專利名稱：一種核主泵用動(dòng)靜間隙的楔槽弧線密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)屬于非接觸密封技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種核主泵用動(dòng)靜間隙的楔槽弧線密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
非接觸式密封技術(shù)應(yīng)用于控制泵的旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件間隙的介質(zhì)泄漏。流阻型密封是非接觸式密封的一種，依靠不同形狀密封間隙產(chǎn)生的流體阻力來(lái)減小泄漏量。當(dāng)密封內(nèi)部為液態(tài)工質(zhì)時(shí)，依靠密封流道內(nèi)漩渦耗散產(chǎn)生壓損以及窄間隙的節(jié)流降壓作用來(lái)降低內(nèi)部流體的泄漏壓力，但此種降壓效應(yīng)僅對(duì)高雷諾數(shù)液態(tài)密封有效，而在低雷諾數(shù)(Re < 400 500)下，窄間隙會(huì)減小流動(dòng)阻力。流體動(dòng)壓反輸型更適用于液態(tài)工質(zhì)，其依靠旋轉(zhuǎn)元件產(chǎn)生作用于介質(zhì)的泄漏流反向壓頭阻止介質(zhì)向外泄漏。核主泵在葉輪出口與導(dǎo)葉動(dòng)靜間隙以及葉輪入口輪蓋處與進(jìn)口導(dǎo)流管間動(dòng)靜間隙常采用平滑動(dòng)靜環(huán)小間隙密封，此種密封內(nèi)部介質(zhì)的漩渦耗散和節(jié)流降壓不明顯，控制泄漏效果差，而本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)的楔槽對(duì)密封內(nèi)流體產(chǎn)生比平槽更大的泵送壓頭，這一泵送壓頭與密封泄漏壓力相反，阻止密封介質(zhì)的泄漏；更重要的是泵的間隙密封尤其是核主泵的間隙密封，應(yīng)該考慮到倒流這種極端工況，本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)即使在部件反轉(zhuǎn)的情況下， 仍能夠有效控制核主泵內(nèi)反向的泄漏流。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種核主泵用動(dòng)靜間隙的楔槽弧線密封結(jié)構(gòu)，有效控制不可壓縮流體的泄漏，保證在大流量的工質(zhì)下穩(wěn)定運(yùn)行，即使是在倒流極端工況下也能保持泄漏量的穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。本申請(qǐng)采用的技術(shù)方案是一種核主泵用楔槽弧線密封結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械靜止部件上裝有密封環(huán)，密封環(huán)內(nèi)表面中間部分設(shè)置矩形的弧線密封槽，密封槽按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的相反方向設(shè)置于密封環(huán)內(nèi)表面， 密封槽底面是低深度進(jìn)口向高深度出口過(guò)渡的斜切面；密封槽進(jìn)口側(cè)壁與軸向成30° 75°夾角；密封槽底面中軸線與圓周切面夾角可以為1° 10°，密封槽進(jìn)出口底邊與圓周方向切線夾角可以為-30° 30°。密封槽進(jìn)口面距密封環(huán)進(jìn)口面為密封環(huán)軸向長(zhǎng)度的 5% 20%，密封槽出口面距密封環(huán)出口面為密封環(huán)軸向長(zhǎng)度的5% 20% ；每5° 15° 設(shè)置一條密封槽，密封槽寬度可以為2° 7°。由于介質(zhì)的粘性力作用，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)流體旋轉(zhuǎn)，工質(zhì)進(jìn)入弧線密封槽，形成與泄漏流相反方向的流動(dòng)，這部分流體在密封槽進(jìn)口處受阻形成高壓環(huán)帶，環(huán)帶的壓頭減小了泄漏流的壓頭，阻礙了泄漏流的流動(dòng)?；【€密封槽設(shè)置在密封環(huán)中間部位，因此密封的進(jìn)出口凸起部位形成壩，弧線密封槽中間凸起部分形成凸臺(tái)。密封凸臺(tái)按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的反方向設(shè)置于密封環(huán)內(nèi)表面，利用葉輪旋轉(zhuǎn)部件帶動(dòng)部分介質(zhì)沿弧線密封腔室逆向流動(dòng)，阻礙泄漏流，以控制泄漏量；隨著轉(zhuǎn)速
3的增大，這種阻力會(huì)越加明顯，有利于增益泄漏流阻力。另外，弧線密封槽結(jié)構(gòu)可以阻止兩方向來(lái)流的泄漏量，在倒流的極端工況下，如果旋轉(zhuǎn)部件反轉(zhuǎn)，也會(huì)形成逆向流體抑制泄漏流。泄漏流在弧線密封槽內(nèi)流動(dòng)成弧線軌跡，泄漏流流動(dòng)路徑比普通迷宮密封長(zhǎng)，這就增加了泄漏流在密封腔內(nèi)的停留時(shí)間，增加了沿程損失，工質(zhì)在弧線流動(dòng)中產(chǎn)生更多能量耗散，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，壓力能逐漸降低，泄漏流的壓頭減低，有益于控制泄漏流。密封的進(jìn)出口的壩減小密封的進(jìn)出口面積，增大泄漏流流動(dòng)阻力，同時(shí)密封槽的進(jìn)口處產(chǎn)生高壓帶，減小了泄漏流量。密封槽斜切面與軸向夾角有利于引部分介質(zhì)形成與泄漏流相反方向的流動(dòng)，此結(jié)構(gòu)增大泵送效應(yīng)，在密封槽進(jìn)口處形成高壓帶，密封槽底面與圓周切向角度有利于加寬高壓帶，以減小泄漏流的壓頭，阻礙了泄漏流的流動(dòng)。密封進(jìn)口段窄間隙會(huì)增大泄漏流體阻力，同時(shí)有益于工質(zhì)的節(jié)流，形成高速流體， 使其在密封槽內(nèi)由動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，進(jìn)行能量耗散，降低壓力能，減小泄漏壓頭。圓周上每隔5° 15°設(shè)置一條弧線密封槽，密封槽不宜過(guò)密，否則流阻減??；密封槽不宜過(guò)疏，否則泵送效果不強(qiáng)。密封結(jié)構(gòu)的密封凸臺(tái)在空間有限的情況下，可以適當(dāng)縮短齒長(zhǎng)寬比，以適應(yīng)高壓、 高速流體，防止密封凸臺(tái)根部斷裂，增加其使用壽命，延長(zhǎng)檢修周期，保證安全性。本申請(qǐng)的有益效果是(1)本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)有良好的控制泄漏效果。葉輪旋轉(zhuǎn)部件帶動(dòng)部分介質(zhì)沿弧線密封腔室逆向流動(dòng)，產(chǎn)生泵送壓頭，同時(shí)在密封槽進(jìn)口區(qū)域形成高壓帶阻止泄漏流。此種形式控制不可壓縮流體泄漏能力優(yōu)于依靠渦旋耗散動(dòng)能的迷宮密封。經(jīng)數(shù)值模擬研究，本申請(qǐng)密封比相同間隙和相同長(zhǎng)度泵口環(huán)密封減小30 %的泄漏量。(2)本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)有良好的能量耗散效果。密封槽弧線角度的增大有益于增加密封槽與流體的作用力，弧線密封槽的泵送效應(yīng)會(huì)加強(qiáng)，流動(dòng)成弧線軌跡，其路徑比普通迷宮密封長(zhǎng)，增大了流阻，增加了沿程損失，工質(zhì)在弧線流動(dòng)中產(chǎn)生更多能量耗散，泄漏流的壓頭減低，有益于控制泄漏流。(3)本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)有良好的流阻?；【€密封槽設(shè)置在密封環(huán)中間部位，部分介質(zhì)逆流集中于密封槽進(jìn)口，在此處形成高壓帶阻礙泄漏流，同時(shí)密封的進(jìn)出口的壩減小介質(zhì)的進(jìn)出口面積，增大泄漏流流動(dòng)阻力，減小泄漏流量。(4)密封槽斜切面于軸向夾角有利于引部分介質(zhì)形成與泄漏流相反方向的流動(dòng)， 此結(jié)構(gòu)增大泵送效應(yīng)，密封槽底面圓周切向角度有利于加寬高壓帶，阻礙了泄漏流的流動(dòng)。(5)本申請(qǐng)密封弧線結(jié)構(gòu)可以阻止兩方向來(lái)流的泄漏量，在倒流的極端工況下，如果葉輪反轉(zhuǎn)，即旋轉(zhuǎn)部件反轉(zhuǎn)，形成逆向流體抑制泄漏流，起到了穩(wěn)定倒流泄漏流的作用。(6)本申請(qǐng)?jiān)O(shè)置合理密封槽間隔，密封槽不宜過(guò)密，否則流阻減小；密封槽不宜過(guò)疏，否則泵送效果不強(qiáng)；合理的槽寬比可以適應(yīng)高壓、高速流體，保證凸臺(tái)寬度，防止凸臺(tái)齒根斷裂，增加其使用壽命，延長(zhǎng)檢修周期，保證安全性。(7)經(jīng)數(shù)值模擬，在17 ISMpa水壓工況下，本申請(qǐng)密封腔內(nèi)部最低壓力高于飽和壓力，密封腔室內(nèi)不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。


圖1是本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)整體示意圖。圖2是本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)的局部放大圖。圖3是本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)的半圓部件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1密封槽；2壩；3凸臺(tái)；4密封環(huán)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案以核主泵為實(shí)施例詳細(xì)敘述本申請(qǐng)。本申請(qǐng)密封是由兩個(gè)半圓形密封環(huán)組成，可安裝在核主泵的葉輪出口與導(dǎo)葉動(dòng)靜間隙和葉輪入口輪蓋處與進(jìn)口導(dǎo)流管動(dòng)靜間隙處，或者安裝于熱屏與轉(zhuǎn)軸間隙處。密封環(huán)背弧沿著固定部件的槽道安裝，密封槽弧線方向相反于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向。本申請(qǐng)密封結(jié)構(gòu)主要由密封壩、密封凸臺(tái)及密封環(huán)組成。密封環(huán)內(nèi)圈圓周方向可以設(shè)置多條密封槽，圖1所示，每隔5°設(shè)置密封槽。由于介質(zhì)的粘性力作用，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)流體旋轉(zhuǎn)，工質(zhì)進(jìn)入弧線密封槽，形成與泄漏流相反方向的流動(dòng)，這部分流體在密封槽進(jìn)口處受阻形成高壓環(huán)帶，環(huán)帶的壓頭減小了泄漏流的壓頭，阻礙了泄漏流的流動(dòng)。在核主泵葉輪出口與導(dǎo)葉處存在動(dòng)靜間隙，在葉輪入口輪蓋處與進(jìn)口導(dǎo)流管間也存在動(dòng)靜間隙，核主泵正常運(yùn)行時(shí)，有部分經(jīng)葉輪出口的高壓流體沿此間隙外泄，并重新回流至核主泵入口，干擾主流場(chǎng)流動(dòng)，同時(shí)減小有效通流面積，降低核主泵的流動(dòng)效率和性能；熱屏與轉(zhuǎn)軸之間存在間隙，高溫高壓流體沿此間隙泄漏，下級(jí)部件易受其影響，造成運(yùn)行不穩(wěn)定甚至損壞。為了保障核主泵各部件安全運(yùn)行，應(yīng)盡量減小這些泄漏，本申請(qǐng)結(jié)構(gòu)密封設(shè)置在上述動(dòng)靜間隙處。
權(quán)利要求
1.一種核主泵用楔槽弧線密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，旋轉(zhuǎn)機(jī)械靜止部件上裝有密封環(huán) (4)，密封環(huán)內(nèi)表面中間部分設(shè)置矩形的弧線密封槽(1)，密封槽(1)按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的相反方向設(shè)置于密封環(huán)內(nèi)表面，密封槽(1)底面是低深度進(jìn)口向高深度出口過(guò)渡的斜切面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，密封槽(1)進(jìn)口側(cè)壁與軸向成 30° 75°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，密封槽(1)底面中軸線與圓周切面夾角為1° 10°，密封槽(1)進(jìn)出口底邊與圓周方向切線夾角為-30° 30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，密封槽(1)進(jìn)口面距密封環(huán)進(jìn)口面為密封環(huán)軸向長(zhǎng)度的5%到20%，密封槽(1)出口面距密封環(huán)出口面為密封環(huán)軸向長(zhǎng)度的 5%到 20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，每5° 15°設(shè)置一條密封槽(1)， 密封槽(1)寬度為2° 7°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種核主泵用動(dòng)靜間隙的楔槽弧線密封結(jié)構(gòu)。核主泵靜止部件上裝有密封環(huán)，其內(nèi)表面設(shè)置弧線密封槽，密封槽按轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的相反方向設(shè)置于密封環(huán)內(nèi)表面；旋轉(zhuǎn)部件的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)流體旋轉(zhuǎn)，工質(zhì)進(jìn)入弧線密封槽，形成與泄漏流相反方向的流動(dòng)，這部分流體在密封槽進(jìn)口處形成壓阻，阻礙泄漏流。本發(fā)明在核主泵高壓高溫高速大流量工質(zhì)條件使用，可在倒流極端工況下暫時(shí)穩(wěn)定控制泄漏量，安全、耐用、控制泄漏效果好。
文檔編號(hào)F04D29/16GK102155431SQ20111009200
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者劉艷, 張盟, 徐勝利, 王曉放, 趙廣 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)