齿的数量N不变；若比例系数时，则U形汽封齿的数量N加1，并重新获得U形汽封齿的齿距。2.根据权利要求1所述的用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，其特征在于，所述U形汽封齿的开口距离在3
‑
5mm之间。3.根据权利要求1所述的用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，其特征在于，当汽封主体和主轴之间的压强在10个大气压以下且主轴的转速低于5000r/min时，则压力运动系数比取1.2；当汽封主体和主轴之间的压强超过10个大气压或者主轴的转速超过5000r/min时，则压力运动系数比取1.5。4.根据权利要求1所述的用于减少轴端汽封漏气量的U型齿扰流汽封装置，其特征在于，所述比例系数k根据U形汽封齿的齿距和湍流长度L得到。5.根据权利要求1或者4所述的用于减少轴端汽封漏...
【专利技术属性】
技术研发人员：付康民，高俊华，郑义，柯福，胡永飞，牛轩煜，
申请(专利权)人：秦皇岛华宇通电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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