专利转让平台_买专利_卖专利_中国高校专利技术交易-买卖发明专利上知查网

全部分类
全部分类
一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构

一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构

IPC分类号 : F01D11/00,F01D25/04,F04D29/12,F04D29/66,F04D29/02

申请号
CN201922161048.1
可选规格
  • 专利类型: 实用新型专利
  • 法律状态: 有权
  • 申请日: 2019-12-05
  • 公开号: 211287798U
  • 公开日: 2020-08-18
  • 主分类号: F01D11/00
  • 专利权人: 西安交通大学

专利摘要

本实用新型公开了一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,包括转轴、密封齿、密封壳体和密封盖等;密封壳体的中心开设有孔径大于转轴轴径的壳体轴孔,密封盖的中心开设有孔径大于转轴轴径的盖板轴孔,密封壳体在高温高压侧的端面上开设有与壳体轴孔同心设置的密封凹槽;密封壳体和密封盖分别通过壳体轴孔和盖板轴孔套装在转轴上,且密封盖通过紧固件固定在密封壳体在高温高压侧的端面上,使得密封盖与密封壳体之间形成密封腔室;密封腔室内由内至外依次包括套装在转轴上的密封齿、密封环和减振圈;减振圈与密封凹槽之间过盈配合;密封环与密封凹槽后壁之间涂有密封涂层;密封环与减振圈之间存在密封间隙,销钉布置在密封环及减振圈之间。

权利要求

1.一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,其特征在于,包括转轴(1)、密封齿(2)、密封壳体(3)、密封盖(4)、密封涂层(5)、减振圈(6)、密封环(7)和销钉(8);其中,

密封壳体(3)的中心开设有孔径大于转轴(1)轴径的壳体轴孔(13),密封盖(4)的中心开设有孔径大于转轴(1)轴径的盖板轴孔(12),密封壳体(3)在高温高压侧的端面上开设有与壳体轴孔(13)同心设置的密封凹槽(9);

密封壳体(3)和密封盖(4)分别通过壳体轴孔(13)和盖板轴孔(12)套装在转轴(1)上,且密封盖(4)通过紧固件固定在密封壳体(3)在高温高压侧的端面上,使得密封盖(4)与密封壳体(3)之间形成密封腔室;密封腔室内由内至外依次包括套装在转轴(1)上的密封齿(2)、密封环(7)和减振圈(6);减振圈(6)与密封凹槽(9)之间过盈配合;密封环(7)与密封凹槽(9)后壁之间涂有密封涂层(5),密封组件工作过程中,密封组件两侧的压差能够将密封环(7)压在密封凹槽(9)的后壁上,密封涂层(5)填充密封环(7)与密封凹槽(9)后壁之间的间隙,共同作用防止密封环(7)背部的旁路泄漏;密封环(7)与减振圈(6)之间存在密封间隙,销钉(8)布置在密封环(7)及减振圈(6)之间,且销钉(8)的直径小于密封环(7)及减振圈(6)上销钉孔的孔径。

2.根据权利要求1所述的一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,其特征在于,密封盖(4)与密封壳体(3)在高温高压侧的端面之间还设置有密封圈(10)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,其特征在于,密封齿(2)采用高低齿、斜平齿、侧齿及纵树形齿,密封齿(2)的布置个数为3~12个,密封齿(2)的齿厚与齿高之比在0.2~1之间。

4.根据权利要求1所述的一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,其特征在于,密封齿(2)与密封环(7)之间采用零间隙配合;在转轴(1)高速旋转时,密封齿(2)对密封环(7)进行磨损从而产生自适应间隙,在密封齿(2)和密封环(7)之间形成多个依次排列的环形孔口和环形气室,使得密封齿(2)和密封环(7)之间的泄漏截面最小化;环形气室与盖板轴孔(12)、壳体轴孔(13)共同组成转轴高温高压侧向低温低压侧的泄漏流通道。

5.根据权利要求1所述的一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,其特征在于,密封环(7)与减振圈(6)之间存在的密封间隙定义为密封环(7)外径与减振圈(6)内径的差值,如下所示:

其中,Δ为密封间隙,D为直径,下标6为减振圈,7为密封环。

6.根据权利要求5所述的一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,其特征在于,密封间隙的大小大于正常运行状态下密封组件振动的安全值,以避免密封环(7)与密封壳体(3)的碰磨,其满足的关系式如下:

其中,Δ为密封间隙,D7为密封环实际直径,D7m为密封环最大有效直径,即所有可能的偏心率的最大径向尺寸,k为安全系数。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮机械密封结构,特别涉及一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构。

背景技术

透平、离心泵、压缩机等涡轮机械,通常用于在转轴和流体(如液体或气体)之间传递能量。唇型、刷型、升降式、浮动式、迷宫式等密封件,通常位于旋转轴周围,以限制流体流出涡轮机械。密封件通常由弹性体、可磨损或其他材料制成,可能会发生泄漏、磨损、振动、过热等情况。此外,涡轮机械经常在极端工况(例如,高振动)、极端接触(例如,涉及高接触速度或高密度液体,如超临界二氧化碳或其他超临界流体)、极端环境(如高压、高温、高密度等)等“极端条件”下运行。这些极端条件可能会增加机器故障,如密封泄漏、密封失效和轴承故障振动等。

尽管以前在密封技术方面取得了很大的成就,但目前新的能源形势对涡轮机械提出了更高的要求,运行条件更加恶劣,亟需提供符合发展形势的有效密封技术。基于上述原因,本实用新型提出了一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,可以实现在极端条件下控制泄漏,具有高耐久、运行灵活、高强度、耐磨损等优点。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足,提供了一种自适应、高耐久、运行灵活的自适应高耐久浮动密封结构,其可应用于极端运行条件、结构简单、安全性和经济性高的密封结构,具有广阔的应用前景。

为达到上述目的,本实用新型采用如下的技术方案来实现:

一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,包括转轴、密封齿、密封壳体、密封盖、密封涂层、减振圈、密封环和销钉;其中,密封壳体的中心开设有孔径大于转轴轴径的壳体轴孔,密封盖的中心开设有孔径大于转轴轴径的盖板轴孔,密封壳体在高温高压侧的端面上开设有与壳体轴孔同心设置的密封凹槽;

密封壳体和密封盖分别通过壳体轴孔和盖板轴孔套装在转轴上,且密封盖通过紧固件固定在密封壳体在高温高压侧的端面上,使得密封盖与密封壳体之间形成密封腔室;密封腔室内由内至外依次包括套装在转轴上的密封齿、密封环和减振圈;减振圈与密封凹槽之间过盈配合;密封环与密封凹槽后壁之间涂有密封涂层,密封组件工作过程中,密封组件两侧的压差能够将密封环压在密封凹槽的后壁上,密封涂层填充密封环与密封凹槽后壁之间的间隙,共同作用防止密封环背部的旁路泄漏;密封环与减振圈之间存在密封间隙,销钉布置在密封环及减振圈之间,且销钉的直径小于密封环及减振圈上销钉孔的孔径。

本实用新型进一步的改进在于,密封盖与密封壳体在高温高压侧的端面之间还设置有密封圈。

本实用新型进一步的改进在于,密封齿采用高低齿、斜平齿、侧齿及纵树形齿,密封齿的布置个数为3~12个,密封齿的齿厚与齿高之比在0.2~1之间。

本实用新型进一步的改进在于,密封齿与密封环之间采用零间隙配合;在转轴高速旋转时,密封齿对密封环进行磨损从而产生自适应间隙,在密封齿和密封环之间形成多个依次排列的环形孔口和环形气室,使得密封齿和密封环之间的泄漏截面最小化;环形气室与盖板轴孔、壳体轴孔共同组成转轴高温高压侧向低温低压侧的泄漏流通道。

本实用新型进一步的改进在于,密封环与减振圈之间存在的密封间隙定义为密封环外径与减振圈内径的差值,如下所示:

其中,Δ为密封间隙,D为直径,下标6为减振圈,7为密封环。

本实用新型进一步的改进在于,密封间隙的大小大于正常运行状态下密封组件振动的安全值,以避免密封环与密封壳体的碰磨,其满足的关系式如下:

其中,Δ为密封间隙,D7为密封环实际直径,D7m为密封环最大有效直径,即所有可能的偏心率的最大径向尺寸,k为安全系数。

本实用新型至少具有如下有益的技术效果:

1、本实用新型设计合理,结构简单,成本较低,安装方便、可靠性较好、适应于恶劣的工作环境,提高了涡轮机械密封结构的安全性和密封性的难题;

2、密封环与密封齿之间采用零间隙设计结构,允许密封齿在转动中对密封环进行磨损从而产生自适应间隙,使密封齿与密封环之间的泄漏截面最小化;环形气室与盖板轴孔、壳体轴孔共同组成转轴高低压侧一个自适应的高阻尼、低流量系数的泄漏流通道,密封性能相较于普通轴端密封更为可靠;

3、密封环与密封凹槽间留有密封间隙,密封环可以在密封凹槽中的一定范围内移动,使得密封环在密封凹槽内浮动,一方面,其能够适应极端条件(例如失调、偏心旋转和振动),避免了密封环与密封壳体的碰磨,提高了密封结构的安全性;另一方面,当转轴产生位移时,密封环会根据运行工况进行自我调整,随着转轴重新定位,从而使密封环始终保持在转轴上的密封齿位置,维持高效的密封性能。这种浮动密封结构具有灵活、自适应的特点;

4、密封凹槽外圈布置有减振圈,当涡轮机组处于极端运行工况或故障运行时,轴系的振动幅值超过了设计的密封间隙,减振圈可以吸收机组的部分振动,同时进一步防止密封环直接与密封外壳碰磨导致密封环破碎,提高了密封结构的耐久性和涡轮机组的安全性;

5、密封环与密封壳体之间设有密封涂层,密封组件工作过程中,密封壳体两侧压差及密封涂层共同作用,防止密封环背部的旁路泄漏,进一步提高密封性能;

6、密封环采用石墨材料或其它耐高温耐磨自润滑材料,从而保证密封环在极端条件下不会熔化或者堵塞通道;同时,相对轴系材料硬度较低,消除了轴系振动时与密封齿碰磨产生的安全性问题;密封环采用可更换设计,密封失效时可以通过简单更换密封环即可恢复密封结构的性能,提高了密封结构的经济性;

7、采用松销钉结构,防止密封环在密封壳体内旋转,同时允许销钉在销钉孔中的一定范围内移动,使得转轴及密封环可以在径向或轴向上移动。这种松销钉结构能够适应涡轮机组轴系各种工况下的运动,同时保证密封环的位置及正常工作。

附图说明

图1为本实用新型一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构的轴向剖视图;

图2为本实用新型一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构的A截面剖视图;

附图标记说明:

1、转轴,2、密封齿,3、密封壳体,4、密封盖,5、密封涂层,6、减振圈,7、密封环,8、销钉,9、密封凹槽,10、密封圈,11、螺栓,12、盖板轴孔,13、壳体轴孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明,本实施例以本实用新型技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示,本实用新型提供的一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,包括转轴1、密封齿2、密封壳体3、密封盖4、密封涂层5、减振圈6、密封环7、销钉8、密封凹槽9、密封圈10、螺栓11、盖板轴孔12和壳体轴孔13。其中,密封组件主要包括密封壳体3,密封盖4及密封环7;密封组件可以被配置为浮动的、自适应的轴封组件,其能够适应失调、偏心旋转、振动等极端工况条件。此外,密封组件还可以适应由轴振动或不平衡力引起的转轴1的窜动。

密封壳体3固定于涡轮机械外壳,可以是钢(或其他金属材料)制成的圆形构件,其大小及厚度应当满足承受密封壳体3两侧压力差的要求;密封壳体3上开有壳体轴孔13及密封凹槽9。

密封环7可以采用石墨或其它耐高温耐磨自润滑材料,从而保证密封环7在极端条件下不会熔化或者堵塞通道。密封环7的厚度需满足承受其两端压差的强度要求。

转轴1穿过密封壳体3上的壳体轴孔13和密封盖4上的盖板轴孔12,转轴1密封位置的表面布置有密封齿2,密封齿2采用高低齿、斜平齿、侧齿及纵树形齿等多种结构形式,密封齿2的布置个数为3~12个,密封齿2的齿厚与齿高之比在0.2~1之间。密封齿2与密封环7之间采用零间隙配合,在转轴1高速旋转时,允许密封齿2对密封环7进行磨损从而产生自适应间隙,在密封齿2和密封环7之间形成多个依次排列的环形孔口和环形气室,使得密封齿2和密封环7之间的泄漏截面最小化;环形气室与盖板轴孔12、壳体轴孔13共同组成转轴高温高低压侧向低温低压侧一个自适应的高阻尼、低流量系数的泄漏流通道,密封性能相较于普通轴端密封更为可靠。

密封凹槽9中布置有密封环7及减振圈6,减振圈6与密封凹槽9之间过盈配合;密封环7与密封凹槽9后壁之间涂有密封涂层5,密封涂层5采用耐高温密封胶,涂层厚度在0.5mm~2mm之间。密封组件工作过程中,密封组件两侧的压差能够将密封环7压在密封凹槽9的后壁上,密封涂层5填充密封环7与密封凹槽9后壁之间的间隙,共同作用防止密封环7背部的旁路泄漏。密封环7与减振圈6之间存在密封间隙,密封环7可以在密封凹槽9的一定范围内自由移动,使得密封环7在密封凹槽9之中“浮动”,密封间隙定义为密封环7外径与减振圈6内径的差值,如下所示:

其中,Δ为密封间隙,D为直径,下标6为减振圈,7为密封环。

当密封组件发生振动或其他移动时,密封间隙允许密封环7在密封凹槽9中小幅度移动;密封间隙的大小大于正常运行状态下密封组件振动的安全值,以避免密封环7与密封壳体3 的碰磨,其满足的关系式如下:

其中,Δ为密封间隙,D7为密封环实际直径,D7m为密封环最大有效直径,即所有可能的偏心率(例如加工缺陷、转轴1振动导致的径向位移、操作过程中的摆动等)导致的最大径向尺寸,k为安全系数。

此外,当涡轮机组故障运行时,密封环7振幅大于密封间隙,减振圈6可起到缓冲作用,防止密封环7与密封壳体3碰磨导致密封环破碎。

密封环7及减振圈6之间布置有销钉8,销钉8的直径小于密封环7及减振圈6上销钉孔的孔径,允许销钉8在销钉孔中的一定范围内移动,同时允许转轴1及密封环7在径向或轴向上移动,形成“松销钉”结构。此外,销钉8可以防止密封环7在密封壳体3内旋转。这种“松销钉”结构能够适应涡轮机组轴系各种工况下的运动,同时保证密封环7的位置及正常工作。

密封盖4位于密封组件的高压侧,通过螺栓11固定于密封壳体3上,螺栓11的数量为 4-12个之间,与密封壳体3连接形成密封腔室,保证密封环7位于密封凹槽9内;密封盖4可以是钢(或其他金属材料)制成的圆形构件,密封盖4的大小及厚度应当满足其两侧压力差的要求;密封盖4与密封壳体3之间布置有密封圈10,使得通过密封盖4与密封壳体3间隙的泄漏量最小化。

本实用新型的原理和过程主要为,转轴运行中,高温高压的工质通过盖板轴孔13进入密封组件,通过密封齿2对密封环7磨损形成的泄漏流通道,然后经壳体轴孔12泄漏至非工作区域,如图1中箭头所示。该部分泄漏工质将直接影响涡轮机械的效率和运行可靠性,理论上为了减小泄漏损失,需要尽量减小泄漏通道的截面面积。为了减小泄漏间隙的工质流量,密封齿2、密封环7和销钉8共同形成零间隙耐磨损的浮动密封设计结构,运行中密封齿2 对密封环7进行磨损,在密封齿2和密封环7之间形成多个依次排列的泄漏截面最小化的环形孔口和环形气室,工质经过每个密封齿2与密封环7之间的间隙时,通流面积急剧减小,流速増大,工质的压力能转化成动能,形成射流。随后射流进入相邻两密封齿2之间的腔室内形成漩涡,使工质的动能部分转化为热能,降低了工质的流动速度。本实用新型的零间隙耐磨损浮动密封结构使得泄漏间隙成为自适应的高阻尼、低流量系数的流动通道,有效降低了漏气损失,密封性能优于普通的轴端密封。

在涡轮机组启停过程、变工况运行、故障工况时,转轴1会发生振动幅度增大或产生径向位移等情况,当转轴1径向偏移量超过密封间隙值时,普通的轴端密封就会与密封齿发生碰磨。碰磨将使密封齿尖端磨损、变形甚至失去密封作用,碰磨瞬间在密封齿和转轴接触处将产生大量热量,使转子表面局部过热,有可能造成转轴弯曲的严重事故。本实用新型中密封环7与密封凹槽9之间部留有密封间隙,密封环7可以在密封凹槽9中浮动,避免了密封环7与密封壳体3的碰磨,提高了密封系统的安全性;正常工作状态下,转轴1位于壳体轴孔12的中心位置,密封环7受到的重力与泄漏流气流浮力相平衡,密封环7与转轴1略微偏心,由于密封环7较轻,动态偏心几乎可以忽略不计,密封环7可看作与转轴同轴心;当机组运行工况异常、转轴1产生径向位移时,密封齿2与密封环7之间的泄漏流截面形状发生改变,密封环所受到的浮力产生变化,由于密封环7外圈留有间隙,密封环7可在密封凹槽 9中自动调整位置直至达到新的平衡,密封结构仍能保持高效的密封性能。此外,在密封环7 与密封凹槽9之间涂有密封涂层5,限制了密封环7背部的旁路泄漏,提高了整体密封性能。与此同时,本实用新型密封环7采用石墨材料或其它耐高温耐磨自润滑材料,相对轴系材料硬度较低,消除了轴系振动时与密封结构碰磨产生的安全性问题;密封环7采用可更换设计,密封失效时可以通过简单更换密封环7即可恢复密封结构的性能;密封凹槽9外圈布置有减振圈6,进一步防止密封环7直接与密封3碰磨导致密封环破碎。本实用新型这种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构,能够根据工作条件进行“自我调整”,可以实现在极端条件下控制泄漏,具有高耐久、运行灵活、高强度、耐磨损等优点,可靠性和经济性大幅提升。

一种适用于极端条件的自适应高耐久浮动密封结构专利购买费用说明

专利买卖交易资料

Q:办理专利转让的流程及所需资料

A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。

1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2:按规定缴纳著录项目变更手续费。

3:同时提交相关证明文件原件。

4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q:专利转让变更,多久能出结果

A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

动态评分

0.0

没有评分数据
没有评价数据
×

打开微信,点击底部的“发现”

使用“扫一扫”即可将网页分享至朋友圈

×
复制
用户中心
我的足迹
我的收藏

您的购物车还是空的,您可以

  • 微信公众号

    微信公众号
在线留言
返回顶部