周向刷式挡片气封的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在旋转机械中采用的气封，尤其是涉及一种带周向刷式挡片的气 封。
【背景技术】
[0002] 旋转机械中采用的气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，当流体流经气封齿 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。对于多齿气封，每个气封齿 前后压差逐级减小，流过每一气封齿的流速就越低，则气体的比容逐渐增大，从而使气封的 漏气量大大减小，达到密封的作用。
[0003] 目前国内外公认，对于轴向气封而言，流体从气封进口端进入到出口端流出均不 在同一圆周角度上，这是因为气流在气封体内流动时，由于流体粘性力作用和转轴表面线 速度的带动，流体会产生周向速度从而导致气封体内流体形成螺旋形流动，这一流动正是 导致气封气流激振的主要因素。改进气封结构型式、减小气流周向旋转速度正是目前国内 外气封增效减振技术上普遍采用的研究思路。人们在传统疏齿气封的基础上，通过改变气 封本身的结构提出了蜂窝、刷式、反旋流、阻尼、螺旋槽、阶梯等新型气封型式，取得了一定 的效果。但如何从根本上减小气封体内周向螺旋形流动效应，大幅提高气封抗气流激振能 力一直是个难点。尤其随着汽轮机、压缩机等大型旋转机械向高参数、大容量方向发展，因 气封引起的气流激振问题越来越突出。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提出一种能够直接减小气封体内流体周向螺旋形 流动效应，提高气封抗气流激振能力的周向刷式挡片气封。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供的周向刷式挡片气封，周向刷式挡片气封，整 圈气封体由六个周向连接的气封本体连接组成，所述的周向刷式挡片气封本体背面设有燕 尾槽，所述的周向刷式挡片气封本体沿流动方向设有多个气封齿，所述的周向刷式挡片气 封本体由气封座与刷式挡片连接组成，所述的刷式挡片安装在气封座的一端，构成整圈气 封体时保证每个相邻的两个所述的气封座的连接端部安装有一个所述的刷式挡片。
[0006] 所述的刷式挡片与所述的气封座采用4个固定螺丝连接。
[0007] 所述的刷式挡片由刷式挡片座和刷丝束组成，所述的刷丝束采用弹性耐磨的钴基 合金材料制成，所述的刷丝束与所述的刷式挡片座采用压接工艺联接。
[0008] 采用上述技术方案的周向刷式挡片气封，在气封沿周向端部设置刷式挡片，可以 抑制气封腔内螺旋形周向流动的形成，减小流体在气封内流动所产生的切向激振力，从而 达到提高旋转机械转子的稳定性的目的。
[0009] 与现有技术相比，本发明提出的带周向刷式挡片气封的有益效果如下：
[0010] 1、通过在普通梳齿气封沿周向端部安装刷式挡片，可以直接阻碍流体在气封体内 形成周向螺旋形流动，减小流体在气封内流动所产生的切向激振力，从而达到提高旋转机 械气封一一转子系统稳定性的目的。
[0011] 2、由于采用刷式挡片，刷丝束具有一定的弹性，在工作状态时与转子表面接触时， 刷丝束可以柔性退让，摩擦力较小，不易使转子产生因摩擦引起的振动；
[0012] 3、该型气封结构简单，易于制造，目前现场采用较多的梳齿气封都可以较方便地 改进成该种气封型式。
[0013] 综上所述，本发明是一种能够直接减小气封体内流体周向螺旋形流动效应，提高 气封抗气流激振能力的周向刷式挡片气封。
【附图说明】
[0014] 图1是同心涡动转子动力学模型图。
[0015] 图2是周向刷式挡片气封安装示意图。
[0016]图3是周向刷式挡片气封结构示意图。
[0017]图4是刷式挡片的正视图。
[0018]图5是刷式挡片的左视图。
[0019] 图6是气封座正视图。
[0020] 图7是沿图6中A-A线剖面图。
[0021]图中：1_静子，2-转子，3-周向刷式挡片气封本体，4-刷式挡片，5-固定螺丝，6-气 封座，7-刷式挡片座，8-刷丝束，9-气封齿，10-燕尾槽。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0023]如图2所示，一种周向刷式挡片气封本体3,安装于旋转机械轴端或叶顶等需要密 封的静子1上，周向刷式挡片气封本体3与转子2相配合起到密封作用。
[0024]参见图2、图3、图4、图5、图6和图7,在本实施例中：周向刷式挡片气封本体3沿流动 方向设有多个气封齿9,背面设有燕尾槽10,周向刷式挡片气封本体3沿周向至少设有一块 沿流动方向阻断气封齿9的刷式挡片4。
[0025] 具体地，整圈气封体由六个周向连接的周向刷式挡片气封本体3连接组成，周向刷 式挡片气封本体3由气封座6与刷式挡片4连接组成，每个气封座6-端安装有一个刷式挡片 4,气封座6加工有多道气封齿9,气封座6背面设有燕尾槽10,通过燕尾槽10与静子1联接。
[0026] 刷式挡片4包括刷式挡片座7和刷丝束8,刷丝束8采用弹性耐磨的钴基合金材料制 成，刷丝束8与刷式挡片座7采用压接工艺联接。刷式挡片4的刷式挡片座7与气封座6采用4 个固定螺丝5连接。
[0027] 参见图2、图3、图4、图5、图6和图7,一种周向刷式挡片气封，包括沿流动方向的多 个气封齿9和沿周向安装于端部的刷式挡片4,该刷式挡片4能有效阻碍气封腔内流体的周 向螺旋形流动。
[0028] 由于流体粘性作用，转子2在旋转时能够带动气封腔内流体产生周向流动，由于气 体轴承效应，气封内流体的周向流动会对转子2产生切向激振力，减小转子稳定性，严重时 将导致转子失稳。具体分析如下：
[0029] 气封内流体对转子2的作用力动力学分析一般使用线性化模型，其动态流体激振 力可以表示为：
[0030] (1)
[0031]
[0032] 转子2作同心涡动时，气封内的流动参数沿周向均匀分布，所以其直接项动力特性 系数可以近似认为相等，交叉项系数绝对值相等，符号相反。即K xx = Kyy = K，KXy = -KyX=k， Cxx = Cyy = C，Cxy = _Cyx = C，K、C、k、C分别为直接刚度、直接阻尼、父叉刚度和父叉阻尼系数。 式（1)可以写成
[0033]
(2)
[0034] 假设转子作稳态的涡动半径为δ的圆轨迹同心涡动，如附图1所示，其运动规律为
[0035]
(3)
[0036] 代入式(2)可以得到Χ，Υ方向的流体激振力Fx和Fy。取图1所示位置为t = 0时刻，此 时，X (0) = 0，y (0) = -δ，i(0) = A0，K〇) = 〇，将这些参数代入式(2)，可以得到作用在转 子上的密封切向流体激振力Ft和径向流体激振力Fr为
[0037]
⑷
[0038]已知流体激振力，就可以计算转子涡动一周过程中激振力对转子所做的功为
[0039]
(5)
[0040]从式(5)可以看出，直接刚度系数K对应的弹性力为保守力，在转子涡动一周所作 总功为0;直接阻尼C对应的阻尼力恒做负功，即消耗能量;交叉刚度k对应的为非保守弹性 力和交叉阻尼C对应的阻尼力，在一周内做功可正可负，取决于涡动轨迹形状、动力系数的 大小和正负。如果一周涡动中，输入系统的能量小于各种阻尼所消耗的能量，涡动就会越来 越小趋近于消失，此时系统是稳定的，反之当输入系统的能量大于阻尼消耗的能量，涡动会 变大，系统处于不稳定状态。
[0041 ]当k< Ω C时，W<0，流体消耗转子系统能量，涡动减弱，系统趋于稳定。而当k> Ω C 时，W>0，流体往转子系统输入能量，祸动增强，系统趋于失稳。当k= Ω C时，W=O，转子系统 处于平衡状态，涡动强度保持不变。因此为了增加转子密封系统的稳定性，避免发生自激振 动，应尽量减小交叉刚度系数值，增加直接阻尼系数值。一般引入涡动系数Q f来判定转子 稳定性。
[0042] Qf = k/QC (6)
[0043] 涡动系数Ω啲值越小，转子稳定性越好。
[0044] 从式(4)可以看出切向激振力Ft由交叉刚度k和直接阻尼C确定，由上面的分析可 知，这两个参数正是影响转子密封系统稳定性的重要参数，可见切向力会促进转子涡动，导 致系统失稳。由于粘性，流体在转子带动下产生螺旋形流动，导致沿流动方向流体压力高点 逐渐偏离间隙最小处，滞后间隙最小点一定的角度，形成了与转子偏心方向相垂直的切向 激振力，正是由于切向激振力的存在最终导致转子稳定性下降。
[0045] 在气封沿周向端部设置刷式挡片，可以抑制气封腔内螺旋形周向流动的形成，减 小流体在气封内流动所产生的切向激振力，从而达到提高旋转机械转子的稳定性的目的。
【主权项】
1. 一种周向刷式挡片气封，整圈气封体由六个周向连接的气封本体(3)连接组成，所述 的周向刷式挡片气封本体(3)背面设有燕尾槽（10)，所述的周向刷式挡片气封本体(3)沿流 动方向设有多个气封齿(9 )，其特征是:所述的周向刷式挡片气封本体(3)由气封座(6)与刷 式挡片(4)连接组成，所述的刷式挡片(4)安装在气封座(6)的一端，构成整圈气封体时保证 每个相邻的两个所述的气封座(6)的连接端部安装有一个所述的刷式挡片(4)。2. 根据权利要求1所述的周向刷式挡片气封，其特征是:所述的刷式挡片(4)与所述的 气封座(6)采用4个固定螺丝(5)连接。3. 根据权利要求1或2所述的周向刷式挡片气封，其特征是:所述的刷式挡片(4)由刷式 挡片座(7)和刷丝束(8)组成，所述的刷丝束(8)采用弹性耐磨的钴基合金材料制成，所述的 刷丝束(8)与所述的刷式挡片座(7)采用压接工艺联接。
【专利摘要】本发明公开了一种周向刷式挡片气封，整圈气封体由六个周向连接的气封本体(3)连接组成，所述的周向刷式挡片气封本体(3)背面设有燕尾槽(10)，所述的周向刷式挡片气封本体(3)沿流动方向设有多个气封齿(9)，所述的周向刷式挡片气封本体(3)由气封座(6)与刷式挡片(4)连接组成，所述的刷式挡片(4)安装在气封座(6)的一端，构成整圈气封体时保证每个相邻的两个所述的气封座(6)的连接端部安装有一个所述的刷式挡片(4)。本发明是一种能够直接减小气封体内流体周向螺旋形流动效应，提高气封抗气流激振能力的周向刷式挡片气封。
【IPC分类】F16J15/3288
【公开号】CN105673862
【申请号】CN201610171605
【发明人】曹浩, 焦庆丰, 程贵兵, 李明, 张柏林
【申请人】国家电网公司, 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, 国网湖南节能服务有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月24日